Resumen de los tipos de biorreactores

Muchos y diferentes biorreactores fermentadores se han utilizado en los procesos de SSF, y se han dado nombres diferentes por diferentes autores. Sin embargo, con base a las similitudes de diseño y operación, los fermentadores SSF se pueden dividir en grupos sobre la base de la forma en que son mezclados mezclan y aireados.

• Grupo I: Los biorreactores fermentadores en los que la cama es estática, o mezclados solamente con muy poca frecuencia (es decir, una o dos veces por día) y el aire se hace circular alrededor de la cama, pero no soplado con fuerza a través de él. Estos se refieren a menudo como «biorreactores de bandeja».
• Grupo II: Los biorreactores en los que la cama es estática o se mezcla solamente con muy poca frecuencia (es decir, una vez por día) y se sopla aire con fuerza la cama. Éstos se refieren típicamente como «biorreactores de lecho empacado».
• Grupo III: Los biorreactores fermentadores en los que la cama es continuamente mezclada o se mezcla de forma intermitente con una frecuencia de minutos a horas, y el aire se hace circular alrededor de la cama, pero no soplado con fuerza a través de ella. Dos biorreactores que tienen este modo de operación, utilizando diferentes mecanismos para lograr la agitación, son «biorreactores de tambor agitado y «biorreactores de rotación del tambor».
• Grupo IV: Son los biorreactores en los que se agita la cama y el aire se sopla con fuerza a través de la misma. Este tipo de biorreactor típicamente puede funcionar en cualquiera de dos modos, por lo que es útil para identificar dos subgrupos. Biorreactores fermentadores Grupo IVa se mezclan continuamente mientras biorreactores Grupo IVb se mezclan de forma intermitente con intervalos de minutos a horas entre eventos de mezcla. Varios diseños cumplen con estos criterios, tales como «camas gas-sólido fluidizado», el «tambor oscilante», y varios «biorreactores agitados aireados».

Tenga en cuenta que esta división se hace sobre la base de la manera en que se acciona el biorreactor, y no en la apariencia exterior del biorreactor. Por ejemplo, existen biorreactores que son esencialmente idénticos con el «tambor agitado», pero en la que se introduce el aire dentro de la cama de sustrato a través de los extremos de las palas. Un biorreactor de este tipo debería entonces ser clasificado como un «biorreactor aireado agitado», aunque la cama no será tan aireada eficientemente como cuando la cama recibe una aireación incluso a través de su sección transversal en general. También tenga en cuenta que la distinción no siempre es perfectamente claro.

Es una decisión arbitraria en cuanto a qué frecuencia la mezcla es separada tanto «agitado» como «estática». La ventaja de la agrupación de biorreactores sobre la base de la forma en que se operan es que los principios derivados sobre la base de trabajo con un miembro de un cierto grupo de biorreactores puede ser aplicada a otros biorreactores en el grupo.

Biorreactores Grupo I.

Estos consisten típicamente en una cámara que contiene un gran número de bandejas individuales, apiladas una encima de la otra con un hueco en el medio (Ver imagen), cuadrante superior izquierdo). Aire acondicionado (es decir, con control de humedad y temperatura) se sopla en la cámara y circula alrededor de las bandejas. La agitación, si se hace, es muy poco frecuente, y por lo general se realiza a mano. Las bandejas en sí mismas pueden ser de madera, bambú, metal o plástico. Por lo general son abiertos en la parte superior y tienen fondo perforado para aumentar la accesibilidad de O2, pero hay otras posibilidades. Por ejemplo, las bolsas de plástico micro-perforadas que contienen la caida de sustrato están dentro de esta categoría.

Grupo II biorreactores. Un biorreactor típico de lecho empacado consiste en una columna cilíndrica o de sección transversal rectangular, orientado verticalmente, con una placa de base perforada en la parte inferior que soporta un lecho de sustrato (Ver imagen) abajo a la izquierda del cuadrante). El aire se sopla a través de la placa base.

Grupo III biorreactores fermentadores. Estos por lo general consisten en un tambor de sección cilíndrica en posición horizontal (Ver imagen), cuadrante superior derecho). El tambor está parcialmente lleno con un lecho de sustrato, y se sopla aire a través del espacio de cabeza. En tambores giratorios, todo el tambor gira alrededor de su eje central para mezclar la cama. En tambores de agitación, el cuerpo del biorreactor permanece estacionario muentras las palas o raspadores montados sobre una palanca a lo largo del eje central del biorreactor rotan dentro del tambor.

Biorreactores mixtos y con aireados fuerza. Hay varios tipos de diseños que se incluyen en este grupo (Ver imagen), cuadrante inferior derecho). Pueden funcionar con mezcla continua o discontinua.

Los biorreactores fermentadores de lecho agitado son similares a los de lecho de relleno estático en que un cuarto de sustrato se encuentra en una placa de base perforada y el aire se fuerza a través de la cama, pero en lugar de ser estático, se introduce un agitador y proporciona un mezclado continuo o intermitente. Tales tipos de camas agitadas son típicamente aireadas desde el fondo, y tienen el agitador insertado desde la parte superior.

Los biorreactores de tambor de oscilación constan de tres cilindros concéntricos un cilindro interior perforado, un cilindro perforado exterior, y un cilindro sólido exterior. El sustrato se encuentra en el espacio entre los dos cilindros perforados. El aire es soplado a través de en el cilindro central, pasa a través del lecho de sustrato y luego en el espacio entre el cilindro perforado exterior y el cilindro macizo exterior, antes de salir a través de la válvula de escape. Los dos cilindros exteriores giran en relación con el cilindro interior, mezclando de este modo la cama sustrato, aunque no es muy eficaz.

Los lechos fluidizados de aire-sólido (ASFBs). En este biorreactor el aire se sopla hacia arriba a través de una placa de base perforada a una velocidad suficiente para fluidizar el lecho de sustrato, que a continuación se comporta como si se tratara de un fluido.