Cin tica dos processos fermentativos
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 25

Cinética dos Processos Fermentativos PowerPoint PPT Presentation


  • 81 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Cinética dos Processos Fermentativos. ______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO. Nomenclatura Usual : Yx/s: Fator de Conversão de Substrato em Células (ex: g x /g s ). Yp/s: Fator de Conversão de Substrato em Produto (ex: g p /g s ).

Download Presentation

Cinética dos Processos Fermentativos

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Cin tica dos processos fermentativos

Cinética dos Processos Fermentativos


Cin tica dos processos fermentativos

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

Nomenclatura Usual:

Yx/s: Fator de Conversão de Substrato em Células (ex: gx/gs).

Yp/s: Fator de Conversão de Substrato em Produto (ex: gp/gs).

Yx/p: Fator de Conversão de Produto em Células (ex: gx/gp).

Y’x/s: F. C. Verdadeiro de Substrato em Células (ex: gx/gs).

rx; rs e rp: Velocidades Instantâneas de Consumo de Substrato; Crescimento Celular e Formação de Produto (ex: g/L.h).

µx; µs; µp: Velocidades Específicas de Crescimento Celular (ex: h-1); Consumo de Substrato (ex: gs/gx.h) e Formação de Produto (ex: gp/gx.h).

Qp: Produtividade Volumétrica do Produto (ex: g/L.h).

m: Consumo Específico para a Manutenção (ex: h-1).

Tg: Tempo de Geração do Microrganismo (ex: h).

M.O.: Microrganismo.


Cin tica dos processos fermentativos

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

Introdução:

Componentes do sistema de cultivo { [biomassa] = X; [produdo] = P e o [substrato] = S } em função do tempo de fermentação: X= X(t), P= P(t) e S= S(t).

Figura 2 -Células Totais em Suspensão - X (), da levedura S. cerevisiae 308 tipo lager, e Densidade do mosto com adjunto de banana () durante a fermentação a 17,50 0P e 15 0C, no ponto otimizado da adição de nutriente (Carvalho, 2009).

Figura 1 -Consumo de Extrato Aparente - S () e Produção de Etanol - P(), pela Levedura S. cerevisiae 308 tipo lager, durante a fermentação do mosto com adjunto de banana a 17,50 0P e 15 0C, no ponto otimizado da adição de nutriente (Carvalho, 2009).


Cin tica dos processos fermentativos

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

Modelos Simplórios Utilizados Para Descrever o Crescimento Microbiano:

Os modelos matemáticos mais simples e mais utilizados para descrever o crescimento microbiano são os modelos “não-segregados” e “ não-extruturados”:

Modelos “não-estruturados”: são aqueles que consideram a população celular homogênea, tanto de ponto de vista metabólico, como estrutural.

Modelos “não-segregados”: são aqueles que consideram as células razuavelmente idênticas entre si de modo a poderem ser indistintamente agrupadas em numa “biofase”.


Cin tica dos processos fermentativos

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

Parâmetros de Transformação:

-Velocidades Instantâneas de consumo de substrato (rs), de crescimento celular (rx) e de formação de produto (rp).

rx = dx/dt

rs = -ds/dt

rp = dp/dt

-Velocidades Específicas de consumo de substrato (µs), de crescimento celular (µx) e de formação de produto (µp).

µx = (1/x) / (dx/dt)

µs = (1/x) / (-ds/dt)

µp = (1/x) / (dp/dt)


Cin tica dos processos fermentativos

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

-Fatores de Conversão.

Em um tempo (t) de fermentação podemos correlacionar X, S e P através dos fatores de conversão:

Yx/s = (X-Xo) / (So-S)

Yx/p = (X-Xo) / (P-Po)

Yp/s = (P-Po) / (So-S)

Como na maioria dos cultivos Yx/s, Yx/p ou Yp/s não são constantes, então somente seus valores instantâneos deverão ser levados em conta:

Yx/s = dx/-ds

Yx/p = dx/dp

Yp/s = dp/-ds


Cin tica dos processos fermentativos

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

Das definições resultam as seguintes relações:

Yx/s = rx/rs = µx/µs

Yx/p = rx/rp = µx/µp

Yp/s = rx/rs = µx/µs

E tem-se ainda que:

Yx/s = Yx/p . Yp/s

- Produtividade volumétrica do produto (Qp):

Qp = Pf – Pi / tf – ti


Cin tica dos processos fermentativos

Modelo de Monod

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

  • Em 1942, Jaques Monod propôs uma relação matemática para descrever o efeito do crescimento limitante em função da taxa específica de crescimento.

  • O crescimento da biomassa é dependente da disponibilidade do nutriente.

  • Quando estamos em condições de limitação do nutriente a mx reduz-se até cessar completamente o crescimento, em condições de exaustão do nutriente.


