La fermentación de sustrato sólido (SSF) ha sido usualmente empleada para la producción de productos de valor agregado (antibióticos, alcaloides, factores de crecimiento de plantas, etc), biocombustibles, enzimas, ácidos orgánicos, aromas, biorremedación de compuestos peligrosos, detoxificación biológica de residuos agroindustriales, enriquecimiento nutricional, biopulping, productos biofarmacéuticos, etc. Esta tecnología ha ganado renovada atención en la industria, ya que se ha convertido en una alternativa más atractiva que la fermentación líquida para muchos productos.Así, se encuentra que la SSF produce un producto más estable, con menos requerimientos energéticos, en fermentadores más pequeños, y volúmenes menores de efluentes contaminantes. Este artículo se enfoca en presentar una visión de las características principales y aplicaciones de la SSF, así como sus ventajas y desventajas, comparado con la fermentación líquida sumergida (SLF). También se discute el efecto de las principales variables en los procesos SSF, así como aspectos importantes relacionados con el diseño de biorreactores SSF.

En el artículo se presentan algunas consideraciones generales acerca de la especificidad y características de la SSF (Fermentación en Sustrato Sólido), sus ventajas y desventajas, comparadas con la LSF (Fermentación en Sustrato Líquido). Se identifican los microorganismos involucrados en fermentaciones de estado sólido, considerando los mejores desempeños de los hongos filamentosos. Se detallan los sustratos sólidos y sus componentes macromoleculares básicos, en relación con su sistema heterogéneo y complejo. Se examina en detalle las mediciones de biomasa, así como los factores ambientales, ambos esenciales para estudiar y optimizar las fermentaciones en estado sólido.

La optimización de la operación de los reactores biológicos es un interesante problema no lineal, cuya solución ofrece un beneficio económico potencial. Los autores del artículo aplicaron un método de búsqueda de pico para acercarse a la máxima velocidad de producción de biomasa en un biorreactor de tanque agitado continuo. Se investigaron dos modelos, Monod y Haldane, y se muestra por simulación que el esquema de búsqueda de picos alcanza la optimización para ambos casos. Se diseñó un controlador feedback estabilizador con un filtro de escape para extender el intervalo operativo del modelo Haldane.

En este trabajo se describe un método para analizar el desempeño de biorreactores de fermentación en estado sólido. El método es usado para investigar el valor óptimo para el espaciamiento entre las placas de enfriamiento del reactor Zymotis, empleando datos de fermentación simulados proporcionados por un modelo matemático. El reactor Zymotis tiene un buen potencial para aquellos procesos de fermentación en estado sólido en los cuales el lecho del sustrato debe permanecer estático. Este artículo se enfoca en dos parámetros de diseño introducidos por la presencia placas de transferencia de calor internas: el ancho de la placa de transferencia de calor, el cual es gobernado por la cantidad de calor removido y la caída de presión del agua de enfriamiento, y el espaciamiento entre estas placas de transferencia de calor.

Se ajustó un modelo de reacción de difusión a los datos obtenidos con biopelículas de pseudomonas fluorescentes, desarrollado en un reactor airlift bajo condiciones de sustrato limitado diferentes, para determinar las constantes cinéticas de la biopelícula y los perfiles de concentración de sustrato dentro de las películas biológicas.Los perfiles de concentración predichos del modelo dentro de las biopelículas demostraron que todas las películas fueron completamente penetradas por el sustrato, y que la velocidad de reacción dentro de las biopelículas era de orden cero.Las constantes cinéticas estimadas (mmax = 0.24 h-1; KS = 0.73x10-3 kg/m3) diferían de aquellas obtenidas en un cultivo suspendido (μmax = 0.31 h-1; KS = 6.21 kg/m3), como resultado del estado metabólico diferente de los microorganismos dentro de las biopelículas.

Se han establecido las características morfológicas de cultivos miceliares sumergidos como uno de los parámetros clave en bioprocesos. El tipo morfológico y la fisiología relacionada dependen fuertemente de las condiciones ambientales del biorreactor, y afectan a su vez a las propiedades reológicas del caldo de cultivo y, por ende, el desempeño del biorreactor. Por consiguiente, la productividad y el consumo de energía del proceso son funciones de la morfología. Este artículo trata la morfología fungal con las propiedades reológicas relacionadas y la actividad metabólica, haciendo énfasis en la influencia de las variables de ingeniería sobre el crecimiento de la biomasa. Además, se hace una revisión a la literatura concerniente a la interrelación entre la morfología y el biorreactor, incluyendo algunos aspectos del diseño del bioproceso.

El cultivo a amplia escala es un paso esencial hacia la producción factible de baculovirus en cultivos de células de insecto. Los reactores airlift parecen ofrecer ventajas considerables sobre otros sistemas de cultivo de células de insecto.Para evaluar el impacto del diseño de reactor sobre el comportamiento de los cultivos de células de insecto, se cultivó la línea de células IPLB-Sf-21 en tres reactores airlift de tubos concéntricos distintos que diferían en sus parámetros geométricos. El radio del downcomer hacia las áreas de sección transversal. la forma del fondo, y el radio de la altura al diámetro del reactor probaron ser importantes, ya que éstas producían diferencias significativas sobre el comportamiento del crecimiento de las células.

