Partículas en biorreactores – fermentadores

Si hacemos un examen de la partícula que conforma la cama de sustrato en los biorreactores de estado sólido con un grado aún mayor de detalle, tal como una sección transversal normalmente se vería:

Que la partícula de sustrato contiene uno o más tipos de macromoléculas que confieren la estructura «sólida». El polímero o polímeros que confieren esta estructura pueden o no pueden ser degradados por el microorganismo durante el proceso. Si ellos son degradados, a continuación, la estructura y propiedades de la partícula al final de la fermentación serán diferentes de los de la partícula de sustrato original. Las propiedades del sustrato dependerán de la fuente de la partícula del sustrato y cómo estaba preparado, y esto tiene consecuencias para la penetración de las hifas y la accesibilidad de los nutrientes, factores que pueden afectar el rendimiento del proceso en el biorreactor fermentador. Como un simple ejemplo, los granos o trozos de tallos tienen una estructura celular en el nivel microscópico, lo que significa que las paredes celulares están presentes. Por otra parte, las partículas hechas por granulación de harinas o comidas tienen una estructura más amorfa.

Que existe una distribución espacial de la biomasa. En el caso de un microorganismo unicelular, el biofilm en el fermentador se limita a las superficies expuestas de la partícula. Los espacios intercelulares están llenos de agua, dando el biofilm la consistencia de una pasta espesa. En el caso de un hongo filamentoso, es posible distinguir aérea, «biopelícula», y las hifas con penetración. Las hifas penetrantes son las que han penetrado en la matriz de sólido húmedo. Las hifas aéreas son los que están en contacto directo con el aire en los espacios entre las partículas. Biofilm hifas son los que están por encima de la superficie sólida, pero están sumergidos en la película líquida en la superficie de la partícula. Dependiendo de la extensión de esta película de líquido, que puede ser estabilizada por la presencia de la red de hifas, las hifas biofilm puede representar una proporción significativa de la biomasa total.

Que la superficie de la partícula en los fermentadores biorreactores, la ubicación de los cuales se utiliza para definir biofilm y hifas con penetración, puede ser indistinto, especialmente si el organismo ataca el polímero que da estructura a la partícula de sustrato. Para el crecimiento de hongos, la concentración más alta de biomasa sería típicamente justo por encima y justo por debajo de la superficie de la partícula, donde ambos nutrientes del sustrato y O2 de la fase de gas son más fácilmente disponibles simultáneamente.

Que, si pudiéramos visualizar componentes químicos específicos, entonces, se observarán los gradientes de protones (es decir, en el pH), enzimas, polímeros, productos de hidrólisis, otros nutrientes y gases dentro de la partícula del sustrato. Durante el período de crecimiento rápido del gradiente de O2 es bastante empinada, con la concentración de O2 cae de un alto valor en la superficie externa de la biopelícula a cero esencialmente a 100 m bajo la superficie de la. El gradiente de concentración de sustrato es típicamente en la otra dirección, de manera que las concentraciones de los nutrientes solubles cerca de la superficie de la biopelícula son bastante bajos.

Que la partícula de sustrato está húmeda. El agua dentro de la partícula podría ser agua libre o que participan en la absorción capilar o la hidratación de las macromoléculas. Hay una película de agua en la superficie de la partícula, el espesor de la cual dependerá de las propiedades de biomasa y el contenido de agua de las partículas. Tenga en cuenta que la continuidad de la película de agua de superficie con la fase líquida dentro de la partícula del sustrato en los biorreactores fermentadores y la continuidad de la fase de agua dentro de la partícula en sí depende de la subestructura de la partícula, ya que las paredes celulares intactas interrumpen la continuidad. Esto tiene consecuencias para la difusión molecular dentro de la partícula.