Clase 10. Cinética Química En Biorreactores.

CINÉTICA QUÍMICA EN BIORREACTORES Ing. Aura Alexandra Ramón Vanegas Facultad de Ingeniarías y Arquitectura

Universidad de Pamplona

CRECIMIENTO EN UN REACTOR BATCH

CURVA TÍPICA DE CRECIMIENTO PARA UNA COMUNIDAD BACTERIANA

CRECIMIENTO EN UN REACTOR BATCH

Cuantificación de concentración de células La cuantificación de la concentración celular en un medio de cultivo es esencial para la determinación de la cinética y la estequiometría del crecimiento microbiano.  Determinación de la densidad del número de células  Determinación de la concentración de masa celular (directo)

PRODUCTOS MICROBIANOS Los productos microbianos se pueden clasificar en tres categorías principales

Ejemplo 1.

Se cultivó una cepa de moho en un cultivo discontinuo en glucosa y se obtuvieron los siguientes datos. a) Calcular la velocidad específica de crecimiento b) Calcular el rendimiento observado Y’xs c) ¿Qué concentración celular máxima podría esperarse si se usaran 150 g de glucosa con un inóculo del mismo tamaño?

Tiempo [h]

Concentración Concentración de células de glucosa [g/L] [g/L]

0 9 16

1.25 2.45 5.1

100 97 90.4

23 30 34

10.5 22 33

76.9 48.1 20.6

36 40

37.5 41

9.38 0.63

LA ECUACIÓN LOGÍSTICA

ECUACIONES LOGÍSTICAS Las ecuaciones logísticas son un conjunto de ecuaciones que caracterizan el crecimiento en términos de capacidad de carga (k). El enfoque habitual se basa en una formulación en la que la tasa de crecimiento específica se relaciona con la cantidad de capacidad de carga no utilizada

CURVA DE CRECIMIENTO LOGÍSTICO

Ejemplo 2. La formación de etanol a partir de glucosa se realiza en un cultivo discontinuo de Saccharomyces cerevisiae, y se obtuvieron los siguientes datos.

a) Al ajustar los datos de biomasa a la ecuación logística , determine el coeficiente de capacidad de carga k. b) Determine los coeficientes del rendimiento Yp/s y Yx/s.

Ejemplo 2.

Tiempo [h] 0

Glucosa [g/L] 100

Biomasa [g/L] 0.5

Etanol [g/L] 0.0

2 5 10

95 85 58

1.0 2.1 4.8

2.5 7.5 20.0

15 20 25

30 12 5

7.7 9.6 10.4

34.0 43.0 47.5

30

2

10.7

49.0

CRECIMIENTO EN UN REACTOR CONTINUO

BALANCE CON RESPECTO A LA BIOMASA

En un quimiostato, las células se eliminan a una tasa igual a su tasa de crecimiento, y la tasa de crecimiento de las células es igual a la tasa de dilución.

Si D se establece en un valor mayor que µm, el cultivo no puede reproducirse lo suficientemente rápido como para mantenerse y se lava.

BALANCE DEL SUSTRATO LIMITANTE

Cuando la formación de productos extracelulares es despreciable y el sistema se encuentra en estado estable

Considerando el efecto que tendrá la inclusión de la muerte celular, tenemos que:

BALANDE DE SUSTRATO CON MUERTE CELULAR

Ejemplo 3. Se está considerando una nueva cepa de levadura para la producción de biomasa. Los siguientes datos se obtuvieron utilizando un quimiostato. Se utilizaron una concentración de sustrato influyente de 800 mg / L y un exceso de oxígeno a un pH de 5,5 y T = 35 °C. Usando los siguientes datos, calcule µm, Ks, 𝑌𝑋 / 𝑆 , 𝑘𝑑 y ms, suponiendo que µnet = µS / (Ks + S) - 𝑘𝑑 . Velocidad de dilución [𝒉−𝟏 ]

Concentración del sustrato [mg/L]

Concentración de células [mg/L]

0.1

16.7

366

0.2

33.5

407

0.3

59.4

408

0.4

101

404

0.5

169

371

0.6

298

299

0.7

702

59

Ejemplo 4. La tasa de crecimiento específica para el crecimiento inhibido en un quimiostato viene dada por la siguiente ecuación

Donde

a) Determine X y S en función de D cuando I=0. b) Con el inhibidor agregado a un quimiostato, determine la concentración del sustrato de efluente y X en función de D.