Puntos importantes en el diseño de los biorreactores
Una vez que un biorreactor que da un determinado régimen de agitación y aireación ha sido seleccionado, varias consideraciones afectarán a los detalles de su diseño:
¿Qué tan importante es tener la operación aséptica?
¿En qué medida es necesario contener el organismo de proceso?
¿Es deseable el funcionamiento continuo?
¿Qué tan fácil es la carga y descarga y cuánto es el costo de la mano de obra?
¿Qué cantidad de sustrato se va a fermentar?
¿Será el biorreactor también usado para una o más de las etapas de procesamiento purificación?
El grado en que la operación estéril se requiere. Algunos procesos SSF involucran organismos de crecimiento rápido que crecen bajo condiciones de baja humedad que le dan al organismo de proceso una ventaja competitiva sobre los contaminantes. Por ejemplo, en muchos procesos de hongos, la actividad de agua es inferior a la que es óptima para las bacterias, por lo que hay graves problemas en el crecimiento de contaminantes bacterianos, aunque los contaminantes por hongos pueden causar problemas. Puede ser posible operar sin asepsia estricta: El organismo proceso podría darse suficiente ventaja sobre cualquier contaminante de la cocción del sustrato, la evación de contaminaciones brutos, y la provisión de un inóculo relativamente puro y vigoroso. Sin embargo, en otros casos, el organismo crece lentamente y se debe tener cuidado para diseñar un biorreactor para la operación estéril y para operar de una manera tal para evitar la contaminación.
En este caso, es necesario esterilizar el biorreactor antes de la operación, para sellar adecuadamente aberturas, para filtrar el aire de entrada y añadir soluciones al biorreactor durante la fermentación de una manera aséptica. Los diversos biorreactores que se han utilizado hasta la fecha difieren con respecto a su capacidad para operar de manera aséptica.
El grado que se requiere para la contención del organismo proceso. En general, los organismos transgénicos no se utilizan en SSF, y los procesos rara vez implican patógenos peligrosos (aunque algunos implican patógenos oportunistas). Sin embargo, muchos procesos implican hongos y los trabajadores pueden sufrir de alergias u otros problemas de salud si a las esporas se les permite escapar libremente en el medio ambiente. Puede necesitar el biorreactor ser cerrado, y filtros pueden ser requeridos en la corriente de aire de salida. Los Biorreactores que se han utilizado hasta la fecha difieren con respecto a la facilidad con la que se contiene al organismo de proceso.
La conveniencia de la operación continua. La operación continua en un biorreactor bien mezclado no es una opción útil para SSF. En SLF los nutrientes añadidos a un reactor continuo de tanque agitado se distribuyen por todo el biorreactor, poniéndose a disposición de todos los microorganismos. En SSF, cualquier partícula sólida añadida a la fermentación tendrían que ser colonizado, un proceso que tomaría un período de tiempo significativo. Incluso si las partículas se inocularon en el momento de la adición, el crecimiento inicial se podría esperar que fuera lento, especialmente en un lecho mixto, y una fracción indebidamente alta de partículas de sustrato mal colonizadas se dejaría en el flujo de salida. Sin embargo, la operación continua del «tipo de flujo de pistón» ciertamente es una opción.
La facilidad de carga y descarga y el costo de la mano de obra. La carga y descarga de los biorreactores fermentadores son operaciones que se requieren para todos los procesos de manipulación SSF. Tenga en cuenta que el tipo de operación puede afectar a cómo se debe hacer la carga y descarga: En biorreactores fermentadores continuos la carga y descarga debe ser continua o al menos semi-continua, mientras que en la operación por lotes que se realizan en momentos distintos. Estas operaciones han recibido poca atención. El principio general es que, dependiendo de los costos de mano de obra, puede ser deseable evitar tipos de fermentadores que requieren la entrega manual de los pasos de carga y descarga.
La cantidad de sustrato a fermentar. Las dimensiones de los bioreactores serán determinadas por el volumen de sustrato que se debe mantener en un momento dado. Esto dependerá de la masa del sustrato que debe sostener y la densidad de embalaje a granel de la cama. Tenga en cuenta que la altura permisible de la cama puede estar limitada por la resistencia mecánica de las partículas de sustrato.
La participación del biorreactor en las etapas de procesamiento de purificación. A veces, podría ser deseable o bien para secar la cama del sustrato o para filtrar un producto de ella, como una de las primeras etapas de procesamiento limpieza. Puede ser deseable llevar a cabo dichos pasos dentro del propio biorreactor. Esto puede influir en el diseño del biorreactor.