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BALANCE DE MATERIA EN ESTADO ESTABLE EN BIOPROCESOS

CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo general 2.2 Objetivos específicos 3. JUSTIFICACIÓN 4. BALANCE DE MATERIA 4.1 Rendimiento: observado y teórico.

5. PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS 5.1 Sistema y proceso 5.2 Estado estacionario y equilibrio 6. COMPOSICIÓN ELEMENTAL DE LOS MOS. 7. FORMULACIÓN DE MEDIOS DE CULTIVO 8. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MATERIA 8.1 Tipos de balance de materia 8.2 Simplificación de la ecuación general 09/05/2017

9. BALANCE DE MATERIA CON CORRIENTE DE RECIRCULACIÓN, DESVÍOS Y PURGAS.

10. ESTEQUIOMETRIA DE CRECIMIENTO Y FORMACIÓN DE PRODUCTO. 11. BALANCE DE ELEMENTOS QUÍMICOS 11.1 Velocidad especifica de consumo de sustrato, crecimiento y formación de producto 11.2 Balance de carbono y oxigeno 12. BALANCE POR MÉTODO DE ELECTRONES DISPONIBLES 12.1 Grado de reducción de compuestos orgánicos 12.2 Balance de electrones disponibles 12.3 Ecuación de crecimiento 13. FACTORES DE RENDIMIENTO 14. CONCLUSIONES 15. REFERENCIAS 09/05/2017

1. INTRODUCCIÓN

• Un balance de materia es, pues, una contabilidad de los materiales que toman parte del proceso Ley de conservación de la materia

Gradientes de concentración

• Se debe especificar, delimitar o definir el sistema al cual se le aplicará dicho balance.

• Si se tienen en cuenta todos los componentes de las corrientes del proceso, se realiza un balance total de masa y si se aplica solamente a alguna sustancia o a algún elemento químico se efectúa un balance parcial de masa. Balances de masa

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2. OBJETIVOS

Conocer los distintos conceptos, objetos, terminología básica y la aplicación de los balances de materia en el estado estable en el campo agroindustrial.

Estudiar los balances de materia en estado estable en procesos de bioingeniería dentro de la agroindustria y conocer su importancia al momento de diseñar o analizar un proceso agroindustrial.

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Estudiar el principio de conservación de la materia que establece que la masa total del sistema no varía.

Identificar las diferentes variables a tener en cuenta en los balances de materia en el estado estable.

3. JUSTIFICACIÓN

determinar la manera cómo se distribuyen los componentes en los sistemas o entre sistemas en contacto directo.

Procesos biotecnológicos alimentarios y no alimentarios

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Las consideraciones estequiometricas constituyen el fundamento del diseño de los medios de crecimiento y los requerimientos de este para llevar a cabo de forma óptima dichos procesos.

Algunos de estos procesos se realizan en estado estacionario

4. BALANCE DE MATERIA Los balances de materia proporcionan una herramienta muy útil en el análisis de ingeniería. Muchas situaciones complejas se simplifican observando el motivo de la masa e igualando lo que sale con lo que entra. • ¿Cuál es la concentración de dióxido de carbono en la corriente de salida de un fermentador?

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• ¿cuál es la fracción de sustrato consumido y no convertido en producto?

• ¿Cuánto oxigeno debe alimentarse para que se produzca la fermentación?

• ¿Qué cantidad de reacción se necesita para producir por gramos de producto?

4. BALANCE DE MATERIA

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4. BALANCE DE MATERIA

Sistema Discontinuo: Estado estacionario

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4.1 RENDIMIENTO TEÓRICO Y OBSERVADO Los principios de rendimiento pueden aplicarse al metabolismo celular para relacionar el flujo de sustrato en las rutas metabólicas para la relación de biomasa y otros productos.

Donde es el factor de rendimiento, F y G son las sustancias involucradas en el metabolismo. ΔF la masa o moles de F producidos, y ΔG la masa o moles de G consumidos.

