Modelización en cultivos microbianos

MODELIZACIÓN EN CULTIVOS FEED BATCH Y CONTINUOS
Recordando: Cultivo Batch Sistema cerrado, Vi = Vf Cultivo Feed Batch Sistema semiabierto, Vi ≠ Vf Cultivo Continuo Sistema abierto, V = Cte.CULTIVO FED -BATCH
Q,Sa V S X P Vf

Vo

• dV/dθ ≠ 0 • • • •

dV/dθ >0

Donde: V = Volumen de cultivo en el fermentador (L) Q = flujo o caudal de alimentación (L/h) Sa = concentración de sustratolimitante en la alimentación (g/L)

CULTIVO FED -BATCH
• La variación de la concentración de células se puede expresar: • dX / dθ = Γx – (dV / dθ) . (X/V) = μX – (Q/V) X • Variación de laconcentración de sustrato: • dS/dθ = - Γs – (dV / dθ . S / V )+ (dV / dθ . Sa / V) • dS/dθ = - Γs – (Q . S / V )+ (Q . Sa / V) • dS/dθ = Q / V ( Sa – S ) - Γs • Variación de volumen: • dV / dθ = Q (de Vo aVf) • Si S es constante entonces dS/dθ = 0 • Γs = Q / V ( Sa – S )

CULTIVO FED-BATCH
• Permite la utilización de sustratos que ha cierta concentración inhiben el crecimiento celular • Aumenta laconcentración de biomasa y la productividad, respecto a la producción Batch • Favorece el metabolismo en detrimento de otro (fermentación o respiración) • Producción de metabolitos asociados a la faseestacionaria gracias a la modulación del aporte de sustrato

CULTIVO FED -BATCH
Variación del sustrato y biomasa en un cultivo Fed-Batch SX X S

Inicio de la alimentación

CULTIVO CONTINUOQ,Sa Q,X S,P

V

S X

V P

Medio estéril

Fermentador d

Cultivo

TURBIDOSTATO
• TURBIDOSTATO

QUIMIOSTATO

CULTIVO CONTINUO
• Balance de material en células: • cell in – cell out- cell crecidas - cell muertas acumuladas = cell acumuladas » (Q/V)Xo – (Q/V)X + μ X - α X = dX/dθ • • • μ • X y Xo son masa celular (g/L) Q = flujo o caudal (L/h) V = volumen del fermentador (L) y αson tasas de crecimiento y muerte (h-1) θ = tiempo en horas.

CULTIVO CONTINUO
• Se cumple que μ >> α (medio estéril Xo =O) • - (Q/V) X + μ X = dX/dθ • En un estado fijo: dX/dθ = 0 • Y : μ =...