Las aplicaciones a escala piloto de los biorreactores

Fung y Mitchell investigaron el efecto de la presencia y la ausencia de deflectores en el rendimiento de un biorreactor 200-L de tambor giratorio, en el que se cultivó Rhizopus oligosporus en salvado de trigo. El tambor tenía un diámetro interno de 56 cm y una longitud interna de 85 cm. Cuando se utilizaron deflectores, cuatro deflectores de 17 cm de ancho y 85 cm de longitud se unieron en ángulo recto con la pared interior del tambor, con una separación uniforme entre ellos. No había control de temperatura externo; el biorreactor operaba dentro de una habitación que variaba de 17 al 26 ° C. Aire prehumidificado se sopló a través del biorreactor a la temperatura óptima para el crecimiento del organismo de 37 ° C.

La aireación a 37 ° C no era suficiente para mantener la temperatura del lecho a un valor adecuado para el crecimiento inicial. Como resultado, hubo un período de retraso largo, con temperaturas del lecho debajo de 30 ° Esto fue especialmente cierto para el tambor con deflectores, por lo que la transferencia de calor entre la cama y el entorno era más eficiente. En el tambor sin deflectores la temperatura era ligeramente más alta durante la fase de retraso y, como resultado, la fase de latencia era ligeramente más corta.

La temperatura aumenta entonces, durante un período de 10 h, a los valores de alrededor de 45 ° C. En el tambor con baffles la temperatura luego disminuyó rápidamente de nuevo. La cama estaba a temperaturas por encima de 40 ° C por sólo 10 h. En el biorreactor sin deflectores la temperatura se mantuvo en valores por encima de 40 ° C durante 30 h. Las tasas pico de consumo de O2 fueron mayores en el tambor con deflectores, por la mayor pendiente del perfil acumulativo absorción de O2. Hay que tener en cuenta que el tambor con baffles habría superado el tambor sin deflectores durante los primeros 30 h, si la temperatura del lecho en ambos tambores se había mantenido a 37 ° C durante las primeras 10 h. Esto se podría conseguir con una camisa de agua o colocando el biorreactor en una habitación 37 ° C. Alternativamente, podría ser suficiente simplemente para aislar las superficies exteriores del biorreactor durante las primeras etapas de la fermentación, de manera que el calentamiento de la cama por el aire de entrada sería más eficiente. Obviamente, tal aislamiento tendría que ser eliminado una vez que el crecimiento rápido comience.

Estos resultados, obtenidos a escala piloto, demuestran un desafío importante que debe superar en biorreactores de tambor giratorio, a saber, la eliminación adecuada del calor metabólico residuos del sustrato. Por ejemplo, en las fermentaciones descritas anteriormente que se llevaron a cabo con R. oligosporus, era altamente deseable evitar temperaturas superiores a 40 ° C, pero se superó este valor durante largos períodos.

Stuart (1996) cultivó Aspergillus oryzae en el salvado de trigo en el mismo biorreactor 200-L, sin deflectores. El rendimiento en términos de consumo de O2 fue significativamente mejor a 9 rpm que a 2 rpm. Esto es más probable debido al efecto de la velocidad de rotación sobre la eficacia de la mezcla dentro de la cama. A 2 rpm el lecho se dejó caer dentro del biorreactor, mientras que a 9 rpm había un régimen de flujo de volteo. Las temperaturas máximas alcanzadas durante las fermentaciones fueron aproximadamente de 43 ° C a 9 rpm y aproximadamente de 38 ° C a 2 rpm. La temperatura más alta se produjo en la tasa de rotación más alta debido a una mejor mezcla, lo que permitió una mejor transferencia de O2 del espacio de cabeza en el lecho, que a su vez permite un crecimiento más rápido.

Las aplicaciones a pequeña escala de los fermentadores

Stuart llevó a cabo estudios en un biorreactor de 85 cm de longitud y 19 cm de diámetro interno, dando un volumen de aproximadamente 20 L. El biorreactor se hizo funcionar con diversas cargas de sustrato y velocidades de rotación. Se utilizó Aspergillus oryzae, en algunos casos cultivadas en el salvado de trigo, en otros sobre un substrato de gel artificial. La temperatura en la cámara se mantuvo a 30-32 ° C y el aire se suministró a esta temperatura. Las observaciones pertinentes fueron:

Con respecto al efecto de la velocidad de rotación en el crecimiento en el sustrato de gel. Entre 0 y 10 rpm, no había un efecto beneficioso de la rotación, con un aumento en la tasa máxima de crecimiento específico, mientras que la cantidad de enriquecimiento de la proteína que se produjo se mantuvo constante. A medida que la velocidad de rotación utilizada en la fermentación aumentó de 10 a 50 rpm, hubo disminuciones tanto en la cantidad de enriquecimiento de proteína obtenida durante la fermentación y la tasa de crecimiento específico máxima observada.