Reactores Biológicos: Lechos Fluidizados, Air-Lift y Cinética Enzimática

Lechos Fluidizados

En los lechos fluidizados, un gas se dispersa en la zona inferior de una columna vertical que contiene un líquido (fase continua). Las burbujas de gas o la corriente líquida ascendente arrastran partículas sólidas, formando un reactor de burbujeo/lecho fluidizado trifásico. La parte superior del equipo tiene un mayor diámetro para disminuir la velocidad y así conseguir una buena separación sólido/líquido/gas.

Aplicaciones: Producción de cerveza, alcohol combustible.

Ventajas:

• Ideal para procesos inhibidos por el producto.
• En cada plato se alcanza una gran mezcla.
• Zonas independientes.
• Buen desprendimiento de gases.

Desventajas:

• La velocidad no depende del gas.
• Caudales más bajos por alta recirculación.
• Acumulación de gases en la parte superior.
• Coeficientes de transferencia menores.

Fermentadores Air-Lift

Los fermentadores air-lift son recipientes con dos zonas: en una se inyecta gas (zona ascendente) y en otra no (zona descendente), generando circulación. Su diseño y construcción son simples, con bajos consumos energéticos y buena homogeneización, aunque existe poca bibliografía al respecto.

Aplicaciones: Producción de cerveza, vinagre y ácido acético, antibióticos.

Ventajas:

• Velocidad depende del gas.
• Velocidad lineal más alta sin recirculación.
• Poca acumulación de gases por turbulencia elevada.
• Coeficientes de transferencia mayores y mezcla más eficaz.

Unidad de Actividad Enzimática

La Unidad de actividad enzimática (U) es la cantidad de enzima que cataliza la conversión de 1 μmol de sustrato en un minuto. La actividad específica es el número de unidades de enzima por miligramo de proteína (U/mg prot) o por mililitro de disolución (U/ml). Su unidad en el Sistema Internacional de unidades (SI) se llama katal (kat).

Etapas del Crecimiento Microbiano

• Etapa lenta o de retardo: Adaptación enzimática al tipo de sustrato y adaptación a la concentración y condiciones de operación.
• Etapa de crecimiento exponencial: En esta fase el proceso de muerte existe, pero es despreciable.
• Etapa estacionaria: Escasez de sustrato y elevada concentración de biomasa. Crecimiento lento, el sustrato es utilizado para mantenimiento. Si la velocidad de crecimiento es igual a la velocidad de muerte, el crecimiento neto es cero.
• Etapa de muerte: En la práctica es un proceso endógeno.

CINÉTICA DE CONSUMO DE SUSTRATO Y FORMACIÓN DE PRODUCTO

• Tipo I: productos asociados al crecimiento. La formación del producto es función del consumo de sustrato y, en gran medida, es proporcional a este. El cambio total de energía libre es negativo, ΔG.
• Tipo II: productos parcialmente asociados al crecimiento. La formación de producto depende solo indirectamente del consumo de sustrato. El cambio total de energía libre es negativo, ΔG.
• Tipo III: productos no asociados al crecimiento. La formación del producto no depende del consumo de sustrato. El cambio total de energía libre es positivo, ΔG>0. Ejemplo: producción de metabolitos secundarios (penicilina).