Cultivo Continuo de etapa simple

Manuel Alejandro González ValadezBeatriz Andrea Durán Martínez

Definición- Consiste en un sistema abierto en el que se

adiciona medio de cultivo fresco a una velocidad, y se extrae caldo de fermentación (medio de cultivo con microorganismos y metabolitos) a la misma velocidad. (Hernández, 2003).

- Para realizar un CC, primero se debe realizar un cultivo por lote. El CC empieza cuando se alcance la condición final de sustrato del CL.

- Con el CC se estudia el efecto de variables como PH, T, concentración de nutrientes, etc., manteniendo constante la velocidad de crecimiento, o viceversa..

CONSIDERACIONES

➢Compuesto de interés se produce durante fase exponencial

➢Es necesario que el proceso se encuentre en estado estacionario (volumen, concentración celular, metabolitos y condiciones fisicoquímicas constantes)

SISTEMAS DE OPERACIÓN

APLICACIONES

- Producción de levaduras para panaderías o cerveza.

- Tratamiento de aguas residuales.

- Conversiones con enzimas (cuando la enzima es barata).

Sustancias obtenidas de la fermentación continua:➢Acetona➢Ácido cítrico, glucónico, láctico➢Butano➢Celulasa➢Etc

VENTAJAS DEL CULTIVO CONTINUO➢Se pueden producir grandes cantidades de producto.

➢ Incremento de la productividad

➢Dependiendo del producto se pueden llegar a cientos de metros cúbicos, sobretodo si el proceso es anaeróbico.

➢Hay una constante salida de productos que se pueden recuperar desde el sistema.

➢Se puede minimizar lo que es represión catabólica por medio de crecimiento bajo condiciones de carbono limitantes.

DESVENTAJAS DEL CULTIVO CONTINUO

➢Hay peligro de contaminación.

➢Hay peligro de pérdida de estabilidad de la cepa, sobretodo en recombinantes.

Ecuaciones Generales para un cultivo continuo

- Balance de Biomasa

Consideraciones:- Estado Estacionario- Fase log- Vel. crecimiento mucho

mayor que la de muerte- Esterilidad en la entrada

Donde:miu=Velocidad de crecimiento (h-1)x=concentración de biomasa (gx/L)F=Flujo volumétrico (m^3/s o m^3/h)Vop=Volumen de operación (m^3)rx=Productividad (gx/Lh)D=Velocidad de dilución (h-1)

- A su vez, en dichas condiciones la velocidad crecimiento es lo mismo que la de dilución.

- Si la velocidad de crecimiento es mayor que la de dilucion, exisitara acumulacion en el biorreactor, caso contrario, no habra microorganismo en el reactor (lavado del biorreactor)

- Para que el reactor no se lave, es recomendable que la velocidad de dilución sea menor que la crecimiento, sino que no alcance valores muy cercanos a ella (Hernández, 2003).

- Balance de Sustrato

Consideraciones:- Estado Estacionario- Fase log- Requerimiento para mantención es

mucho menor al crecimiento- Formación de producto muy baja en

comparación al crecimiento

Donde:qs= Velocidad de consumo de sustrato (gs/gx*h)s0=concentración de sustrato limitante del proceso (gs/L)s=concentración de sustrato (gs/L)F=Flujo volumétrico (m^3/s o m^3/h)Vop=Volumen de operación (m^3)rs=Productividad (gs/Lh)D=Velocidad de dilución (h-1)

En base a que no afecta el mantenimiento y la formación de producto, dando qs=miu/yxs, así como el hecho de que miu=D se puede asociar una expresión para la concentración de biomasa de la siguiente manera:

- Balance de producto

Consideraciones:- Estado Estacionario- Fase log- Sin formación de producto en la entrada

Donde:qp= Velocidad de formación de producto (gs/gx*h)p=concentración de sustrato (gp/L)F=Flujo volumétrico (m^3/s o m^3/h)Vop=Volumen de operación (m^3)rp=Productividad (gp/Lh)D=Velocidad de dilución (h-1)

Relación de crecimiento de Monod con el factor de dilución

Donde:miu_max=Velocidad de crecimiento máxima (h-1)s=concentración de sustrato (gs/L)Ks= constante de saturación

Análogamente se puede plantear que miu=D y de que miu_max=Dc (velocidad de dilución crítica) entonces:

Despejando S

Determinación de Dopt

Se puede determinar de manera experimental graficando ya sea la productividad rx o sustrato/biomasa con respecto del tiempo, y se obtendrá tanto Dopt( Punto de máximo crecimiento) así como Dc

También se puede determinar de manera teórica de la siguiente manera

Referencias- Hernández, A. (2003). Microbiología Industrial. EUNED

- Parés, R. & Juárez, A. (2002). Bioquímica de los Microorganismos. Editorial Réverte: España