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4.1 RENDIMIENTO TEÓRICO Y OBSERVADO Tabla N°1 Algunos coeficientes de rendimientos metabólicos Símbolo

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Definición Masa o moles de biomasa producidas por unidad de masa o moles de sustrato consumido. (Moles de biomasa pueden ser calculados por la formula molecular de la biomasa. Masa o moles de producto formado por unidad de masa o moles de sustrato consumido. Masa o moles de producto formado por unidad de masa o moles de biomasa formado. Masa o moles de biomasa formada por unidad de masa o moles de oxigeno consumido. Masa o moles de dióxido de carbono formado por unidad de masa o moles de sustrato consumido. Moles de dióxido de carbono formado por moles de oxigeno consumido. Este rendimiento es llamado el coeficiente de respiración. Masa o moles de biomasa formada por mole de ATP formado Masa o moles de biomasa formada por kilocaloría de calor generado durante la fermentación.

4.1 RENDIMIENTO TEÓRICO Y OBSERVADO RENDIMIENTO OBSERVADO

−𝛥𝑋

−𝛥𝑋

Y`XS= 𝛥𝑆𝑇 = 𝛥𝑆𝐺+𝛥𝑆𝑅 EC. N°2 Y`XS: rendimiento observado de biomasa a partir de sustrato ΔX: Cantidad de biomasa producida ST:: Masa total de sustrato consumida SG Sustrato que utilizara para el crecimiento celular SR Sustrato que se canalizara hacia otros productos y actividades metabólicas 09/05/2017

4.1 RENDIMIENTO TEÓRICO Y OBSERVADO Las expresiones para los coeficientes de rendimiento observados se pueden obtener de la siguiente ecuación:

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4.1 RENDIMIENTO TEÓRICO Y OBSERVADO TABLA N° 2. Rendimiento de biomasa observado para varios m.o.s y sustrato. Principios de cultivo de microbios y células Microorganismo Sustrato Rendimiento de biomasa observado (g g-1) Aerobacter Cloacae Glucosa 0,44 Penicillium Glucosa 0,43 Chysogenum Candida utilis Glucosa 0,51 Acido Acético 0,36 Etanol 0,68 Candida intermedia n-Alkanes (C16-C22) 0,81 Pseudomonas sp. Metanol 0,41 Methylococcus sp. Metano 1,01 09/05/2017

4.1 RENDIMIENTO TEÓRICO Y OBSERVADO RENDIMIENTO TEÓRICO O VERDADERO

Ecuación 8.

ΔSG es la masa de sustrato realmente utilizada en la producción de biomasa Los rendimientos teóricos se refieren normalmente a un rendimiento máximo disponible, ya que ellos representan el rendimiento en ausencia de reacciones paralelas.

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EJERCICIO APLICATIVO #1

La ecuación para la producción aerobia de ácido acético a partir de etanol es: C2H5OH + O2  CH3CO2H + H2O Se ha añadido la bacteria Acetobacter aceti a un medio altamente aireado que contiene 10gL-1 de etanol. Transcurrido cierto tiempo, la concentración de etanol es de 2gL-1 y se han producido 7.5gL-1 de ácido acético. ¿Cómo es el rendimiento global de ácido acético a partir de etanol en comparación con el rendimiento teórico? 09/05/2017

EJERCICIO APLICATIVO #1 Utilizando como base de cálculo 1 litro, el rendimiento observado durante el periodo entero del cultivo se obtiene mediante la ecuación:

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EJERCICIO #1 El rendimiento teórico se basa en la masa de etanol usada para la síntesis de ácido acético. De la ecuación estequiometrica:

Por lo tanto el rendimiento observado es:

Se concluye que el rendimiento observado es el 72% del teórico. 09/05/2017

5. PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS

SISTEMA Y PROCESO

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5. PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS

• Un proceso discontinuo opera en un sistema cerrado. • Un proceso semicontinuo permite la entrada o la salida de masa, pero no ambos. • Un proceso de alimentación intermitente permite la entrada de materia al sistema, pero no la salida. • Un proceso continuo permite la entrada y la salida de materia.

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5. PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS

ESTADO ESTACIONARIO • Las propiedades del sistema, no varían con el tiempo.

