Cinética de crecimiento, producción y muerte.
• Relación entre y S = f(S); en un amplio rango no hay relación entre y S. Pero a menor concentración de S si hay una relación.
= max S Ec. de MonodKs + S
max
Cinética de crecimiento, producción y muerte.
• Relación de YX/S con
Ec. 1
pero: (dS/dt) T = -1 dx/dt YX/S
(dS/dt) C = -1 dx/dt YºX/S
(dS/dt) M = -m X m: constante de proporcionalidad
Si suponemos que no hay producción de metabolitos: (dP/dt) = 0
y reemplazando en Ec. 1:
YX/S = YºX/S ; cuando todo el sustrato consumido se utiliza en crecimiento.
1/YX/S
1/
m
1/YºX/S
Cinética de Producción
Existen 3 tipos:
Tipo I; asociado al crecimiento o metabolismo energético.Tipo II; no asociado al crecimiento o metabolismo centralTipo III; mixto
Así aparecen los:
Met 1º metabolitos asociados al crecimiento
Met 2º metabolitos no asociados al crecimientoconcepto fisiológico concepto cinético
No siempre existe un correspondencia con Met 1º y 2º, en otras modalidades que no sean cultivos por lotes.
(dS/dt)T = (dS/dt)c + (dS/dt)m + (dS/dt)p (1)
(dS/dt)p = -qP X 1 (2) YºP/S
con: (1) y (2) X
1/YX/S
1/
m + qP/YºP/S
Otra forma es haciendo un balance de sustrato:
S PC6H12O6 2 C2H5OH + CO2
YºP/S = 2 PM etanol = 0.52 (rend. máx. ferment. alcohólica) 180
Productividad (es la pendiente de la curva)
Product. Volumétrica = QP = P = dP t dt
Product. Células = QX = X = dX t dt
Veloc. consumo sustrato = QS = -S = - dS t dt
Existen conceptos específicos;qP = 1/X dP/dt veloc. específ. de producciónqS = 1/X dS/dt veloc. específ. consumo sustratoqX = 1/X dX/dt veloc. específ. de crecimiento
Asociado a eso, existen otros conceptos:• Productividad volumétrica• Veloc de producción• Concentración• Rendimiento
• A nivel industrial se busca maximizar la productividad volumétrica (2 condiciones: tiempo y volumen).
• La productiv. específica mide la capacidad de producción por célula, por lo que es un parámetro fisiológico, mide potencialidad de una célula.
Productiv. Volumétrica * 1/X = Productiv. Específica
Cultivo Continuo
Cultivo por Lotes Cultivo continuo
No hay control sobre parámetros de crecimiento (u) Control total del crecimiento
Estado fisiológico no uniforme Estado fisiológico uniforme
Productividad volumétrica baja Productividad volumétrica alta
Alimentación salida
Limitaciones:Equipo + complejoOperación + compleja requiere controles.No se consume todo el sustratoMayor posibilidad de contaminación
Consideraciones generalesC. por lote v/s C. continuo
Equipos utilizados:
Tanque continuo perfectamente agitado (TCPA) Reactor flujo pistón (L/ >30) Fermentador de columna (L/ = 10-20)
a. Tubo de tiraje (Air lift)b. Columnas rellenasc. Circulación (fermentador loop)
Air Lift Fermentador loop
De columnaTCPA
Modalidades: (formas en que estos equipos pueden operar)
1. Quimiostato
a. Simple 1 etapa (veloc alim = veloc descarga Volumen cte)b. Quimiostato multietapac. Qumiostato con recirculación de célulasd. Quimiostato con recirculación de líquidoe. Quimiostato con retención de células
2. Turbidostato3. pHstato, O.Dstato
Quimiostato simple en 1 etapa
F F
So
X0
P0
S
X
P
X
S
P
Suposición:
Perfectamente agitado
Sale X, S, P en igual proporción que al interior del estanque.
• Balance de células
• Balance de sustrato
• Ecuación Monod ( = f(S))