FACULTAD DE BIOQUIMICA Y CIENCIAS BIOLOGICAS

FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS HIDRICAS
PROCESOS BIOLOGICOS EN INGENIERIA AMBIENTAL – 2011
GUIA DE EJERCICIOS N° 1
Problema 1: Asumiendo que el único producto carbonado de una bioreacción es la biomasa, determine la
máxima cantidad de un microorganismo de composición CH1.64N0.16O0.52P0.03S0.01 que puede producirse a
partir de 1 litro de un medio conteniendo los sustratos en las concentraciones que se indican en la Tabla 1.
Sustrato
CH3OH
(NH4)3PO4
(NH4)2SO4
Concentración (g/l)
48
5
10
Tabla 1
Identifique el sustrato estequiométricamente limitante y calcule cuál debería ser su concentración para que
pueda agotarse el sustrato fuente de carbono.
Problema 2: Para la producción de un microorganismo de composición CH1.564N0.150O0.485S0.025 se utiliza
SO4(NH4)2 como fuente de S y de N. La bioreacción no tiene productos nitrogenados diferentes de la
biomasa. Calcule la cantidad mínima de SO4(NH4)2, en g, necesaria para producir 1 kg del microorganismo.
¿Podrá la bioreacción transcurrir sin formación de productos sulfurados distintos de la biomasa? ¿Por qué?
Problema 3: Un asistente de laboratorio muy distraído llevó a cabo una fermentación (anaeróbica), pero
olvidó pesar la glucosa añadida y también de analizar el etanol. Los productos de la fermentación se listan en
la Tabla 2. ¿podría estimar cuántas moles de etanol se formaron? Justifique sus hipótesis.
PRODUCTO
MOLES
Ácido Láctico
10
Ácido Acético
5
CO2
15
H2
10
Tabla 2:Productos de la fermentación
1
Problema 4: Estime el máximo rendimiento, en g de producto/g de sustrato, para cada uno de los procesos
oxidativos que se observan en la Tabla 3:
PRODUCTO
SUSTRATO
Acido Acético
n-octano
Etanol
Glucosa
Glicerina
Etanol
Acido Cítrico
Glucosa
Tabla 3: Sustratos y productos de diferentes procesos oxidativos.
Problema 5: Utilizando metanol como fuente de carbono y amoníaco como fuente de nitrógeno, se produce
biomasa (bacterias) por fermentación aeróbica, con un rendimiento YX/S = 0.3 g biomasa/g metanol. Los
productos de la biorreacción son, además de la biomasa, CO2 y H2O. En la Tabla 4, se muestra la
composición de la biomasa seca.
Tabla 4:
ELEMENTO
% PESO
C
45.6
H
7.6
O
33.5
N
13.3
Composición de la biomasa seca.
a) Calcule la demanda de O2 del proceso, en g O2/ g biomasa.
b) Si la relación O2 / C en el sustrato es mayor que en la masa celular, ¿ por qué debe suministrarse O2 ?
c) Encuentre el máximo rendimiento teórico en biomasa y calcule la demanda de O2 en esas condiciones.
d) Compare ese rendimiento máximo con el obtenido en base al concepto de grados de reductancia.
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Problema 6: Lekanda y Pérez-Correa (“Energy and water balances using kinetic modeling in a pilot-scale
SSF bioreactor”, Process Biochemistry, 39, 11, 1793-1802, 2004) estudiaron el crecimiento aeróbico de
Gibberella fujikuroi (CH1.98O0.71N0.15) en un medio formulado con una fuente de C de composición
CH1.67O0.83 y una fuente N de composición CH1.98O0.63N0.26. Los productos de la biorreacción son la
mencionada biomasa, CO2 y H2O.
Para las condiciones en que se llevó a cabo el estudio, los autores reportan un consumo de oxígeno de 0.96 g
O2/g CO2 formado. Obtenga todos los coeficientes estequiométricos.
Problema 7: Como una de las etapas del desarrollo de un método para la eliminación de nitratos de aguas
residuales, se experimenta el crecimiento anaeróbico de un microorganismo de composición CH1.73O0.43N0.24.
Al medio a tratar se agregan glucosa (C6H12O6) y NH3(dis) como nutrientes. Puede considerarse que todos los
nitratos intervienen en la bioreacción como NO3NH4. Los únicos productos de la reacción, además de
biomasa y agua, son CO2 y N2.
(a) Experimentalmente se determina que se producen 0.2875 moles de CO2 y 0.2027 moles de N2 por C-mol
de glucosa. Al responsable del desarrollo no le resultan convincentes esos resultados. ¿Comparte esa
opinión? Fundamente su respuesta
(b) Refuerce su opinión haciendo un "balance de grados de reductancia"
(c) Se sospecha que las anomalías detectadas pueden estar originadas por un mal rotulado de la cepa, y que se
ha utilizado otro microorganismo, compuesto también por C, H, O y N, cuyo metabolismo produce también
CO2 y N2. Como circunstancialmente no puede hacer un análisis elemental de la biomasa, determina
calorimétricamente su calor de combustión, resultando – 5,033 Kcal/g biomasa. ¿Es consistente este
resultado con las conclusiones de los puntos (a) y (b)? ¿Puede ser categórica una afirmación basada en esta
evidencia experimental?
(d) Para reunir más información, se hace una determinación calorimétrica del calor evolucionado en la
bioreacción. Asumiendo que los coeficientes de H, O, y N en la "fórmula" del microorganismo utilizado son
desconocidos, ¿puede determinarla con toda la información experimental disponible? Fundamente
matemáticamente su respuesta y liste toda otra información adicional que necesitaría..
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