EQUILIBRIO • No existe cambio neto en el sistema ni en el universo

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6. COMPOSICIÓN ELEMENTAL DE LOS MICROORGANISMOS

Mayores

• Na •K • Mg • Cl

Iones monoatómicos

Trazas

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•C •H •O •N

• Fe • Co • Cu • Zn •B • Al

6. COMPOSICIÓN ELEMENTAL DE LOS MICROORGANISMOS Tabla N° 4 Composición elemental del E. Coli, (Luria, 1960) ELEMENTO Carbono Oxígeno Nitrógeno Hidrogeno Fósforo Azufre Potasio Sodio Calcio Magnesio Cloro Hierro Otros 09/05/2017

%PESO SECO 50 20 14 8 3 1 1 1 0,5 0,5 0,5 0,2 0,3

7. FORMULACIÓN DE MEDIOS DE CULTIVO REQUERIMIENTOS

¿Composición del Mo?

SI

C P Mg N S K

Definir: Fuentes de nutrientes a utilizar Calcular: Cantidades necesarias de cada fuente

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C6H12O6 K2HPO4 MgCl2, MgSO4 NH4Cl, (NH4)2SO4 KSO4, Na2SO4 KCl

• Producción de biomasa • Adición de sustrato • Adición de trazas • Nutriente Limitante

8. 8. LEY DEDE LALA CONSERVACIÓN DEDE LALA MATERIA LEY CONSERVACIÓN MATERIA

Reactivos

SISTEMA Procesos físico o químico

Productos

Ecuación de conservación de la materia

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8. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MATERIA

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8.1 SIMPLIFICACIÓN DE LA ECUACIÓN GENERAL DEL BALANCE DE MATERIA

La ecuación se denomina ecuación general del balance de materia en estado estacionario:

Esta se aplica en procesos discontinuos o de alimentación intermitente; la “masa que sale” en este caso es la masa total recogida del sistema

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8.2 TIPOS DE BALANCE DE MATERIA

BALANCES DIFERENCIALES

Indican lo que está sucediendo en un sistema en un instante de Tiempo. Cada término de la ecuación de balance es una velocidad (velocidad de entrada, Velocidad de producción) y tiene unidades de la unidad de la cantidad balanceada dividida entre una unidad de tiempo (g/s, barriles/día). 09/05/2017

BALANCES INTEGRALES

Describen lo que ocurre entre dos instantes de tiempo. Cada término de la ecuación de balance es una cantidad de la cantidad balanceada y tiene las unidades correspondientes (g, barriles)

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS: APLICACIÓN DE BALANCES DE MATERIA 1. MEZCLADO

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Balance total:

ṁA + ṁB = ṁC

Balances parciales:

ṁA * Wi(A) + ṁB * Wi(B) = ṁC* Wi(C)

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS: APLICACIÓN DE BALANCES DE MATERIA 2. SEPARACIÓN

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Balance total:

ṁA = ṁB + ṁC

Balances parciales:

ṁA * Wi(A) = ṁB * Wi(B) + ṁC* Wi(C)

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS: APLICACIÓN DE BALANCES DE MATERIA 3. CONTACTO EN PARALELO

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Balance total:

ṁA + ṁ B = ṁC + ṁD

Balances parciales:

ṁA * Wi(A)+ ṁB * Wi(B) = ṁC* Wi(C) )+ ṁD * Wi(D)

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS: APLICACIÓN DE BALANCES DE MATERIA 4. CONTACTO EN CONTRACORRIENTE

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Balance total:

ṁA + ṁB = ṁC + ṁ D

Balances parciales:

ṁA * Wi(A)+ ṁB * Wi(B) = ṁC* Wi(C) + ṁD * Wi(D)

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS: APLICACIÓN DE BALANCES DE MATERIA 5. RECIRCULACIÓN:

Se distinguen cinco corrientes, (seis en la mayor parte de los casos):

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-A: alimentación fresca. -B: flujo de entrada en la unidad de proceso. -C: flujo de salida de la unidad de proceso. -D: flujo de salida de la planta. -E: flujo de reciclo o recirculación. -F: Corriente de purga.

