CULTIVO CONTINUO El cultivo continuo es un cultivo balanceado mantenido por tiempo indefinido por un sistema abierto de flujo que se compone de una cámara de volumen constante a la que llega un suministro de nutrientes y de la que se eliminan o separan los productos tóxicos de desecho (por un dispositivo de rebosadero) Una vez que el sistema alcanza el equilibrio, el número de células y la concentración de nutrientes en la cámara permanecen constantes, y entonces se dice que el sistema está en estado estacionario, con las células creciendo exponencialmente.
QUIMIOSTATO El tipo más frecuente de cultivo c ultivo continuo es el quimiostato en el que se introduce medio fresco a un flujo constante denominado velocidad de dilución (D) a la vez que se elimina cultivo viejo al mismo flujo. El medio de cultivo de un quimiostato contiene un nutriente esencial en una cantidad limitante (nutriente limitante). Estos parámetros se relacionan de acuerdo a la siguiente ecuación: D = F/V
Donde f es la velocidad de flujo y V el volumen del recipiente.. El valor D indica el número de volúmenes de reactor (volúmenes de fermentador) que pasan a través el reactor por unidad de tiempo. Este valor es el recíproco del tiempo de residencia o tiempo que una unidad de substrato está dentro del reactor. Tanto la tasa de crecimiento μ como el nivel de población microbiana están relacionados con
el valor de D.
TURBIDOSTATO Permite cultivos continuos con un coeficiente m cercano al u máx, trabajando a valores altos de D. Ello lo logra ajustando los valores de densidad celular de modo que ningún factor nutricional se haga limitante. Se dice que es un sistema de control interno porque es la misma concentración de bacterias la que regula el flujo de entrada y de salida (por medio de un mecanismo electrónico basado en la medición y control de la densidad óptica del cultivo). Ventajas del quimiostato en comparación con el turbidostato:
En un quimiostato, los microorganismos pueden cultivarse a una amplia variedad de tasas de crecimiento exponencial, mientras que, como vimos, en el turbidostato se cultivan en un rango estrecho de valores de m cercanos al u máx. El quimiostato permite crecimientos balanceados restringidos debido a que existe un nutriente o sustrato presente en una concentración suficientemente baja como para limitar la densidad de población. SR es la concentración de nutriente en el reservorio, y determina el valor de S, que es la concentración de nutriente limitante en el recipiente de cultivo. La tasa de adición de ese sustrato determina la tasa de crecimiento. Así pues, el quimiostato también permite elegir la densidad de células a la que se quiere trabajar. CULTIVO SEMI-CONTINUO Un cultivo semi-continuo (feed-batch) es un cultivo estanco al que se añaden en diferentes momentos nutrientes concentrados para permitir un mayor crecimiento o una producción más
efectiva de metabolitos secundarios. En un cultivo de estas características el nutriente añadido suele ser una fuente que aporte el carbono necesario para obtener energía y elementos para la síntesis de los metabolitos secundarios de interés. Por ejemplo, la producción de penicilina se realiza mediante un cultivo de estas características. 15.- TIPOS DE FERMENTADORES Podemos distinguir dos grandes tipos de fermentadores según el estado del medio de cultivo: fementadores líquidos y sólidos. FERMENTADORES LÍQUIDOS En ellos los nutrientes se encuentran en esta forma y los microorganismos se desarrollan flotando libremente en el volumen de medio de cultivo o formando agregados más o menos esféricos (pellets) en el caso de los cultivos de hongos. Este tipo de cultivos se denomina en ocasiones cultivo sumergido. El diseño de un fermentador líquido requiere tener en cuenta una serie de factores que influyen en el crecimiento, y en el rendimiento del proceso: temperatura, pH, aireación, etc. Por consiguiente, el diseño físico de los fermentadores líquidos tienen que incluir la presencia de sondas que permitan medir estos parámetros durante el cultivo y de sistemas que permitan corregir las desviaciones que se puedan producir (sistemas de refrigeración para control de temperatura, sistemas de ajuste de pH mediante la adición de ácidos o bases, etc.). Un aspecto adicional que considerar en el diseño de un fermentador es la presión hidrostática que se alcanza en su base y que puede limitar el crecimiento de microorganismos. En general, la altura máxima de un tanque de fermentación se sitúa en los 15 m ya que por encima de esa altura se alcanzan valores de presión inhibidores. Tienen especial importancia dos problemas: la agitación destinada a asegurar una mezcla correcta de los ingredientes del medio y de los microorganismos que crecen en él, y la aireación. Fermentadores en tanque Son los fermentadores más sencillos. La agitación se consigue por un sistema de palas unidas a un eje y un motor y por las turbulencias creadas por un sistema de bafles adosados a las paredes de la cuba de fermentación. La aireación se consigue por un difusor de aire que emite desde la parte inferior de la cuba de fermentación. La transferencia de oxígeno al cultivo se hace por las burbujas que van ascendiendo por el volumen de cultivo. El principal problema de estos fermentadores es el elevado coste del sistema mecá- nico de agitación, principalmente cuando se realizan cultivos de hongos filamentosos en los que la viscosidad debida al micelio aumenta mucho.
Fermentadores Air-lift En estos fermentadores la agitación y a aireación se logran mediante la inyección de aire por la parte inferior de la cuba de fermentación, la entrada de aire produce un convección que se canaliza por un tubo vertical interior en la cuba. La aireación también permite reducir la cantidad de calor producida durante la fermentación. En este fermentador, las burbujas de aire van aumentando de tamaño conforme ascienden por el tubo interior por lo que su relación superficie/volumen disminuye y la transferencia de oxígeno al cultivo es menor. Fermentadores Deep-Jet En ellos el aire se inyecta a presión desde la parte superior de la cuba de fermentación de forma que las burbujas de aire se van haciendo más pequeñas (mejor transferencia de oxígeno) hasta llegar al final del cilindro interior, y a partir de ahí las burbujas vuelven a crecer al ascender por la parte exterior de la cuba de fermentación. En la práctica, es un fermentador similar al anterior; pero operado al revés. FERMENTADORES SÓLIDOS En ellos los nutrientes se encuentran en esta forma y los microorganismos se desarrollan en la superficie del substrato o penetrando en él. Es un tipo de fermentación muy aplicada en la producción de algunos alimentos (setas cultivadas, koji, etc.) y también la que tiene lugar en los procesos de compostaje de residuos orgánicos. Hay varios modelos de fermentadores sólidos: 1. Tambor 2. Bandejas 3. Sistema de lecho (bed system) Por otra parte, existen sistemas semisólidos en los que los microorganismos están adheridos a superficies estáticas y los nutrientes pasan por filtración o goteo a través de ellos (sistema de la producción de vinagre por goteo), o los microorganismos se encuentran formando agregados que se mantienen en suspensión por medio de una corriente de medio de cultivo líquido (reactores de lecho fluidificado).