Enfoques para la ampliación de los biorreactores SSF

Se han propuesto diversos enfoques cuantitativos para la ampliación de los biorreactores SSF, incluyendo el uso de modelos matemáticos y de varios «enfoques simplificados» que tienen alguna similitud con enfoques de «regla de oro» de ampliación de SLF. Dada la complejidad de los sistemas SSF, los modelos serán herramientas más potentes, y deben ser preferidos cuando sea posible, sobre todo porque varios modelos de resolución rápida están disponibles en la literatura, y se pueden adaptar a los nuevos sistemas sin requerir una cantidad onerosa de trabajo. Vale la pena recordar, que los mismos fenómenos inter-partículas, son independientes de la escala, ya que por lo general se van a utilizar las mismas partículas de sustrato de tamaño a escala pequeña y gran escala. Importantes limitaciones de transferencia de masa entre partículas, de O2 y nutrientes, pueden ocurrir incluso en partículas de sólo 1 a 5 mm de diámetro. Estas limitaciones son intrínsecas a la SSF. Lo mejor que se puede hacer en la forma en que se acciona el biorreactor es el control de las condiciones entre las partículas, por ejemplo, para mantener la concentración de O2 en la fase de gas en contacto con la superficie de la partícula a una concentración tan alta como sea posible. El marco de los conocimientos relativos a la escala de los procesos SSF puede caracterizarse de la siguiente manera:

en relación con biorreactores a gran escala actuales: no hay evidencia en la literatura más que enfoques tipo “adivinar» o «ensayo y error» se hayan utilizado para el desarrollo de casi todos los fermentadores SSF.

Es probable que algunos cálculos de ingeniería se han hecho, incluso si fueron reportados. Esto es más probable en la industria de la salsa de soja, pero el conocimiento sobre la ampliación, si se ha generado, no se ha hecho ampliamente disponible debido a que es importante información propietaria;

en relación con las propias estrategias: Desde el trabajo de Saucedo-Castaneda. trabajo de modelización matemática se ha realizado con el objetivo de desarrollar estrategias racionales de escalado para SSF.

Sin embargo, a pesar de que tales modelos son potencialmente herramientas muy útiles para guiar la selección y diseño de biorreactores fermentadores a gran escala, no hay informes que describan un estudio de escalado que en realidad se haya hecho. Hasta la fecha, las investigaciones se han limitado a la utilización de modelos para demostrar, utilizando simulaciones, cómo los modelos podrían ser utilizados para guiar la ampliación.

Por último, es importante señalar que aunque los modelos matemáticos del comportamiento del biorreactor pueden ser utilizados para predecir cómo un sistema se desempeñará antes de su construcción, este trabajo de modelado no reemplaza la necesidad de hacer un trabajo experimental, más bien, es una herramienta para guiar el programa experimental. Como se verá más adelante, la modelización matemática puede ayudar a planear preguntas sobre la operación de fermentador que pueden ser respondidas a través de la experimentación, también puede ayudar a eliminar las ideas que parecen razonables, pero en realidad serían infructuosas, y así no perder tiempo y dinero para poner a prueba las ideas de forma experimental.

Características básicas, diseño y variables de funcionamiento de biorreactores de tipo bandeja.

Grupo I biorreactores, o «biorreactores de bandeja», representan la tecnología más simple para la SSF. Se han utilizado durante muchos siglos en la producción de alimentos tradicionales fermentados como el tempe y en la producción de koji de salsa de soja. En esta ocasión solo consideraremos estos dispositivos de bandeja como candidatos en la selección de los sistemas para procesos SSF de nuevo desarrollo. Las bandejas pueden ser apropiadas para un nuevo proceso si el producto no se genera en cantidades muy grandes, si un producto fermentado puede ser vendido directamente, o si el trabajo es relativamente barato.

Las características básicas de diseño de equipos de tipo bandeja ya se ha presentado en posts anteriores. Algunas de las posibles variaciones en el diseño incluyen:

la cámara de la bandeja puede ser relativamente pequeña, como una incubadora, o puede ser una habitación lo suficientemente grande para que la gente entre;

la bandeja puede estar construido de diferentes materiales, tales como madera, bambú, alambre o plástico. De hecho, una bolsa de plástico se podría utilizar en lugar de una bandeja rígida;

el fondo y los lados de la bandeja se pueden o no perforarse;

superficies de intercambiador de calor refrigerado por agua pueden ser incorporadas.

Las características de diseño disponibles para aparatos tipo bandeja son:

las dimensiones de la bandeja, es decir, longitud, anchura, y la altura;

el posicionamiento de las bandejas dentro del equipo;

la presencia de superficies de enfriamiento dentro de la cámara de bandeja. Las variables de operación disponibles son:

la temperatura, la humedad y velocidad de flujo del aire que entra en la cámara de la bandeja y la velocidad de circulación más allá de la superficie de la bandeja;

Si las superficies de refrigeración están presentes, entonces la temperatura del agua de refrigeración.

Tenga en cuenta que, aunque este tipo de sistema es nominalmente estático, la cama puede ser mezclada con poca frecuencia. Por ejemplo, es típico de los contenidos de la bandeja saan rotados con la mano una o dos veces por día.