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS: APLICACIÓN DE BALANCES DE MATERIA En un proceso con recirculación están implicadas una etapa de mezclado y una etapa de separación Relación de recirculación

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Balances totales:

ṁA + ṁ E = ṁB

ṁC = ṁE + ṁD

Balances parciales:

ṁA * Wi(A)+ ṁE * Wi(E) = ṁB* Wi(B)

ṁC * Wi(C) = ṁE * Wi(E) + ṁD* Wi(D)

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS: APLICACIÓN DE BALANCES DE MATERIA 6. DERIVACIÓN (BY-PASS)

-A: alimentación fresca. -B: flujo de entrada en la unidad de proceso. -C: alimentación no tratada o bifurcada. -D: flujo de salida de la unidad de proceso. -E: flujo de salida de la planta 09/05/2017

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS: APLICACIÓN DE BALANCES DE MATERIA

Balances totales

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Balances parciales

ṁA = ṁB + ṁC

ṁA * Wi(A) = ṁB* Wi(B) + ṁC* Wi(c)

ṁE = ṁD + ṁC

ṁE * Wi(E) = ṁD* Wi(D) + ṁC * Wi(C)

9. BALANCE DE MATERIA CON CORRIENTE DE RECIRCULACIÓN, DESVÍOS Y PURGAS Fermentador con recirculación de células Donde F = Alimentación E = Corriente de purga El reactor continuo de tanque agitado se puede operar en condiciones estables sólo si existe una recirculación parcial y una corriente efluente E,

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10. ESTEQUIOMETRIA DEL CRECIMIENTO Y FORMACIÓN DE PRODUCTO

Se utiliza la ley de la conservación de la materia para determinar las cantidades desconocidas que entran o salen de los bioprocesos

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10. ESTEQUIOMETRIA DEL CRECIMIENTO Y FORMACIÓN DE PRODUCTO En un sistema microbiano a partir de una cantidad conocida de sustrato podemos obtener la formación de productos o producción de biomasa.

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10. ESTEQUIOMETRIA DEL CRECIMIENTO 10. ESTEQUIOMETRIA DEL CRECIMIENTO YY FORMACIÓN DE PRODUCTO FORMACIÓN DE PRODUCTO Tabla N°5: Composición elemental y grado de reducción para algunos organismos. ORGANISMO

FORMULA ELEMENTAL

GRADO DE REDUCCIÓN

Escherichea coli

4.07

Klebsiella aereogeneo

4,23

KL aerogenes

4,15

KL aerogenes

4,30

KL aerogenes

4,15

Pseudomonas C12B

4,15

Aerobacter aerogenes

4,27

Paracoccus denitrificans P. dinitrificans

3,98

Saccharomyces cerevisiae S. cerevisiae

3,96

S. cerevisiae

4,20

Candida utilis

4,28

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4,19

4,12

10. ESTEQUIOMETRIA DEL CRECIMIENTO 10. ESTEQUIOMETRIA DEL CRECIMIENTO YY FORMACIÓN DE PRODUCTO FORMACIÓN DE PRODUCTO

Coeficiente de respiración

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EJERCICIO # 2

En la producción de etanol mediante cultivo continuo entran al reactor glucosa y amoniaco en condiciones estériles y salen biomasa y etanol. Las células crecen y se reproducen continuamente para reponer la biomasa retirada. Determinar los requerimientos mínimos de amoniaco y glucosa, para producir 7666 litros/día de etanol (Densidad: 789 kg*m). Suponer que un mol de glucosa se convierte en 0.7 moles de producto y en biomasa, CO2 y agua. Suponer que la fórmula de los microorganismos es:

La ecuación de balance de biomasa es:

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EJERCICIO # 2 DATOS • Densidad: 789 kg/m3 • Flujo volumétrico: 7666 litros/día de etanol • Relación adicional:

• Fórmula de los microorganismos

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EJERCICIO # 2

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EJERCICIO # 2

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EJERCICIO # 2

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EJERCICIO # 2

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EJERCICIO # 2

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ESTIMACIÓN CUANTITATIVA PRELIMINAR DE ÍNDICES DE PRODUCCIÓN DE BIOMASA MICROALGAL A PARTIR DE LA REACCIÓN DE FOTOSÍNTESIS Ing. Yanet Boffill-Rodríguez, Dr. Agustín García-Rodríguez, Dr. Jesús Castellanos-Estupiñán Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de QuímicaFarmacia, Departamento de Ingeniería Química, Santiago de Cuba

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RESULTADOS Y ANÁLISIS • Alternativa 1

• Alternativa 2

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RESULTADOS Y Y ANÁLISIS RESULTADOS ANÁLISIS • Alternativa 3

