Bioprocesos

CULTIVO DISCONTINUO ALIMENTADO

(BATCH ALIMENTADO)

Otro modo de operar un biorreactor es empleando la técnica de batch alimentado (BA) o fed batch. Esta técnica se define como un cultivo en batch donde se alimenta continuamente medio nutritivo fresco o alguno de sus componentes. Si el nutriente que se alimenta es el limitante del crecimiento, esta técnica permite controlar la velocidad de crecimiento () del microorganismo.

El BA es particularmente útil en procesos en los que el crecimiento celular y/o la formación de producto son sensibles a la concentración del sustrato limitante, es decir cuando el rendimiento celular o la poductividad de la biomasa o del metabolito buscado se ven afectados. Así, este método se emplea cuando se quieren evitar fenómenos de inhibición por sustrato y se requiere alcanzar una alta concentración de biomasa.

ESQUEMA

Donde F(t): caudal de alimentación

Sr(t):concentración de sustrato de la alimentación

Vf: volumen final de trabajo

Vo: volumen al inicio de la alimentación

Xo: concentración de biomasa al inicio de la alimentación

So: concentración de sustrato limitante al inicio de la alimentación

El cultivo BA se inicia a partir de un cultivo en batch, por lo que Vo, Xo y So son las condiciones finales de dicho batch.

Es posible elegir distintas condiciones de alimentación, ya sea mediante el empleo de caudales variables (F = F(t)), o bien mediante la variación de la concentración de sustrato limitante (Sr=Sr(t)). En el caso del Trabajo Práctico se utilizará el sistema más simple, es decir F=cte y Sr=cte.

PRODUCCION DE BIOMASA: ECUACIONES Y DISEÑO

El cultivo puede describirse matemáticamente. La resolución de las ecuaciones así obtenidas permitirá calcular la evolución de la biomasa durante el cultivo, la velocidad específica de crecimiento, y la productividad. Asimismo se podrán determinar parámetros de diseño, tales como F y Sr.

Para estudiar la evolución de X durante el cultivo se deben plantear las ecuaciones de balance de materia.

SUSTRATO

acumulación = suministro - consumo

(1)

En este caso el volumen no es constante, como ocurre en cultivos en batch o en continuo. Por lo tanto la expresión (1) quedará:

(2)

La condición final del batch es S = 0, pues, como se intenta controlar µ, S no puede ser saturante (recordar a Monod).

Si S~ 0, dS/dt = 0, con lo que (2) se transforma en

(3)F . SR -

de aquí, y recordando que rx = µ . X

(4) F . SR =

esta ecuación indica que la velocidad de producción de biomasa se acomoda a la velocidad de suministro de sustrato, es decir

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