Dialnet EvaluacionDeLaTransferenciaDeOxigenoEnCultivosConL 3410814

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Evaluación de la transferencia de oxígeno en cultivos
con lactococcus lactis empleando un sistema
de fermentación con aireación externa
Evaluating oxygen transfer in a Lactococcus lactis cultures
using an external aeration fermentation system (EAFS)
Andrea Soler1, Gustavo Buitrago H2

Resumen
En fermentaciones aerobias el oxígeno, como aceptor terminal de electrones enel proceso de respiración, comúnmente se constituye en limitante debido entre otros factores al diseño del biorreactor
(factores geométricos), a las condiciones de operación de los fermentadores (condiciones ambientales
requeridas en el cultivo, potencia transferida al cultivo por el sistema de agitación, propiedades del medio líquido), demanda de oxígeno por parte del microorganismo, sistema deaireación (concentración de
oxígeno en el gas, solubilidad del oxígeno). La limitación de oxígeno se refleja en la fermentación con
Lactococcus lactis cepa IBUN 34.1, en que presenta una baja disponibilidad de oxígeno desde muy temprano en la fase exponencial del cultivo. Para superar estas limitaciones se diseñó y desarrolló un sistema
de suministro de oxígeno de alta tasa de transferencia,consistente en un sistema de fermentación con
aireación externa (SFAE), el cual es comparado en este trabajo con el sistema tradicional de fermentador
agitado dotado con dos turbinas tipo Rushton y aireación por difusor interno.
En este trabajo se evalúa la operación del SFAE, se seleccionan y estudian algunas variables operacionales y su efecto sobre la transferencia de oxígeno gas-líquido. Losresultados indican que las variables que
tienen efecto significativo sobre el coeficiente volumétrico global de transferencia de masa kLa son la
agitación y el flujo de medio de cultivo que circula por el aireador externo denominado flujo de recirculación. Los valores de kLa obtenidos indican que con el fermentador convencional con aireación interna
el mayor valor de kLa alcanzado fue de 40,68 (h-1), entanto que con el SFAE se alcanzaron valores de
63,18 (h-1).
Palabras clave: biorreactores, kLa, transferencia de oxígeno, fermentaciones aeróbicas, transferencia de masa
gas-líquido.

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Ingeniera química Msc., Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional de Colombia. apsolerg@unal.edu.co
Ingeniero químico Msc., Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional de Colombia.gbuitragoh@unal.edu.co

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Rev. Colomb. Biotecnol. Vol. XII No. 2 Diciembre 2010 124-138

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Abstract
Oxygen as final electron acceptor in respiration in aerobic fermentations is commonly a limiting factor due
to its low solubility in aqueous solutions, bioreactors’ geometric factors and operating characteristics, liquid
media properties, oxygenconcentration in gas supply, microorganisms’ characteristics, environmental culture
conditions, power supply by agitation system, etc. Oxygen limitation is present in cultures using the IBUN
34.1 Lactococcus lactis strain where oxygen availability is low some minutes after the exponential phase starts. A
high transfer rate oxygen supply system was thus designed to overcome such limitations; it consistedof an
external aeration fermentation system (EAFS) which was compared in this work with a conventional agitated
tank fermenter equipped with two Rushton turbines and internal diffuser aeration flute mechanism.
This paper evaluates the EAFS; some operational variables were selected and studied as well as their effect
on oxygen transfer. Our results showed that agitation and culture medium flowthrough the aerator (called
external recirculation flow) were the variables having the main effect on overall volumetric mass transfer
coefficient (kLa). The highest kLa value in the conventional bioreactor having internal aeration was 40.68 kLa
(h-1), while EAFS reached 90 (h-1).
Key words: Bioreactor, kLa, oxygen transfer, aerobic fermentation, gas–liquid mass transfer.

Recibido: marzo 8 de 2010...