La encapsulación de células vivas dentro de los confines de un material envolvente permite que se alcancen muy altas densidades celulares locales.Las metodologías para bioencapsulación incluyen métodos de chorro líquido, técnicas de goteo y emulsificación.Este artículo se centra en la selección de material adecuado de encapsulación, enumera los polímeros usados en la formación de la cápsula, y considera la importancia de encapsular células eucarióticas. Se enfatiza la importancia de la muerte celular como un factor limitante en la productividad de cultivo de células.

Se investigó el crecimiento y el contenido de azadiractin de Azadirachta indica en una columna de burbuja y en un biorreactor de tanque agitado en un medio optimizado estadísticamente. Se realizó la optimización del medio para identificar el crecimiento ideal y las condiciones de formación del producto. Se adoptó el diseño Plackett Burman para seleccionar los nutrientes más importantes. Se usó el Central Composite Design (CCD) para determinar las concentraciones óptimas de cuatro nutrientes identificados del diseño Plackett-Burman. El medio estadísticamente optimizado y las condiciones ambientales fueron: 5 g/L de inóculo (base DCW), 25.0 g/L de glucosa, 5.7 g/L de nitrato, y 0.094 g/L de fosfato; pH de 5.8, T = 27°C. Se usaron IBA (8 mg/L) y BA (4 mg/L) para el cultivo de células de Azadirachta indica en dos diseños de biorreactor distintos.

Las células de Bacillus thuringiensis, durante su fase tardía de crecimiento estacionario, producen tanto esporas como la proteína cristal bioinsecticida delta-endotoxina. Las células de B. thuringiensis también se desarrollan dependiendo de las condiciones ambientales. Así, es necesario adoptar un enfoque extenso para estudiar la cinética de crecimiento de B. thuringiensis considerando, no solamente el crecimiento celular típico, sino los cambios metabólicos que ocurren mientras se producen las esporas y la proteína cristal.Este documento presenta los resultados del estudio de cinética de crecimiento celular de B. thuringiensis, subespecies kurstaki, cepa HD-1 (ATCC 33679), puesta a crecer bajo condiciones de crecimiento batch (por lotes) y fed-batch (por lotes alimentado). Adicionalmente, se investigó el crecimiento del B. thuringiensis bajo condiciones de estado estacionario continuo en un sistema de biorreactor de 2 L de una etapa y un sistema de biorreactor continuo de dos etapas, el cual consistía en un reactor de 2 L seguido de otro de 15 L.La microscopía óptica y la microscopía de transmisión de electrones (TEM) se empleó extensivamente en este estudio para medir la morfología y el estado metabólico de las células de B. thuringiensis a diferentes condiciones de crecimiento durante los experimentos batch, fed-batch y continuos en estado estacionario. Se observaron diferencias morfológicas significativas en las células de B. thuringiensis, como una función del tiempo de crecimiento para los experimentos batch, y como función de las velocidades de difusión para los experimentos continuos en estado estacionario.La separación de la proteína cristal a partir del caldo fermentación para propósitos analíticos presentó serios problemas. Es este estudio, se desarrolló un nuevo método para aislar la proteína cristal, el cual la producía con una pureza superior al 95% ± 5%. Adicionalmente, se empleó Cromatografía Líquida de Alto Desempeño (High Performance Liquid Chromatography, HPLC) para detectar la proteína. Los resultados experimentales demostraron la alta dependencia de la formación de esporas y proteína cristal con respecto al tipo de cultivo. En los cultivos batch, la formación de esporas y proteínas cristal causó un decrecimiento en la velocidad de crecimiento de la biomasa, reduciendo la concentración de biomasa final. Para los cultivos continuos, se observó una reducción en la concentración de biomasa a bajas velocidades de dilución. Finalmente, en el crecimiento fed-batch, no se produjeron ni esporas ni proteína cristal, aún cuando se redujera completamente el sustrato límite.Un profundo análisis de los datos experimentales mostró que el modelo cinético de crecimiento clásico no podía predecir exactamente la concentración de biomasa para el intervalo de tiempo completo de un lote y a todas las velocidades de dilución de un cultivo continuo de B. thuringiensis. Así, se desarrolló y se probó exitosamente un nuevo modelo de crecimiento cinético con esporulación, el cual incluye un término representando la velocidad específica de formación de esporas, para los datos experimentales batch y continuo.Los resultados experimentales fueron empleados también para determinar parámetros cinéticos de crecimiento celular nuevos y confiables (μmax y Ks), así como los coeficientes de rendimiento de crecimiento y velocidad de respiración para cultivos batch y continuos.