Inovativno hidrodinamičko inženjerstvo za fermentaciju u inteligentnim bioreaktorima: napredne strategije miješanja za poboljšanje učinkovitosti bioprocesa

Učinkovitost i skalabilnost industrijskih procesa fermentacije uvelike ovise o optimizaciji hidrodinamičkih uvjeta unutar bioreaktora. Međutim, konvencionalni pristupi dizajnu miješanja često se temelje na pojednostavljenim modelnim tekućinama koje nedovoljno predstavljaju složene reološke i višefazne karakteristike stvarnih fermentacijskih medija. To ograničenje često dovodi do netočne optimizacije procesa i smanjene prenosivosti iz laboratorija u industrijsku razinu. Ova studija predstavlja inovativan hidrodinamički inženjerski pristup za inteligentne fermentacijske sustave integriranjem naprednih strategija miješanja s realističnim biološkim medijima. Hidrodinamičke performanse usporedno su istražene u Newtonovim tekućinama, otopinama ne-Newtonove karboksimetilceluloze (CMC) i suspenzijama Saccharomyces cerevisiae korištenjem originalnog mehanički miješanog bioreaktora opremljenog s dvije različite konfiguracije impelera (perforirana lopatica i sidro) koje rade u širokom rasponu brzina miješanja (50–300 okretaja u minuti).

Predložena metoda pokazuje da su performanse miješanja određene sinergističkom interakcijom između reologije tekućine, geometrije impelera i radnih parametara. Za razliku od konvencionalnih modelnih sustava, stvarne mikrobne suspenzije pokazuju različito hidrodinamičko ponašanje koje zahtijeva adaptivne strategije miješanja. Posebno je sidreni impeler značajno poboljšao učinkovitost makromiješanja, homogenost suspenzije i cirkulaciju biomase u heterogenim uvjetima, ističući njegov potencijal za inteligentnu optimizaciju procesa.

Inovativni doprinos ovog rada sastoji se u uspostavljanju hidrodinamičkog okvira dizajna sposobnog podržati adaptivnu i na znanju utemeljenu optimizaciju procesa fermentacije, omogućujući poboljšanu kontrolu procesa, povećanu produktivnost i pouzdanije skaliranje. Ovi nalazi pružaju vrijedne inženjerske principe za razvoj bioreaktora sljedeće generacije i pametnih bioprocesa primjenjivih u industrijskoj biotehnologiji, farmaceutskoj proizvodnji i održivoj bioproizvodnji.