Yarrowia lipolytica es capaz de convertir glicerol producto de

Yarrowia lipolytica es capaz de convertir glicerol
producto de descarte de la industria de los
biocombustibles en ácido cítrico. La producción de
este compuesto orgánico llega a 1.7 millones de
toneladas anuales. En la tabla siguiente, se muestran
los resultados obtenidos en experimentos llevados a
cabo en un sistema continuo donde se utilizó al
glicerol
como
substrato
limitante
a
una
concentración de 150 g/l.
Resultados Obtenidos
D (h-1)
Biomasa
g/l
Glicerol
g/l
Cítrico
g/l
Isocitrico
g/l
0.009
15.3
2.2
86.5
2.78
0.015
13.1
15.7
81.6
2.70
0.021
11.5
54.9
63.3
2.33
0.024
9.6
56.1
60.3
1.57
0.031
8.8
65.3
51.2
1.53
Preguntas
1.
Indique el consumo especifico de substrato, el rendimiento de
biomasa y producto, productividad específica a una D= 0.021 h-1.
2. Que velocidad de dilución elegiría para producir ácido cítrico. Si
tuviera que decidir entre los diferentes sistemas de cultivo que
conoce cual elegiría en base a los resultados que se muestran en la
tabla. Justifique.
3. Que parámetros cinéticos podría estimar con los datos de la tabla.
Indique como lo haría.
4. Le piden que diseñe un cultivo en batch alimentado con alimentación
exponencial, donde las concentraciones iniciales de biomasa y volumen
son 12.5 g/l y 14.5 l respectivamente. Cual será el flujo inicial y a las
12 hs. Cual será la biomasa (gr) y el ácido cítrico (gr) a las 16 hs de
cultivo.
1.
Indique el consumo especifico de substrato, el rendimiento de biomasa y
producto, productividad específica a una D= 0.021 h-1.
Sabemos que en un sistema continuo en el estado estacionario tanto μ ( D= μ)
como X son constantes. Entonces la velocidad específica de consumos de
sustrato, qs es igual a:
qS
µ
=
YXS
=
0.021 h-1
=
0.17 ggli / g X * h
0.121 g X/ ggli
Siendo Yxs:
Yxs
=
11.5 g/l
X
=
(SR – s)
11.5 g/l
=
(150 g/l– 54.9 g/l)
95.1 g/l
= 0.121 g X/ ggli
En el estado estacionario el balance de formación de
producto es:
0 =
qP =
dp
= qP X - D p
dt
D p
X
=
0.021 h-1 63.3 g/l
11.5 g/l
=
0.12 gcit / gX h
2. Que velocidad de dilución elegiría para producir ácido cítrico. Si tuviera que
decidir entre los diferentes sistemas de cultivo que conoce cual elegiría en
base a los resultados que se muestran en la tabla. Justifique.
El criterio que se toma generalmente es el de productividad
volumétrica, Qp:
QP = D p
D (h-1)
0.009
Biomasa
g/l
15.3
Cítrico
g/l
86.5
Qp
g/ l h
0.778
0.015
13.1
81.6
1.224
0.021
11.5
63.3
1.33
0.024
9.6
60.3
1.45
0.031
8.8
51.2
1.59
3. Que parámetros cinéticos podría estimar con los datos de la tabla.
Indique como lo haría.
Empleando la ecuación de Lineweaver-Burk se puede
Estimar Ks y µmax
1
=
D
KS
1
µmax
s
+
1
D
1
µmax
1
KS
µMAX
µmax
1
s
- 1
Ks
Empleando la ecuación se puede estimar ms y
Yxs verdadero
1
YXS
1
YXS
mS
=
1
+
µ
YG
1
YG
Pendiente = mS
1
D
4. Le piden que diseñe un cultivo en batch alimentado con alimentación
exponencial, donde las concentraciones iniciales de biomasa y volumen son
12.5 g/l y 14.5 l respectivamente. Cual será el flujo inicial y a las 12 hs. Cual
será la biomasa (gr) y el ácido cítrico (gr) a las 16 hs de cultivo.
La ecuación general del batch alimentado exponencial es:
Fo SR =
µ X V
e µt
Yxs
A tiempo 0
Fo =
µ X V
Yxs SR
e µt = 1
e µt
Fo =
0.031 h-1 12.5 g/l y 14.5 l
0.104 gX/ gglic 150 g/l
Fo = 0.36 l/h
*1
A tiempo 12 h el F12 será igual a:
Ft12=
µ X V
Yxs SR
e µt
0.031 h-1 * 12.5 g/l * 14.5 l * e 0.031
Ft12 =
0.104 gX/ gglic * 150 g/l
Ft12 = 0.52 g/l
h-1 * 12
La biomasa (gr) a las 16 hs de cultivo será igual a:
X V = Xo Vo e
µt
X V = 12.5 g/l * 14.5 l * e 0.031
h-1 * 16
X V = 297.6 g de biomasa
Para calcular la cantidad de ácido cítrico en gr debemos usar la ecuación
de rendimiento:
YPX =
(pV)F - (pV)0
pV
(X V)F - (X V)0
= YPX *
XV
P V = 5.33 gP/ gX * 297.6 g biomasa
Si consideramos las condiciones iniciales
despreciables
1587.2 g de cítrico