• Alternativa 4

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

RESULTADOS Y ANÁLISIS • Alternativa 5

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

RESULTADOS Y ANÁLISIS

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CONCLUSIONES

CONCLUSIONES

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11. BALANCE DE ELEMENTOS QUÍMICOS

11.1 VELOCIDADES ESPECÍFICAS DE CONSUMO DE SUSTRATO, CRECIMIENTO DE BIOMASA Y FORMACIÓN DE PRODUCTO.

La siguiente ecuación es válida por medios mínimos, donde la fuente de carbono es utilizada en la producción de biomasa y energía. Como:

∆s + ∆O2 = ∆x + ∆CO2 + ∆p

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11. BALANCE DE ELEMENTOS QUÍMICOS

Las velocidades específicas suelen brindar información acerca de cuál es la actividad metabólica del microorganismo (o de la biomasa) durante el cultivo, ya que el estar referidos a la unidad de biomasa cualquier modificación en el valor de , qs, etc. estará indicando que "algo" está ocurriendo en el metabolismo del microorganismo en cuestión.

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11. BALANCE DE ELEMENTOS QUÍMICOS Las velocidades específicas corresponden a las anteriormente definidas pero referidas a la unidad de biomasa.

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11. BALANCE DE ELEMENTOS QUÍMICOS

BALANCE DE MATERIA EN TÉRMINOS DE LA ECUACIÓN DE LAS VELOCIDADES ESPECIFICAS

BALANCE DE CARBONO

Donde, ɑs, ɑx, ɑco2, ɑp; Carbono en el sustrato; en las células, en el CO2 y en los productos, respectivamente, g C/mol.

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11. BALANCE DE ELEMENTOS QUÍMICOS El balance de oxígeno, expresado en términos de la ecuación de las velocidades especificas es:

qo2= A.qs – B.qx – C.qp Dónde: A: Oxigeno requerido para la combustión del sustrato hasta CO2, H2O y NH3, si el sustrato contiene nitrógeno, mol O2/ mol sustrato. B: Oxígeno requerido para la combustión de las células secas hasta CO2, H2O Y NH3, mol O2/mol células C: Oxígeno requerido para la combustión de los productos hasta CO2, H2 y NH3 si los productos contienen nitrógeno, mol O2/mol producto 09/05/2017

12. BALANCE POR MÉTODO DE ELECTRONES DISPONIBLES Se realiza basados en los electrones disponibles de cada elemento en el orbital externo de cada elemento (C=4,H=1,O=-2,N=-3).

El crecimiento aerobio los microorganismos obtienen del ambiente un aceptante electrónico oxidado, el oxígeno.

Los electrones disponibles para la transferencia de oxígeno se conservan durante el metabolismo (reacción). 09/05/2017

12. BALANCE POR MÉTODO DE ELECTRONES DISPONIBLES

Para compuestos orgánicos se calcula a partir de la valencia de sus elementos

• • • • • •

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CARBONO: 4 HIDROGENO: 1 OXIGENO: -2 FOSFORO: 5 AZUFRE: 6 Nitrógeno: -3

12.1 GRADO DE REDUCCIÓN DE UN COMPUESTO ORGÁNICO

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12.2 GRADO DE REDUCCIÓN PARA UN SUSTRATO

𝐶𝑤 𝐻𝑥 𝑂𝑦 𝑁𝑧

• El grado de reducción para CO2, H2O y NH3 es cero. 09/05/2017

BALANCE DE ELECTRONES DISPONIBLES

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13 ECUACIÓN DE CRECIMIENTO

Esta ecuación incluye la fórmula de la célula, las sustancias nutritivas particulares, los sustratos utilizados como fuente de carbono o de energía, y los productos del metabolismo:

o, a, Ycx/s, Yc pi/s w, c : coeficientes estequiometricos para O2,NH3, biomasa, el i-esimo producto, agua y CO2, respectivamente. hs, Os, ns: átomos de hidrógeno, oxígeno y nitrógeno en el sustrato. hx, Ox, nx: átomos de hidrógeno, oxígeno y nitrógeno en las células. Hpi, Opi, npi: átomos de hidrógeno, oxígeno y nitrógeno en el iésimo producto.

