Tipos de biorreactores

CRECIMIENTO MICROBIANO
Cuando se siembran microorganismos en un medio de cultivo apropiado, los mismos comienzan a dividirse activamente empleando los nutrientes que le aporta el medio de cultivo para "fabricar" nuevos microorganismos. Este proceso continúa hasta que algún nutriente del medio de cultivo se agota (sustrato limitante) y el crecimiento se detiene. También puede detenerse elcrecimiento por acumulación de alguna substancia inhibidora formada por los mismos microorganismos, pero supóngase por ahora que éste no es el caso y que la primera alternativa es la válida. Luego hay dos aspectos claramente diferenciables que hacen al crecimiento microbiano: uno estequiométrico, por el cual la concentración final de microorganismos obtenidos dependerá de la concentración y composicióndel medio de cultivo, y el otro cinético, el que dirá con qué velocidad se lleva a cabo el proceso.

Estequiometría del crecimiento microbiano
La aplicación de la estequiometría requiere conocer los rendimientos. Estos se definen como la relación entre el producto obtenido y el sustrato consumido (usualmente la fuente de carbono y energía). Por ejemplo el rendimiento celular se define como:X y S representan la concentración de biomasa y sustrato respectivamente. En la práctica, para el cálculo del Yx/s se emplea la expresión:

En el capítulo 4 se vio que para obtener 30 gl-1 de levadura para panificación, se consumían 60 gl-1 de fuente carbonada, luego el rendimiento será

Si además de microorganismos se forma algún producto en particular, el rendimiento en producto estarádado por:

Antes de avanzar en el tema, convendrá hacer algunas consideraciones sobre la composición elemental de los microorganismos con respecto a los elementos mayoritarios (C, N, H, O) ya que la misma será el punto de partida para realizar los cálculos estequiométricos. Además, y antes de aplicar los balances estequiométricos deberemos responder a esta pregunta: ¿qué peso de células (obiomasa) corresponde a "un mol"?.
Se ha encontrado que la composición elemental de un microorganismo dado durante un cultivo no se modifica mayormente y, lo que es más, las composiciones elementales de distintos tipos de microorganismos (bacterias y hongos) son semejantes. De este modo se puede definir un "microorganismo promedio" como aquél cuya composición es (% p/p):
C = 46.5; H = 6.49; 0 = 31.0;N = 10.85,
siendo el contenido de sales aproximadamente 5%. Es importante recalcar que si bien la composición elemental de la biomasa se mantiene constante durante el cultivo, no ocurre lo mismo con la composición macromolecular, esto es: proteínas, ácidos nucleicos, cte., la cual puede variar sensiblemente.
Teniendo en cuenta la composición media anterior, es posible escribir la "fórmulamínima" de un microorganismo promedio como: CH1.79O0.5N0.2 (en la que está representado el 95% p/p de la biomasa) y con fines netamente prácticos definir "un C-mol de biomasa" como la cantidad de biomasa que contiene un átomo gramo de Carbono.

Por tanto una concentración de X en gl -1 de biomasa es equivalente a X / 25.8 C-mol de biomasa l -1, o bien Xox / 12 C-mol de biomasa l -1 . Donde ox es lafracción de Carbono de la biomasa (0.465 para el "microorganismo promedio"). Esta última forma de calcular los C-moles de biomasa es ventajosa ya que sólo requiere conocer ox ; un dato que se puede obtener fácilmente de la bibliografía. En caso de no existir datos disponibles, se puede suponer ox = 0.465 sin temor a cometer errores groseros.
De forma análoga a la anterior se definen 1 C-mol defuente de Carbono y energía, y también 1 C-mol de producto. Por ejemplo para la glucosa (C6H12O6) 1 C-mol de glucosa estará representado por CH20 y pesará 30 g, mientras que 1 C-mol de etanol (C 2H60) estará representado por CH 300.5 y pesará 23 g. En general para un compuesto de la formaC n H 1 Oq Nm , 1 C-mol estará representado por C H1/n Oq/n Nm/n.
En base a lo anterior, el crecimiento...