La entrada de potencia de un biorreactor no se introduce uniformemente en el líquido a granel. En algunos puntos de los biorreactores se produce una entrada de alimentación local más alta, mientras que en otros lugares se observa una entrada de alimentación local reducida. La potencia máxima local de entrada (P / VL) max es un parámetro que indica el nivel de estrés hidromecánico al que están expuestos los microorganismos. En general, el daño celular no es un fenómeno definido con precisión. Incluye la alteración de los tamaños de agregados, la liberación de compuestos intracelulares, la variación de las tasas de respiración específicas, la pérdida de viabilidad, la reducción de la producción de biomasa y, finalmente, los cambios en la composición de la pared celular. Para evitar estos efectos, se debe evaluar la cantidad de estrés hidromecánico en los biorreactores. En particular, si está presente una segunda fase líquida de una fuente de carbono orgánico, como aceite vegetal, alcanos o productos químicos insolubles en agua, se debe conocer el nivel y la distribución espacial del estrés hidromecánico para caracterizar suficientemente un bioproceso. Si bien las bacterias son en general bastante robustas, las células animales o los organismos de crecimiento filamentoso, como los hongos, pueden ser más sensibles al estrés hidromecánico. El nivel de esfuerzo hidromecánico dentro del biorreactor depende de las condiciones de operación prevalecientes, el diseño del biorreactor y las propiedades del líquido, como la viscosidad. La respuesta microbiana al estrés hidromecánico varía, dependiendo de las propiedades celulares particulares, como el tamaño y la rigidez de la pared de las células. Las células animales son generalmente sensibles al estrés hidromecánico debido a su tamaño relativamente grande y la falta de una pared celular protectora. Mientras que los biorreactores agitados muestran una entrada de potencia local relativamente baja, la entrada de potencia local en biorreactores de tanque agitado en la misma entrada de potencia específica es aproximadamente un factor de 10 a 20 más alta en comparación con los matraces de agitación. Cabe señalar que la entrada de potencia promedio (P / VL) ø en biorreactores agitados y agitados en condiciones normales de operación está en un rango similar. En consecuencia, la entrada de potencia se introduce más uniformemente en biorreactores agitados que en biorreactores de tanque agitado. Este hallazgo corresponde a la observación durante los cultivos de células hidromecánicamente sensibles en ambos tipos de reactores, en los que se han observado diferentes morfologías. Además de la entrada de energía local en el líquido a granel generado por el agitador, la explosión de burbujas en la superficie del líquido contribuye en gran medida al estrés hidromecánico de las células de los mamíferos en biorreactores aireados. Si las burbujas explotan en la superficie del líquido, se extraen pequeñas gotas de la superficie y se generan altas densidades de energía. En particular, las células animales sensibles podrían dañarse debido a la explosión de la burbuja.
Este efecto está completamente ausente en matraces de agitación desbalanceados aireados en la superficie donde no se generan burbujas.
La influencia de la aireación en biorreactores de tanque agitado en el estrés hidromecánico de microorganismos se investigó recientemente. Se encontró que la tasa máxima de disipación de energía local se reduce en más del 50% en presencia de aire en comparación con las condiciones sin aire y la entrada de potencia específica igual. El factor de reducción exacto depende de la geometría específica del impulsor Rushton de 6 palas aplicado. Curiosamente, se observa una entrada de potencia máxima similar en un matraz de agitación desbalanceado y desconcertado si se ajusta la misma entrada de potencia específica promedio. Peter et al. presentó una correlación para calcular la tasa máxima de disipación de energía local max en matraces de agitación desbalanceados en función del régimen de flujo y las condiciones de operación. Los autores determinaron la transición del régimen de flujo no turbulento a turbulento en matraces de agitación desbalanceados a un número de Reynolds de Re> 60 000. Para comprender mejor el efecto del estrés hidromecánico en los microorganismos y obtener una mejor comparabilidad entre el matraz de agitación y los biorreactores de tanque agitado, se deben realizar más investigaciones en el futuro.
Publicado en Aquí Estrés hidromecánico en biorreactores