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13 ECUACIÓN DE CRECIMIENTO

• Balance elemental de Carbono : 1 = Ycx/s + Ycpi/s + c • Balance elemental de Nítrogeno:

Ns + a = Ycx/s.nx + Σ Ycpi/s.npi Se calcula el grado de reducción para el sustrato, biomasa y el iésimo producto: rs = 4 + hs – 2.os – 3.ns rx = 4 + hx – 2.ox – 3.nx rpi = 4 + hpi – 2.opi – 3.npi

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13 ECUACIÓN DE CRECIMIENTO

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13 ECUACIÓN DE CRECIMIENTO

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13 ECUACIÓN DE CRECIMIENTO

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ECUACIÓN ESTEQUIOMÉTRICA PARA DESCRIBIR EL CRECIMIENTO DE PLEUROTUS OSTREATUS CEPA CEBAGLIIE-PO-010606 Julio A Pineda-Insuasti, Claudia P Soto-Arroyave, Luis B RamosSánchez

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RESULTADOS

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RESULTADOS

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RESULTADOS

RESULTADOS

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RESULTADOS

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CONCLUSIONES Se desarrolló una ecuación estequiométrica aproximada para describir el crecimiento aeróbico de la cepa ecuatoriana ceba-gliie-po-010106 de P. ostreatus sobre residuos locales de la cosecha de fréjol. Para la formulación de la ecuación, se determinaron fórmulas empíricas para describir la composición elemental de los residuos de fréjol fresco secados al sol (CH1.81O0.81N0.15) y de la biomasa del hongo (CH1.83O0.84N0.26). La estequiometria propuesta permite estimar parámetros claves para el desarrollo de procesos de la fermentación sólida, basados en modelos matemáticos con enfoque mecanístico.

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EJERCICIO #3

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EJERCICIO #3

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EJERCICIO #3

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EJERCICIO #3

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EJERCICIO #3

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EJERCICIO #3

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13. FACTORES DE RENDIMIENTO 13.1 Rendimiento de biomasa

13.2 Rendimiento de oxígeno en biomasa

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Cultivo por lote de Wickerhamomyces anomalus en un biorreactor a escala laboratorio para la producción de una poligalacturonasa María Alicia Martos, Ana Paula Butiuk, Natalia Lorena Rojas, Roque Alberto Hours

Revista Colombiana de Biotecnología

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RESULTADOS Resultados

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RESULTADOS Resultados

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CONCLUSIONES Conclusiones

El crecimiento de Wickerhamomyces anomalus en un biorreactor de 4 l, operado mediante sistema tipo por lote y usando un medio de cultivo a base de glucosa como FCE, pectina Cooney como inductor y sulfato de amonio como FN, se desarrolló con una velocidad de crecimiento máxima de 0,337 h-1. Se alcanzó un rendimiento de biomasa de 0,401 gx/gs. El cultivo en sistema por lote resultó ser una buena alternativa para la producción de PG por W. anomalus, obteniéndose un extracto enzimático con elevada actividad enzimática en un medio de cultivo sintético y de bajo costo.

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13. FACTORES DE RENDIMIENTO

13.3 RENDIMIENTO DE ELECTRONES EN BIOMASA

Donde. YX/E: rendimiento de electrones en biomasa, (g células).(electrón)-1; MX: peso molecular de las células, (g cél).(mol)-1; rs: grado de reducción del sustrato, electrones disponibles (mol sustrato)-1; Φs: velocidad de flujo de masa de sustrato, mol.s-1; Φx: velocidad de flujo de masa de células, mol.s-1.

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13. FACTORES DE RENDIMIENTO Tabla 6: Factores de Rendimiento en el crecimiento aerobio

Organismo

Sustrato

g/g

g/mol

g/gC

g/g

g/ge

Maltosa

0,46

149,2

1,03

1,50

3,31

Glucosa

0,40

72,7

1,01

1,11

3,00

Candida utilis

Glucosa

0,51

91,8

1,26

1,32

3,82

S. Cerevisiae

Glucosa

0,5

90

1,25

6,97

3,75

Pseudoaceas fluorecens

Glucosa

0,38

68,4

0,95

0,85

2,83

Aerobacter aerogenes

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13. FACTORES DE RENDIMIENTO 13.4 RENDIMIENTO DE SUSTRATO EN PRODUCTO

