Biorreactores – Planificación Experimental
Una vez seleccionado el sistema experimental, es necesario decidir cómo llevar a cabo el experimento, a saber, cuántas muestras se eliminarán, en qué momentos y qué se analizará. La flexibilidad para decidir cuántas muestras se eliminarán durante la fermentación podría estar limitada por los recursos disponibles, especialmente en el caso de las columnas de Raimbault. En términos del análisis matemático posterior, sería deseable que los puntos de datos estén uniformemente espaciados en toda la fase de crecimiento activo, incluyendo las fases de aceleración y deceleración en los fermentadores. Puede ser necesario realizar la primera fermentación simplemente para ver cuándo suceden las cosas, antes de emprender un segundo experimento con una mejor planificación de los tiempos en que las muestras deben ser removidas. Es aconsejable registrar información suficiente para que el perfil de biomasa se trace en términos de ambos gramos de biomasa por gramo de sustrato seco inicial (g-biomasa g-IDS-1) (es decir, en base absoluta) y gramos de biomasa por gramo de sólidos secos (es decir, sobre una base relativa). Este procedimiento habla en términos de «frascos», pero el mismo procedimiento se aplica si se usan columnas de Raimbault. Supone que:
Se extraen dos muestras del mismo matraz (después de mezclar el contenido): una para la determinación del contenido de humedad y otra para el análisis de la cantidad de biomasa o un componente de la biomasa. Otra estrategia sería sacrificar dos frascos en cada tiempo de muestreo, utilizando todo el contenido de uno para la determinación de la biomasa y todo el contenido del otro para la determinación del contenido de humedad.
La determinación de biomasa se realiza en una muestra húmeda y no en una muestra seca. Debe medirse la masa de sustrato húmedo añadido inicialmente a cada matraz, y también se debe secar una muestra de este sustrato para determinar el contenido inicial de agua, IWC, expresado como porcentaje y sobre una base húmeda. El contenido inicial de agua debe determinarse después de la inoculación, especialmente si el inóculo aporta una cantidad significativa de agua al sistema. Se puede calcular a partir de los pesos húmedos y secos de la muestra retirada:
Dado que se conoce la cantidad original de sustrato húmedo añadido a cada matraz (Moig añadido al «i-ésimo» matraz), es sencillo calcular la cantidad de «sustrato seco inicial» (IDS) que contiene el i-ésimo matraz:
En el momento del muestreo del i-ésimo matraz, después de mezclar el sustrato en el matraz, se debe retirar, pesar, secar y volver a pesar la muestra, permitiendo calcular el contenido de humedad en el momento del muestreo (WC):
Los sólidos secos en la muestra húmeda utilizada para la determinación de biomasa, siendo esta muestra de masa fresca Mi, se pueden calcular como:
A continuación se determinará la cantidad de biomasa (o componente de biomasa) dentro de la muestra. El contenido de biomasa sobre una base relativa puede calcularse como:
El contenido de biomasa sobre una base absoluta está dado por:
Con respecto al número de muestras que se van a retirar, normalmente se logrará una caracterización razonablemente buena de la cinética con aproximadamente 10 tiempos de muestreo, elegidos para incluir toda la curva de crecimiento, muchos de los cuales se tomarán durante la fase de rápido crecimiento. El mejor intervalo entre las muestras dependerá entonces de la rapidez con que crezca el organismo y no será necesariamente uniforme. Para un organismo de crecimiento rápido, puede ser apropiado retirar muestras cada dos horas durante veinte horas después de la fase de retraso. Para un cultivo más lento, un intervalo de muestreo de 6 horas a 1 día, o incluso más largo, podría ser apropiado. Sería deseable eliminar las muestras triplicadas en cada momento de muestreo; Sin embargo, el número de repeticiones dependerá de los recursos disponibles. Con las columnas de Raimbault, no es infrecuente que los trabajadores eliminen sólo una sola columna en cada momento de muestreo.