Fermentación

Cultivos continuos: Se agregan en un medio nutrientes frescos de forma continua a un volumen de control que contiene las celulas.

• Se supone que el mezclado es perfecto,
• se retiran producto y parte de las celulas
• cuando se alcanza un estado estacionario se mantiene constante en todo punto
• provee de un medio de cultivo constante para las celulas y para la formación de productos.

cultivo por Lotes	Cultivo continuo
No hay control de los parametro de crecimiento	control total de crecimiento
Estado fisilogico no uniforme	estado fisilogioco uniforme
Productividad volumetrica Baja	Productividad volumetrica alta

Limitaciones:

Equipo + complejo 

 Operación + compleja requiere controles.

 No se consume todo el sustrato 

Mayor posibilidad de contaminación

Aplicaciones: producción de algunas proteinas, tratamientos de afluentes (con mo inmovilizadas) produccion de etanol, produccion de productos asociados al crecimiento,

 

Equipos utilizados:

• Tanque continuo perfectamente agitado (TCPA)
• Reactor flujo pistón (L/f >30)
• Fermentador de columna (L/f = 10-20)

1. Tubo de tiraje (Air lift)
2. Columnas rellenas
3. Circulación (fermentador loop

FPI (flujo piston ideal): no hay remezclado , los elementos de fluido con celulas activas no pueden inocular elemetos del fluido aguas arriba , se requiere un reciclo de celulas para inoculación continnua del medio fresco, es equivalente a un batch

Modalidades: (formas en que estos equipos pueden operar)

1. Quimiostato: el crecimiento de la biomasa suele estan controlado por un nutriente esencial y el resto se agrega en exceso. las condiciones quimicas del medio son constantes

1. Simple 1 etapa (veloc alim = veloc descarga       Volumen cte)
2. Quimiostato multietapa
3. Qumiostato con recirculación de células
4. Quimiostato con recirculación de líquido
5. Quimiostato con retención de células

2. Turbidostato Concentración de celulas constante , la alimetacion se regula mediante el monitereo de la densidad optica del cultivo, se alimenta de medio fresco cuando la turbides supera el limite prefijado, volumen constante retirando una camtidad fluido equivalente a la que se agrega.

3. pHstato, O.Dstato

 

Aspectos importantes de quimiostato simple

D de operación. A cuál?

                Se suele pensar en D_max, pero no conviene (“lavado operacional”)

                Se considera 0,85D_crit>D>0,1D_crit

                ¿Cómo controlar F y V constantes? A nivel laboratorio, se regulan las bombas de alimentación y descarga. El volumen se asegura poniendo un rebalse.

Puesta en marcha. 2 posibilidades:

1. Abrir alimentación de nutrientes, bombas e inocular, peor esto puede producir un “lavado”. No crecen inmediatamente, no se usa.
2. Pasar primero por una etapa de crecimiento por lote asegurándose que crezca exponencialmente, y después abrir el flujo de nutrientes.

Importancia de los quimiostatos de dos estapas

La concentración de S₁ que sobraba de la 1ª etapa se aprovecha. Producción de algún metabolito, en que aquellas condiciones de producción se alejen de las condiciones de crecimiento. La 1ª etapa permite fomentar el crecimiento (aumentando la biomasa) y en la 2ª etapa cambiar las condiciones + óptimas para la producción

Cuando se necesite un inductor, se puede agregar en una 2ª etapa (F´)

 

 

Quimiostatos multiples em cascada. es utilizado para producir metabolitos secundarios, separando las etapas de crecimiento de biomasa y formacion de producto pues la condiciones optimas son diferentes

Quimiostato con reciclo: generacion de biomasa autocatalica (mayor concentracion de biomasa mayor velocidad de crecimiento) la velocidad aumenta con las celulas que salen, incrementa la productividad y estabiliad de algunos sistemas, ya que minimiza las perturbaciones

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aireación.

• En fermentaciones aeróbicas es fundamental (O₂ es el último aceptor de electrones para generar ATP).
• El O₂ es un nutriente más y debe ser suministrado continuamente:
  1. Es un gas
  2. Es muy poco soluble: 7 mg/l

1. O₂ transferido a través de la superficie, se requiere agitación para aumentar superficie de contacto (a nivel laboratorio).

El V_LIQ=10-20% V_TOTAL

1. Inyección de O₂ ext: Mientras >h _LIQ > es la eficiencia de aireación (> t residencia de burbuja en el líquido).
2. Se inyecta aire comprimido, agitado o no para ayudar a la transferencia de O₂ desde fase gaseosa a la líquida. Se usan compresores.

Factores que influyen en la []o2

Es un sustrato importante para las fermenraciones anaerobicas

Debido a la baja sulubidad del O2 , el agua puede ser limitante de velocidad

Lasolubilidad del oxigeno en agua depende de la presion de la T° y las sales disueltas  a presion atm 7ppm

La concentracion critica de oxigeno es aquella por debajo de la cual comienza a controlar la velocidad de crecimiento

1. Chaqueta o camisa.
2. Útil para equipos de escala pequeña.
3. Area de intercambio es baja. Equipo caro

1. Serpentín
2. Cañería enrollada en espiral al interior del fermentador. Muy utilizado. Barato.

Ventaja:       barato y posee gran área/volumen

Desventaja: dificulta limpieza del estanque. Cuidado aseo conveniente en puntos donde queden residuos; pueden formar costras que generan puntos de baja t. de Q.

1. Lluvia externa.
2. Útil y barato, pero insuficiente para retirar la cantidad de calor que se genera. Normalmente se usa en combinación: lluvia externa + serpentín.

1. Intercambiador externo.
2. Intercambiador de placas muy eficiente como I de Q.
3. Problema: posibilidad de contaminación (demasiados puntos de unión). Difícil mantener estéril.
4. Caro.

> dificultad en fermentaciones grandes; ya que Area/vol es baja; en cambio en fermentaciones pequeñas; Area/vol es alta.

Fermentaciones pequeñas; pérdidas por pared son suficientes para mantener el sistema en balance de calor.

En cultivos por lotes el Q_F va aumentando (con biomasa), por lo tanto se calienta hacia el final de la fermentación.