13.5 RENDIMIENTO MÁXIMO DE SUSTRATO EN PRODUCTO

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13. FACTORES DE RENDIMIENTO Tabla 7: Rendimiento máximo de sustrato en producto, g producto/g sustrato.(Eroshin y Minkevich, 1982) (g producto/g sustrato) PRODUCTO

ETANOL

GLUCOSA

Acido cítrico

4,55

2,77

1,42

Polisacáridos

3,21

1,96

1

Acido acético

3,21

1,96

1

Lisina

2,23

1,36

0,7

-

-

0,66

Etanol

1,64

-

0,51

Triglicéridos

1,18

0,72

0,37

Estreptomicina

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N-ALCANOS

EJERCICIO #4

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EJERCICIO #4

09/05/2017

EJERCICIO #4

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13. FACTORES DE RENDIMIENTO 13.6 Coeficiente de rendimiento verdadero en medios mínimos

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13. FACTORES DE RENDIMIENTO 13.7 Rendimiento verdadero en medios complejos

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13. FACTORES DE RENDIMIENTO 13.8 RENDIMIENTO VERDADERO DEL OXÍGENO

REVISIÓN DE FACTORES DE RENDIMIENTO TABLA 8: Comparación de factores de rendimiento de acuerdo a su sustrato y condición de microorganismo. Bioproceso (fermentación alcohólica) sistema Batch M.0 INOCUO

SUSTRATO

RENDIMIENTO

0,1% P/V de Saccharomyces cerevisiae

Jarabes glucosados derivados de la cascara de naranja y piña

Y P/V es bajo

0,8% P/V de Saccharomyces cerevisiae

Almidón de yuca

0,05% P/V de Saccharomyces cerevisiae

harina de yuca

0,8% P/V de Saccharomyces cerevisiae

Y X/S (g/g)

Melaza de caña de azúcar y mostos de banano de rechazo

61,0±5,6

Y P/S (g/g)

0,41±0,01

Y P/V (g/g) 09/05/2017

(Tejeda, 2010)

0,025±0,005

Y P/V (g/L)

Y X/S (g/g)

FUENTE

(Castaño P, 2008)

(Esquivia, 2014)

Banana

0,017

Azúcar de caña

0,044

Banana

0,359

Azúcar de caña

0,75

(Peña, 2011)

14. CONCLUSIONES  En los balances de materia en estado estacionario no hay acumulación de masa dentro del sistema, por lo que la sumatoria de la masa que entra a un proceso va a ser igual a la sumatoria de la masa que abandona el sistema (la masa que entra al sistema debe ser igual a la que sale incluso si esta ha sido sometida a proceso de calentamiento, mezcla, secado, fermentación u otro proceso), esencialmente estos balances son procedimientos de contabilidad.  Los balances de materia se utilizan en la mayoría de los procesos agroindustriales alimentarios y no alimentarios. Este balance se debe hacer para cada una de las sustancias que han entrado al proceso y las que han salido. Los balances de materia nos permiten cuantificar las materias primas y establecer los parámetros óptimos para llevar a cabo la transformación de dicha materia prima para obtener los productos deseados.

09/05/2017

15. REFERENCIAS • Acevedo, F. (1987). "Mass Balancing: an effective tool for fermentation process optimization” CRC Crit. Rev. Biotechnol, 6. (4), 309. • Bailey, J.E., and Ollis, D.F. (1986). "Biochemical Engineering Fundamentals" 2 nd. ed., McGraw-Hill, New York. • CASTAÑO P, Hader I. C. E. (2008). Producción de etanol a partir de almidón de yuca utilizando la estrategia de proceso sacarificación- fermentación simultáneas (ssf) . vitae, revista de la facultad de química farmacéutica, 8.

• Cordier, J.-L., B.M. Butsch, B. Birou and U. yon Stockar (1987) The relationship between elemental composition and heat of combustion of microbial biomass. Appl. Microbiol. Biotechnol. 25,305-312. • Doran, Pauline M. (1995). “Bioprocess Engineering Principles” Ed. Acribia. S. A, Zaragoza (España). • Duarte, Alberto. (1995). “Introducción a la ingeniería bioquímica” Universidad Nacional de Colombia, Santa fe de Bogotá. Instituto de biotecnología.

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