Electron Balances

Electron Balances

CwHx OyNz+ a 02 + b HgOh Ni→ cCHαOβ Nδ + d CO2+eH20 (1)

A pesar que los balances elementales son útiles, la presencia de agua en la Ec. (1) causa algunos problemas en su aplicación práctica. Porque el agua suele estar presente en gran exceso y los cambios en concentración de agua no son convenientes para medir o verificar experimental mente, los balancesde H y O pueden presentar dificultades. En su lugar, un principio útil es la conservación de la reducción de de energía o electrones disponibles, que pueden ser aplicados para determinar relaciones cuantitativas entre los sustratos y los productos. Un balance de electrones muestra como los electrones disponibles del sustrato se distribuyen en la reacción.
Electrones disponibles se refiere alnúmero de electrones disponibles para transferir oxígeno en la combustión de una sustancia a CO2, H2O y los compuestos que contienen nitrógeno. El número de electrones disponibles que se encuentran en el material orgánico se calcula a partir de la valencia de los diferentes elementos: 4 para C, 1 de H, -2 para O, 5 de P, y 6 para S. El número de electrones disponibles para N depende del estado dereferencia: -3 si el amoníaco es la referencia, 0 para el nitrógeno molecular N2 , y 5 para el nitrato. El estado de referencia para el crecimiento celular suele ser elegido para ser el mismo como fuente de nitrógeno en el medio. En la siguiente discusión se supondrá para la conveniencia de que el amoníaco se utiliza como fuente de nitrógeno, lo que fácilmente se puede cambiar si otras fuentes denitrógeno son empleados [5].
Grado de reducción γ, se define como el número de electrones disponibles equivalentes en una cantidad de material que contiene 1 g de carbono. Por lo tanto, para el sustrato CwHxOyNz, el número de electrones disponibles (4w+x-2y-3z). El grado de reducción para el sustrato γs, por lo tanto (4w + x - 2y - 3z) / w. Grados de reducción en relación con NH3 y N2 para varioscompuestos biológicos se dan en tablas. El grado de la reducción para CO2, H2O y NH3 es igual a cero.
Los electrones disponibles para la transferencia de oxígeno se conservan durante el metabolismo. En la ecuación de balance de crecimiento, el número de electrones disponibles se conserva en virtud del hecho de que las cantidades de cada elemento químico se conserva. Aplicando este principio a laEc. (1) con amoniaco como fuente de nitrógeno, el balance electrones-disponibles es:
wγS - 4a = cγB (2)

donde γS y γB son los grados de reducción de sustrato y la biomasa, respectivamente. Tenga en cuenta que el balance de electrones disponible no es independiente de todo el conjunto de balances elementales, si la ecuaciónestequeométrica es balanceada en términos de cada elemento como H y O, el balance de electrones es implícitamente satisfecho.

Rendimientos
Biomasa
However, one electron balance, two elemental balances and one measured quantity are still inadequate information for solution of five unknown coefficients; another experimental quantity is required. As cells grow there is, as a general approximation,a linear relationship between the amount of biomass produced and the amount of substrate consumed. This relationship is expressed quantitatively using the biomassyield, Yxs:

YXS=g de celula producidag de sustrato consumido (3)

When Yxs is constant throughout growth, its experimentally-determined value can be used to determine thestoichiometric coefficient c in Eq. (1).

YXS=c (MW de celula )(MW sustrato ) (4)

where MW is molecular weight and 'MW cells' means the biomass formula-weight plus any residual ash. However, before applying measured values of Yxs and Eq. (4) to evaluate c, we must be sure that the experimental culture system is well represented by the...