Cin tica dos processos fermentativos

Modelo de Monod

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

where

µm taxa específica de crescimento máxima

Ks constante de saturação ou de Monod

S concentração do substrato limitante .


Cin tica dos processos fermentativos

Modelo de Monod

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

V=

A taxa específica de crescimento máxima é a taxa máxima de crescimento obtida para condições não limitantes.

A constante de Monod (Ks) é a concentração do nutriente limitante para a qual a taxa de crescimento é metade da taxa de crescimento máxima;

Representa a afinidade do organismo para o nutriente.

Os valores de µm e Ks dependem do organismo do nutriente limitante do meio de fermentação e de fatores como temperatura e pH


Cin tica dos processos fermentativos

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

A linearização do modelo de MONOD:


Cin tica dos processos fermentativos

Coeficiente de Rendimento

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

Rendimento define-se como a quantidade de produto obtida para determinado substrato.

  • Por exemplo, se 0.6 g de ácido cítrico é produzido a partir de 1 g de glicose , então o rendimento de ácido citrico de glicose é 0.6 g/g.

  • O rendimento pode variar consideravelmente durante a fermentação. Por isto, o rendimento médio é frequentemente expresso como eficiência da produção.


Cin tica dos processos fermentativos

Coeficiente de Rendimento

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

Diferentes tipos de coeficientes de

  • Rendimento de Biomassa (Yxs)

  • Rendimento do produto (Yps).

  • O rendimento à biomassa é a biomassa (média) produzida por unidade de massa de substrato consumido

  • X0 and S0 são as concentrações iniciais de biomassa e de substrato .

  • X1 and S1 são as concentrações de biomassa e de substrato no final da fermentação.


Cin tica dos processos fermentativos

Coeficiente de Rendimento

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

  • O rendimento do produto :

  • Po and So são as concentrações iniciais.


Exemplo de aplica o

EXEMPLO DE APLICAÇÃO

  • Avaliação do modelo de Monod na produção de biomassa de Pleurotus ostreatus DSM 1833 em cultivo submerso. Zanotelli, C.T., Medeiros, R. Furlan, S.A., Wisbeck E.

    Revista Saúde e Ambiente, 8-2:14-18

    Microrganismo: Pleutotus ostreatus

    Meio de Cultivo: Glicose (20 g/L)

    Suplementação:NH4SO4 (5 g/L)

    MgSO4 (0,2 g/L)

    K2HPO4 (1 g/L)

    Extrato de Levedura (2 g/L)

    Peptona (1 g/L)

    CaCO3 (1 g/L)


Exemplo de aplica o1

EXEMPLO DE APLICAÇÃO

Condições de Cultivo:

Bioreator: Modelo B. Braun

Volume: 4 Litros

Temperatura: 30 oC

Agitação: 300 rpm

Aeração: 0,25 ou 1 L/min

KLA: 15 ou 27 h-1

pH: 4,0

Pé de cuba: 10%


Exemplo de aplica o2

EXEMPLO DE APLICAÇÃO

Mode Cinético:

Velocidade Específica de Crescimento: (1)

dx/dt: variação entre a concentração final (X)

e inicial (Xo ) de biomassa em função da variação de tempo (g.L-1.h-1);

µm: máxima velocidade específica de crescimento (h-1);

X: concentração de biomassa celular no instante t (g.L-1);

S: Concentração de glicose no instante t (g.L-1);;

Ks Constante de saturação de glicose do modelo de Monod (g.L-1);

Aeração: 0,25 ou 1 L/min


Exemplo de aplica o3

EXEMPLO DE APLICAÇÃO

Velocidade de consumo de glicose sem formação de produto: (2)

em que: ds/dt é a variação da concentração inicial (So) e final (S) de glicose em função do tempo (g.L-1.h-1).

Yx/s: fator de conversão de glicose em biomassa (g.g-1)


Exemplo de aplica o4

EXEMPLO DE APLICAÇÃO

Yx/s = rx/rs

  • X= X0 + Yx/s (So – S)

  • então da equação 2, vem:

    (4)


Exemplo de aplica o5

EXEMPLO DE APLICAÇÃO

Integrando a equação 4, tem-se:

Z = bU – d (equação da reta)


Exemplo de aplica o6

EXEMPLO DE APLICAÇÃO


Os par metros k s e

Os parâmetrosKs e

Foram estimados a partir de dados experimentais:


Valores de e k s

Valores de e Ks


Cin tica dos processos fermentativos

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

A linearização do modelo de MONOD:


Cin tica dos processos fermentativos

______________________________________CINÉTICA DE FERMENTAÇÃO

Exercício:

4) Os dados obtidos de uma fermentação descontínua estão ilustrados na tabela abaixo. Determine:

a) A forma linear do modelo matemático de Monod, demonstrando graficamente os coeficientes linear e angular.

b) Os parâmetros cinéticos Ks e µm.


  • Login