Taller N°10 - Cinética Microbiana 2020

 

U niversidad niversidad T ecnológica ecnológica N acional  acional 

Biotecnología

F acultad acultad R egional egional R esistencia esistencia

2020

Taller N°10: Cinética de los microorganismos 1-

2-

La siguient siguientee tabla muestra muestra los datos del crecimiento de un mi microorganismo. croorganismo. Graficar va variables riables en función del tiempo, analizar analizar cada una de las etapas y determinar la velocidad de crecimiento exponencial, exponencial, el tiempo de duplicación y la concentración inicial. Tiempo (h) N x106 g/l 0.1

0.8

135

0.2

0.83

134

0.5

0.89

129

1

0.91

125

6

0.95

115

12

1.2

110

18

2.1

101

24

2.9

95

30

3.5

85

36

4.3

75

40

5

71

48

6.1

65

72

6.7

57

96 120

6.9 7

53 50

144

7.1

51

168

6.8

50

192

3.7

49

216

1.3

50

240

0.5

49

En un ferme fermentador ntador se realizan realizan pruebas para determinar determinar la cons constante tante de Monod en un sistema en donde donde se tiene un reactivo limi limitante. tante. Para ese sistema se obtienen los siguientes datos experimentales. Calcular K s y max.

 s] (g.l-1)

-1

(h

)

0.133

0.076

0.067

0.058

0.045

0.047

0.033

0.039

0.027

0.033

0.022

0.029

0.019

0.026

0.017

0.023

3-

Con Con los los da dato toss del del pr prob oble lema ma 1 cal calcu cula larr Y X/S = coeficiente de rendimiento de biomasa o utilización de sustrato. Para este ítem es necesario convertir el número de células a masa, utilizando la siguiente fórmula, que es válida para el microorganismo utilizado. Cy=4.37xNyx106.

4-

Calcular el efecto delgflujo entradauna deconcentración sustrato en lainicial concentración final de células para el eejercicio anterior considerando un rendimiento Ys=0.46 cel/gde sustrato, de sustrato S0=0,5 g/L . Graficar interpretar los resultados.

Problemas complementarios, complementarios, para entregar el lunes 4 de mayo de d e 2020

 

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Biotecnología

F acultad acultad R egional egional R esistencia esistencia

1.

2.

2020

Se han medido 36.000 bacterias/l luego de 4 horas de haber inoculado un medio. Después de 24 horas el número de bacterias aumentó a 6.2 x106/l. Asumiendo que la fase de demora es despreciable, calcular: a. La velo velocid cidad ad es espec pecífi ífica ca de crecim crecimien iento. to.  b. El número de bacterias que ffueron ueron inoculadas. La fermentación de glucosa a etanol se lleva a cabo en un reactor TAD usando S. cerevisae. La concentración inicial de glucosa es de 250 g/dm3, la concentración de células inicial es de 1.0 g/dm3. La velocidad de reacción sigue una cinética del tipo Monod, los  parámetros cinéticos cinéticos son: μmax=0.33 μmax=0.33 h-1, Ks=1.7g/dm3, Yxs=0.08g/g. a.

3.

Grafique la la concentrac concentración ión de bioma biomasa sa y sustrato sustrato vs. T Tiempo, iempo, suponie suponiendo ndo que todo el sustrato se consume para dar bi biomasa. omasa.

Suponga que un sustrato estéril se incorpora en forma continua en un quimiostato. a.  b. c. d.

Derive la expresión de la concentr concentración ación de sal salida ida de biom biomasa asa y sus sustrato trato (líq.) en función de la velocidad velocidad de dilución. dilución. Asum Asumaa que la reacción biológica procede con una cinética del tipo Monod. Grafique la concentración de sustrato sustrato y bioma biomasa sa en función de D. Ks=3 g/l, μmax=3 μmax=3 h-1, Yxs=5 gs/gbiomasa, s0= 10 g/l. Dete Determin rminee el valor de la velocida velocidad d de diluc dilución ión d dee "lavado "lavado”” Est Estime ime la veloc velocidad idad máx máxima ima de células células de salida (v (veloc elocidad idad de produ producció cción n de células es Dx (g biom biomasa/ asa/ll h))

4.

En un reactor batch para cinética enzimática, dada K m= 10-3M y la concentración de sustrato Si=3x10 -5 M, después de 2 minutos, se convirtió el 5% del sustrato. ¿Cuánto sustrato se consumió después de 10, 20, 30 y 60 minutos?

5.

Se produce una enzima para la fabricación de una loción de protección solar. Dados los datos cinéticos para la reacción enzimática con ymax= 2,5 mmol/ m3s, K m= 8.9 mM y el sustrato inicial Si=12 mM, ¿Cuánto tiempo será requerido para la conversión del 95% del sustrato en un reactor batch?

6.

Se considera la cinética de Monod en un CSTR (CONTINUOUS (CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR), REACTOR), con un microorganismo que crece con una concentración inicial de sustrato S i= 50 g/l y los parámetros cinéticos: ymax= 0,5 h-1 y K s= 2 g/l. a. ¿Cuál sería el el factor de di dilución lución máximo para para el 100% de rendimiento rendimiento de b biomasa? iomasa? de biom biomasa asa con tasa má máxima? xima? b. Si se usa la misma dilución, ¿cuál sería el número de CSTR en serie?

Bibliografía Bibliografí a complementaria: Najafpour, G. (2015). Biochemical Engineering and Biotechnology. Amsterdam: Elsevier Segunda edición.

hps://www.sciencedirect.com/science/book/9780444633576  (Capítulo 5)