El cultivo continuo es un proceso continuo en el que se agregan continuamente nutrientes al biorreactor y el caldo de cultivo (que contiene células y metabolitos) se elimina al mismo tiempo. El volumen del caldo de cultivo es constante debido a una alimentación y velocidad de alimentación constantes (es decir, los nutrientes consumidos se reemplazan y los metabolitos tóxicos se eliminan del cultivo).
Algunas ventajas del cultivo continuo son:
- En cultivo continuo, mantener constante el volumen de trabajo simplifica el escalado del cultivo basado en una estrategia de volumen de energía constante.
- Es posible crear condiciones óptimas para la síntesis máxima y a largo plazo del producto.
- Capacidad para obtener una calidad de producto estable (el estado estacionario consiste en un cultivo celular homogéneo con una concentración constante de biomasa y metabolitos).
- También da como resultado una mayor productividad por unidad de volumen, ya que no hay necesidad de tareas que consumen mucho tiempo, como la limpieza y la esterilización.
- Los cultivos en estado estacionario pueden durar días, semanas o incluso meses, lo que reduce en gran medida el tiempo de inactividad y hace que el proceso sea económicamente más competitivo.
Principio de cultivo continuo
- Un sistema de flujo continuo consta de un reactor en el que se bombean reactivos a una velocidad constante y desde el cual se emiten productos.
- Los factores que regulan su funcionamiento son:
- cómo pasa el material a través del reactor (que depende de su diseño);
- la cinética de la reacción en curso.
- En cultivo continuo, los nutrientes que limitan el crecimiento se pueden mantener en concentraciones estacionarias, lo que permite que los microorganismos crezcan a tasas submáximas.
- En un estado estacionario, la tasa de crecimiento celular y las condiciones ambientales, como las concentraciones de metabolitos, permanecen constantes.
- Además, en cultivo continuo, parámetros como el pH, la tensión de oxígeno, la concentración de productos de excreción y la densidad de población pueden monitorearse y controlarse fácilmente.
Proceso de cultivo continuo
- En el cultivo continuo, se establece un sistema abierto en el que se alimentan continuamente una o más corrientes de alimentación que contienen los nutrientes necesarios, mientras que la corriente efluente que contiene las células, productos y residuos se elimina continuamente.
- Se establece un estado estacionario manteniendo un caudal volumétrico igual para las corrientes de alimentación y efluentes.
- El volumen de cultivo se mantiene constante y todas las concentraciones de nutrientes permanecen constantes en estado estacionario.
- Durante este proceso se prolonga la fase de crecimiento exponencial y se evita la formación de subproductos.
- La fermentación continua es monitoreada por la actividad de crecimiento microbiano o la formación de subproductos y estos procesos se denominan como-
A. Método del turbidostato
- El crecimiento celular está controlado y permanece constante en este sistema, pero la velocidad de flujo del medio fresco varía.
- La densidad celular se controla en función del valor establecido para la turbidez, que es creada por la población celular mientras se suministra continuamente medio fresco.
Cultura de lotes alimentados: definición, principio, proceso, tipos, aplicaciones, limitaciones
Figura: Turbidostato con fuente de luz utilizado para detectar la turbidez celular y la densidad óptica bacteriana. Imagen Fuente: Najafpour, GD (2015). Ingeniería bioquímica y biotecnología. Otro. https://doi.org/10.1016/B978-044452845-2/50005-7.
B. Método quimiostático
- En un quimiostato, los nutrientes se suministran continuamente a una velocidad constante y la densidad celular se ajusta en función de los nutrientes esenciales suministrados para el crecimiento.
- En un quimiostato, la tasa de crecimiento se determina ajustando la concentración de sustratos como el carbono, el nitrógeno y el fósforo.
Cultura por lotes: definición, principio, proceso, aplicaciones, limitaciones
Figura: Cultivo quimiostático continuo. Imagen Fuente: Najafpour, GD (2015). Ingeniería bioquímica y biotecnología. Otro. ttps: //doi.org/10.1016/B978-044452845-2/50005-7.]
Los cultivos continuos de sistemas quimiostáticos y turbidostáticos tienen los siguientes criterios:
Lectura relacionada:
Fermentación - Principio, Tipos, Aplicaciones, Limitaciones- El medio y las células cambian continuamente.
- La densidad celular es constante
- Crecimiento en estado estacionario
- Sistema abierto
C. Reactor de flujo pistón
- En este tipo de cultivo continuo, la solución de cultivo fluye a través de un reactor tubular sin agitación.
- En un reactor de flujo pistón, los nutrientes (reactivos) ingresan al reactor en forma de "tapones", que fluyen axialmente a través del reactor.
- El medio de cultivo fluye constantemente a través de un tubo y las células se reciclan desde la salida hasta la entrada.
Figura: Diseño de reactores de flujo casquete. Imagen Fuente: jaibiba, P., Vignesh, SN y Hariharan, S. (2020). Principio de funcionamiento de biorreactores típicos. En biorreactores. Cía https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821264-6.00010-3]
Aplicaciones del cultivo continuo
- La fermentación en cultivo continuo se ha utilizado para la producción de proteínas unicelulares, disolventes orgánicos, cultivos iniciadores, etc.
- Se ha utilizado en la elaboración de cerveza, levadura forrajera, vinagre, levadura de cerveza, etc.
- En la producción industrial de metabolitos secundarios (como los antibióticos de un Penicillium oh estreptomices sp.)
- Se probó el cultivo continuo para la producción de L-lisina C. glutámico mutante B-6
- Se ha utilizado en procesos de tratamiento de residuos municipales.
Límites de la cultura continua
- En el proceso de cultivo a largo plazo, mantener la esterilidad puede ser complicado y el procesamiento posterior puede resultar un desafío.
- Controlar la producción de algunos productos que no crecen no es fácil, por esta razón, el cultivo continuo a menudo requiere un cultivo por lotes y un suministro continuo de nutrientes.
- Debido a la viscosidad y la naturaleza heterogénea de la mezcla, puede ser difícil mantener organismos filamentosos.
- Si una cepa de crecimiento más rápido supera a la cepa del producto original, se puede perder con el tiempo.
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