Microbiologia generale - fermentazione industriale

Come già accennato, nei processi fermentativi condotti in aerobiosi, la natura stessa dei

terreni ed il continuo insufflo di aria provocano la formazione di schiume elevate e

persistenti nella parte superiore del bioreattore. Se queste schiume non vengono

controllate possono ovviamente influire negativamente sull’intero processo, riducendo

l’ossigenazione della coltura, trascinando in superficie parte delle cellule o parti del terreno

di coltura stesso, abbassando così la resa del prodotto.

Per il controllo delle schiume, oltre all’uso di agitatori meccanici, spesso si ricorre

all’aggiunta di agenti anti schiuma detti tensioattivi; si usano in genere olii vegetali ed

animali, siliconi o alcoli a lunga catena. La scelta del tensioattivo adatto deve essere

ponderata e, la scelta deve tener conto di una serie di parametri:

Il tensioattivo deve essere poco solubile nel terreno colturale, disperdersi

1. rapidamente in esso ed agire in basse concentrazioni.

Non deve essere tossico per il microrganismo e non deve dare altri effetti negativi

2. sulla resa finale.

Deve essere sterilizzabile.

3. Non deve conferire particolari odori o sapori al terreno.

4. Non deve interferire con i processi di estrazione del prodotto.

5.

Solitamente la quantità di tensioattivo immessa nel fermentatore è quella minima

indispensabile.

Inoculo

Per l’inoculo si utilizza una coltura già sviluppata in modo tale da abbreviare i tempi ed

evitare inquinamenti, inoltre si semina ogni fermentatore con una coltura pari ad 1/10 o ad

1/20 del volume del fermentatore. L’inoculo è preparato in un germinatoio, poi immesso

nel fermentatore.

Classificazione dei bioreattori

Tra i tanti criteri possibili, uno di questi è la classificazione dei bioreattori in base al tipo di

agitazione che viene impiegato. In base a questo criterio si distinguono 4 categorie di

reattori: Con agitazione meccanica interna

1. Con mescolamento per immissione di gas a pressione – Agitazione

2.

pneumatica

Con pompa esterna per il ricircolo del liquido – Agitazione idraulica

3. A letto fisso impaccato e a letto fluido

4. Reattori ad agitazione meccanica interna STR / CSTR:

1.

Sono costituiti in generale da un cilindro, sul cui asse longitudinale

viene fatto ruotare un albero con delle ventole di forma spesso

complessa. Molto spesso sono associate pale rompi-vortici e tubi

per il ricircolo idraulico. L’aerazione avviene in genere dal basso

ma, possono essere presenti sulle ventole, fori calibrati per

l’immissione di ossigeno. Il punto debole di tale struttura è la zona

in cui l’albero entra nel cilindro del reattore, poiché è spesso fonte

di inquinamento.

Reattori ad agitazione mediante gas a pressione: I più comuni

2.

sono i bubble column, come si intende dal nome, sono caratterizzati da

bolle d’aria che risalgono nel cilindro. La pressione dell’aria è più alta in

basso, così la densità del liquido è minore e questo tende a risalire,

favorendo il mescolamento e l’agitazione.

Altri tipi di reattori, simili ai bubble column, sono gli ari lift loop, in cui il

brodo di coltura viene agitato ed areato facendo gorgogliare aria sterile

opportunamente compressa. All’interno di questi il grado di turbolenza ed

il trasferimento di ossigeno sono aumentati grazie ad un ricircolo, loop, di

fluido causato da un diaframma circolare interno. Questi sono molto vantaggiosi

poiché consentono un risparmio energetico, sono più efficienti delle bubble

column, nel sospendere i solidi e sono particolarmente indicati per cellule sensibili

all’agitazione meccanica.

Reattori con pompa esterna per il ricircolo del liquido: I più comuni,

3.

anche se meno diffusi di quelli ad agitazione meccanica, sono i reattori deep jet

ed i percolatori.