Balance de materia Balance de materia Balances elementales
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4/11/09 Balance de materia Los BME consideran: • El calor de reacción por electrón de oxígeno transferido • El número de electrones disponibles por átomo de carbono en la biomasa, y • Que la fracción másica de carbono en la biomasa es relaBvamente constante Los BME permiten estimar: Biomasa + Productos – Sustratos = 0 Biomasa + metabolitos + CO2 + agua – sustratos – oxígeno = 0 Biomasa Fuente de carbono Metabolitos Balance de carbono: 1 + yxe + yxc‐ yxs = 0 Producción de biomasa Consumo de sustratos (azucares, sales, gases) Generación de productos (oxigeno, metabolitos) Evolución de calor metabólico Balance de hidrógeno: 1a + dyxe + 2yxw ‐ fyxs – 3yxn = 0 Balance de oxígeno: 1b + eyxe + 2yxc + yxw ‐ gyxs – 2yo = 0 Balance de nitrógeno: 1c – 3yxn = 0 Proceso anaeróbico de producción de Saccharomyces cerevisiae Balance de materia Balance de carbono: 1 + yxe + yxc‐ yxs = 0 Balance de carbono: 1 + 0.713 + 1.313 – 3.636 = 0 Datos experimentales: Ye/x = 4.453 g/g yxe = 4.78 Cmol Et/CmolX Yc/x = 4.40 g/g yxc = 2.42 Cmol CO2/CmolX Ys/x = 10.165 g/g yxg = 8.20 Cmol S/CmolX PMbiomasa= 24.2 g/C‐mol PMetanol = 23 g/C‐mol PMsustrato = 30 g/C‐mol PMCO2 = 44 g/C‐mol Balances elementales Balance de materia y energía Grado de reducción 1 4/11/09 Grado de reducción EsBmación del grado de reducción Grado de reducción (γ): es el número de equivalentes de oxígeno requeridos para la oxidación completa de un compuesto orgánico (biomasa, productos, sustratos) en base a 1 g átomo de carbono; es decir, hasta la producción de CO2, H2O y/o NH3 Balance de grado de reducción Balance de carbono Balance de hidrógeno yxe = 4.78 Cmol Et/CmolX yxc = 2.42 Cmol CO2/CmolX Yxs = 8.20 Cmol S/CmolX yxe = 4.78 Cmol Et/CmolX yxc = 2.42 Cmol CO2/CmolX Yxs = 8.20 Cmol S/CmolX Yxn = 0.15 Cmol N/CmolX Balance de grado de reducción EsBmación del calor metabólico yxe = 4.78 Cmol Et/CmolX yxc = 2.42 Cmol CO2/CmolX yxs = 8.20 Cmol S/CmolX yxn = 0.15 Cmol N/CmolX yxa = 1.445 Cmol A/CmolX 2 4/11/09 EsBmación de calores de combusBón 1. A partir de tablas γ ΔH° (KJ/C-mol) γ ΔH° (KJ/C-mol) Acetaldehido 5.0 583 Glicerol 4.7 554 Ácido acético 4.0 437 Isopropanol 6.0 673 Acetona 5.3 597 Láctico 4.0 456 N-butanol 6.0 669 Lactosa 4.0 471 Butírico 5.0 546 Málico 3.0 332 Cítrico 3.0 327 Metano 8.0 890 Etano 7.0 780 Metanol 6.0 727 Etanol 6.0 683 Oxálico 1.0 123 Formaldehido 4.0 571 Palmítico 5.8 624 Fórmico 2.0 255 Propano 6.7 740 Fructosa 4.0 469 Propiónico 4.7 509 Fumárico 3.0 334 Succinico 3.5 373 Galactosa 4.0 468 Sacarosa 4.0 470 Glucosa 4.0 467 Valérico 5.2 568 EsBmación de calores de combusBón 2. A partir de la correlación 3. A partir de la reacción de oxidación total Calores de combustión para varios compuestos bajo condiciones estándar. 298°K y 1 atm a pH 7. Stephanopoullus et al. Metabolic Engineering: Principles and Methodologies. 1998. Pág. 128 Tarea: Estimar la generación de calor metabólico en las siguientes reacciones biológicas. Discuta los resultados 3
