Há três sistemas básicos para a condução dos processos de crescimento microbiano, também chamados de bioprocessos, em meio líquido:
• No processo chamado de batelada (cultivo descontínuo ou fechado), os substratos que compõem o meio de cultura são adicionados no início do processo e são imediatamente esterilizados por calor úmido, dentro do próprio recipiente de cultivo, o biorreator. Após esfriar, e atingir a temperatura de operação, adiciona-se o inóculo microbiano, resultante de um cultivo de menor volume, e o processo de multiplicação e conversão se inicia. O volume do meio permanece constante, e o produto final é removido após o término do processo, quando os substratos foram consumidos. De fato, apenas ar comprimido estéril é fornecido continuamente, caso o microrganismo possua metabolismo aeróbico, e o gás carbônico produzido metabolicamente com outros gases é removido.
• O processo chamado de batelada alimentada caracteriza-se por possuir uma etapa de fornecimento intermitente ou mesmo contínuo de nutrientes após o período inicial de crescimento e multiplicação celular, este realizado na forma de uma batelada. Em geral, os nutrientes estão mais diluídos no meio inicial de cultivo, evitando a multiplicação muito acelerada de certos microrganismos. Com frequência, esse processo é bastante utilizado quando alta concentração inicial de algum nutriente essencial pode ser inibitória para o crescimento, ou levar à produção de metabólitos indesejáveis. A etapa inicial de batelada se começa com um carregamento parcial do biorreator, sendo necessário deixar certo espaço para receber a alimentação posterior. A fase de alimentação pode durar até que o biorreator atinja seu volume útil máximo de operação, quando, então, o processo é finalizado e os produtos são recolhidos. Assim como na batelada tradicional, o fornecimento de oxigênio se dá em função da demanda metabólica do microrganismo em cultivo.
• O processo contínuo (cultivo aberto) é um cultivo equilibrado, com volume constante, que pode ser mantido indefinidamente por meio do fornecimento de nutrientes novos e retirada de produtos na mesma taxa estabelecida.
O estado estacionário é estabelecido quando as células estão crescendo exponencialmente e a sua concentração, bem como a dos nutrientes, permanece constante dentro do biorreator. Há formas diferentes de manter essa estabilidade, sempre relacionadas com a taxa de diluição necessária, o fluxo de nutrientes e a velocidade específica de crescimento, típica para cada microrganismo.
Quando o produto final são as próprias células dos microrganismos que estão sendo cultivados, visando, por exemplo, à produção de inoculantes, de proteína unicelular ou de outros bioinsumos em que há necessidade de se ter os microrganismos presentes e viáveis, o próprio caldo de cultivo integral é formulado e envasado adequadamente. Para o caso em que o produto de interesse é um metabólito produzido ao longo do processo, sendo esse acumulado no meio de cultivo, é possível recuperar as células por centrifugação ou sedimentação dentro do próprio tanque, utilizando o caldo da cultura para a finalidade desejada. Essas células recirculadas podem ser usadas como um novo inóculo (pé-de-cuba), reduzindo o tempo e os custos de produção. O processo descontínuo com recirculação de células também é conhecido por batelada repetida. Créditos Embrapa.