Biorreatores, agitación o no agitación.

Posiblemente las tres preguntas iniciales más importantes para poder definir y decidir si a un proceso el corresponden fermentadores biorreactores de agitación o no agitación serían:

¿En qué medida es el microorganismo, o la forma deseada del producto final, afectados perjudicialmente por la agitación?

¿A qué velocidad crece el organismo y lo sensible que es, y la formación de producto por el mismo, al incremento de temperatura?

¿Cuáles son los requisitos del sistema de aireación? Las respuestas a estas preguntas pueden influir en las decisiones sobre el tipo de mecanismos de aireación, de mezcla y de evacuación de calor que el biorreactor a gran escala debe tener. Por supuesto, estas consideraciones están interconectados y afectan la capacidad de controlar las variables del proceso a macroescala.

¿En qué medida es el microorganismo, o la forma deseada del producto final, afectados perjudicialmente por la agitación? Los Biorreactores fermentadores pueden ser o bien completamente estático, de forma intermitente agitados, o continuamente agitados. La gitación frecuente o continua sería deseable si se tolera, porque ayuda al transporte a granel de calor y O2, la mejorando la capacidad de controlar las condiciones dentro de la cama.

Además, la refrigeración por evaporación de la cama puede hacer muy secos los procesos mediante agua y restringir el crecimiento, lo que significa que a menudo es deseable añadir agua durante la fermentación. Solo es posible añadir agua mientras la cama se está mezclando. Sin embargo, la agitación también puede afectar el proceso de manera perjudicial. Puede dañar las hifas en los procesos basados en hongos, lo que podría afectar adversamente el crecimiento y formación de producto.

A la inversa, puede ser deseable que el producto final tejan juntos por hifas de los hongos, tales como en la producción de un alimento fermentado, y esto puede se prevenir mediante agitación. Más allá de esto, la agitación puede aplastar partículas de sustrato si no tienen suficiente resistencia mecánica o pueden hacer que las partículas pegajosas se aglomeren, en cualquier caso la producción de una pasta en la que la transferencia de O2 se verá obstaculizada en gran medida.

Desafortunadamente, el equilibrio entre los efectos positivos y negativos de la agitación no ha sido bien caracterizado. Será necesario para llevar a cabo sus propios estudios a escala de laboratorio en el que se compare el rendimiento de fermentacion mediante agitado y no agitado, aplicando a los dos sistemas con un aireado fuerte con el fin de minimizar las limitaciones de transporte, aislando de esta manera la agitación como el factor responsable de las diferencias.

¿A qué velocidad crece el organismo y que tan sensible es la formación de producto por el mismo, a los incrementos de temperatura? El control de la temperatura del lecho de sustrato es una de las principales dificultades en los procesos de SSF a gran escala, especialmente en aquellos procesos que implican microorganismos de crecimiento rápido. A gran escala, puede ser difícil de evitar que la temperatura alcance valores que son muy perjudiciales para el microorganismo.

Los diversos biorreactores difieren en la eficiencia de eliminación de calor, con las temperaturas alcanzadas en función de una compleja interacción entre el organismo y el tipo de biorreactor y la forma en que se opera. Estas consideraciones pueden determinar las decisiones clave como la profundidad máxima de la cama.

¿Cuáles son los requisitos del sistema de ventilación? La mayoría de los procesos SSF implican crecimiento aeróbico. Fundamentalmente, hay dos opciones de ventilación en los procesos de SSF. Una de ellas es para hacer circular aire alrededor de la cama, pero no para soplar aire con fuerza a través de ella. La otra es la fuerza para soplar aire a través del lecho.

La agitación puede influir en la eficiencia con la que se suministra aire fresco a las partículas de sustrato. Tenga en cuenta que en las camas de aire a presión la fase de aire desempeña un papel importante en la eliminación de calor. De hecho las tasas de aireación suelen regirse por consideraciones de eliminación de calor ya que los caudales de aire necesarios para la eliminación de calor adecuada son, por lo general, más que suficiente para evitar limitaciones en el suministro de O2 a la superficie de la partícula.

Estas consideraciones serán cruciales en la determinación de los regímenes de agitación y aireación que sean apropiados. Los biorreactores se pueden comparar sobre la base de su capacidad para proporcionar los regímenes deseados.