Evaluación de las diversas configuraciones de CSSFB

Existe una relación entre dos importantes criterios de rendimiento, a saber, la productividad del biorreactor y la concentración de biomasa en la corriente de producto. La relación se representa para cada una de las tres configuraciones de CSSFBs, sobre la base de los resultados de las diversas simulaciones realizadas. Varios puntos de interés son:

• El CSTB tendrá una productividad máxima cuando la concentración de biomasa de salida es la mitad de X_max, mientras que la productividad máxima del CTFB se produce a mayores concentraciones de biomasa.
• La productividad máxima del CSTB con flujo perfectamente mezclado es 30% mayor que la del CTFB. Sin embargo, la ventaja del CSTB sobre el CTFB se hace menor a medida que aumenta la relación de reciclado del CTFB.
• Para las concentraciones de biomasa de hasta 200 g kg-DM^-1, que es muy cercano a la concentración de biomasa de 220 g kg-DM^-1 que da la máxima productividad del CTFB, la productividad del CSTB es mayor que la del CTFB.
• El comportamiento del CRDB está entre estos dos biorreactores ideales. Esto no es sorprendente, ya que representa una mezcla de los dos regímenes de flujo. De hecho, el modelo de este biorreactor puede representar las desviaciones de regímenes de flujo de los regímenes ideales asumidos para el CTFB y el CSTB.
• En el caso del flujo de enchufe a través de un biorreactor tubular, la velocidad de reacción será baja en la entrada del biorreactor debido a la baja concentración de biomasa. En el caso del flujo de enchufe a través de un biorreactor tubular, la velocidad de reacción será baja en la entrada del biorreactor debido a la baja concentración de biomasa. A medida que los sólidos fluyen a través del biorreactor, la velocidad de la reacción aumentará hasta un nivel máximo a una concentración de biomasa igual a 0,5X_max, debido a la cinética de crecimiento logístico, lo que hace que la velocidad de crecimiento desacelere a medida que la concentración de biomasa aumenta de 0,5X_max hacia X_max. Por lo tanto, a la salida del biorreactor de flujo continuo, si la concentración de biomasa es cercana a Xmax, la velocidad de reacción tenderá a ser baja. Esto significa que la velocidad de reacción media dentro del fermentador de flujo continuo siempre será inferior al nivel máximo posible; Por lo tanto, como consecuencia, la productividad global nunca será tan alta como lo sería para un CSTB en el que la concentración de biomasa se mantuviera a 0,5X_max.

Por último, cabe señalar una diferencia entre el funcionamiento de los CSTBs en SLF y SSF. En SLF es práctico tener una corriente de reciclo para un CSTB, ya que es posible centrifugar o filtrar la corriente que sale del biorreactor, de tal manera que la corriente de reciclo tiene una concentración de biomasa más alta que la corriente que sale del mismo, mientras que la corriente de producto que sale del sistema tiene una concentración de biomasa más baja que la corriente que sale. Lo importante es que en SLF es posible separar, al menos parcialmente, la biomasa y el líquido. Por el contrario, en SSF la biomasa en la corriente que sale del fermentador no puede separarse de los sólidos. Si se realiza cualquier reciclado, entonces la composición de la corriente de reciclo y la corriente de producto que sale del proceso tendrán composiciones idénticas a la de la corriente que sale del aparato. Por lo tanto, no hay ventajas, en términos de productividad, en el reciclado de sólidos en un CSTB. De hecho, el reciclado de sólidos sólo es útil para la inoculación de los sólidos frescos entrantes, y esto sólo será efectivo si hay transferencia eficiente de biomasa entre partículas.

Desafíos científicos y técnicos para las CSSFB

La fermentación continua de estado sólido comparte muchos de los retos a los que se enfrentan los procesos SSF operados en modo por lote, pero también tiene sus propias características. No ha recibido mucha atención en la literatura. A fin de comprender las posibles ventajas y limitaciones de este modo de funcionamiento, será necesario

• Desarrollar modelos de flujo que describan de manera más realista los patrones de flujo dentro de los diversos diseños;
• Incorporar balanzas de calor y masa en los modelos de funcionamiento continuo;
• Reconocer el hecho de que cada partícula actúa de forma muy similar a un «micro-biorreactor discontinuo», esto es muy diferente de la situación en SLF donde se asume una mezcla perfecta hasta el nivel molecular;
• Comprender el comportamiento dinámico de estos sistemas, con el fin de desarrollar estrategias de puesta en marcha apropiadas para el funcionamiento continuo y también para controlar el proceso, minimizando las oscilaciones en la calidad del producto.