ING. BIOQUIMICA II. AÑO 2006 PROBLEMAS V SISTEMAS DE CULTIVO III 1) Una bacteria crece en sistema continuo con glicerol (sustrato limitante, C 3H8O3) y amonio como fuente de nitrógeno a una velocidad de dilución de 0,2 h -1. El cultivo se agita a 600 rpm y se airea con 0,25 L aire / L medio minuto. S R es 4,0 g/l y el volumen de cultivo 500 ml. Calcular: a) Caudal de alimentación (F). b) Productividad volumétrica y total de biomasa. c) rO2, rCO2 y el cociente respiratorio. d) yx, rs, qO2, y qCO2. e) Determine aplicando balances de grado de reducción si hay formación de producto (se supone que los datos son correctos). Datos: X = 1,9 g/l S = 0,014 g/l
Glicerol C3H8O3 biomasa standard Análisis de gases: Salida: O2 = 18,65 % CO2 = 1,78 %
Entrada: O2 = 20,93 % CO2 = 0 %
Rta: CR=0.74, qO2=0.191 LO2/gh, qCO2=0.139 L CO2/gh, no hay formación de producto. 2) Se opera un sistema continuo a diferentes velocidades de dilución con un microorganismo aeróbico utilizando glucosa como fuente de carbono y sustrato limitante y amonio como fuente de nitrógeno. A cada valor de D se determina X, S, y rO2. La concentración de glucosa en el reservorio es 6 g/l y el u m 0,35 h-1. Calcule mS, y'x/s, mo, y´x/o. Verifique consistencia de datos. Vel. de Dilución D (h-1) 0,01 0,03 0,042 0,061 0,085 0,11
X (g/l) 1,47 2,22 2,30 2,49 2,50 2,66
S (mg/l) nd nd nd nd 6,2 9,3
rO2* (ml O2/l . h) 108 238
0,18 0,22 0,28 0,31
2,77 2,78 2,74 2,72
24,0 36,0 80,0 155,0
603 -
nd: no detectable < 5 mg/l (*): a 20C y 1 atm. Rta:
mo = 0.0443, y'x/o = 2.386, mS =0.0054 , y'x/s = 2.052. b=0.48 moles / C- mol sust. Balance energético = 1.035
3) Se opera un cultivo continuo con una cepa de Penicillum crysogenum productora de penicilina a un D = 0,015 h -1. La concentración de micelio estacionaria es de 1,4 g/l y la velocidad específica de consumo de glucosa (q s) por el micelio de 0,134 g glucosa/g micelio .h Calcular: a) Qué proporción de sustrato se destina a crecimiento, mantenimiento y producción de penicilina? b) Cuál es la concentración estacionaria de penicilina? Datos: Y'x/m = 0,45 g x/g S ms = 0,08 g S / g x . h qpen = 0,0024 g penicilina /gx /h Rta: % crecim. = 24.6; % mantenim.= 59.7; % producto 15.42 %; [P] = 0.224 g/L 4) Se realizaron experimentos en cultivo continuo para estudiar ciertos aspectos estequiométricos y cinéticos de Kluyveromyces lactis. El medio de cultivo empleado estaba compuesto por lactosa (como fuente de carbono y energía), urea y sales. El volumen de trabajo fue de 1 l y la aireación fue de 1 VVM. Asumiendo que la biomasa presenta composición standard (CH 1,79O0,5N0,2) y que la lactosa es el sustrato limitante, a) Calcule a partir de los datos de la Tabla las velocidades de formación de biomasa, de consumo de sustrato, de consumo de oxígeno y de producción de CO2. b) Determine si en el experimento 3 hubo formación de producto. En caso afirmativo calcule p. T= 30°C Exp SR (g/l) F (ml/h) S (g/l) 1 14,97 100 0,16 2 15,04 300 0,68 3 15,07 660 5,17
X (g/l) O2 % 7,60 nd 7,13 nd 4,85 19,2
CO2 % nd nd 1,32
CR 0,98 1,02 nd
P ?
Rta: 1- rx = 0.76 g/Lh rs=1.48 g/Lh rO2 = 0.02 mol/Lh rCO2 = 0.02mol/Lh 2- rx = 2.13 g/Lh rs=4.31 g/Lh rO2 = 0.064 mol/Lh rCO2 = 0.068mol/Lh
3- rx = 3.20 g/Lh rs=6.53 g/Lh rO2 = 0.047 mol/Lh b) si hay P. Yp/s= 0.317, p. = 4.9
rCO2 = 0.033mol/Lh
5) Se cultiva una bacteria aeróbica en quimiostato a una velocidad de dilución de 0,302 h-1. El medio de alimentación contiene: Glicerol: 10,2 g/l ; Urea: 2,9 g/l ; Sales y factores de crecimiento. El cultivo se agita y se airea a razón de 0,7 VVM, medidos a 26°C, 1 atm La composición de gases de entrada salida % CO2 = 0 CO2 : 1,3 % % O2 = 20,96 O2 : 19,2 % En estado estacionario se obtuvieron los siguientes valores: Peso seco de células: 5,9 g/l ; Glicerol: 0,5 g/l ; Urea:1,6 g/l Calcular: a) Velocidad de crecimiento. b) Velocidad de consumo de glicerol, urea y O2 c) Velocidad de producción de CO2 d) Rendimiento en base al glicerol, y a oxígeno. e) qGlicerol, qO2, qCO2 y C.R. Rtsa: a) 1.78 g/Lh b) 2.93 g glic/Lh , 0.39 g urea/Lh y 0.033 mol O2/Lh c) 0.0221 mol CO2/Lh. d) Yx/s = 0.607 g/g , Yx/o= 1.63 g/g e) qGlicerol= 0.412 C-mol s/C-mol/h ; qO2 = 0.14 mol O2/c-mol X/h, qCO2= 0.096 mol CO”/C-mol X/h ; C.R = 0.68
