Resumo eng bioquimica

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Bioreatores:
Características básicas de bioreatores:
● Sistema de agitação;
● Sistema de distribuição de Oxigênio ;
● Sistema de controle de espuma;
● Sistema de controle de temperatura;
● Sistema de controle de pH;
● Portas de amostragem;
● Painel de controle.
1- O reator deve ser capaz de manter-se estéril por muitos dias, trabalhar sem problemas por longos períodos e satisfazer todas as
exigências legislativas de contenção ambiental;
2- As exigências metabólicas dos microrganismos, quanto a aeração e agitação, devem ser plenamente satisfeitas, mantendo porém
a integridade física dos mesmos;
3- A potência absorvida deve ser a menor possível;
4- Um eficiente sistema de controle de temperatura deve estar disponível;
5- Um sistema de controle de pH deve estar disponível;
6- Um sistema de tomada de amostras à prova de contaminação do conteúdo do fermentador deve ser parte integrante do
equipamento.
7- Perdas por evaporação devem ser mantidas ao mínimo;
8- Eficiente sistema de controle dos gases e saída do fermentador devem estar disponíveis;
10 – O reator deve preencher, sempre que possível, a característica de multi-propósito, contudo, a regulamentação de contenção
ambiental e a possibilidade de contaminações cruzadas podem ser fatores limitantes
9 - O reator deve exigir o mínimo em mão-de-obra para sua operação, limpeza e manutenção;
11- O reator deve ter as superfícies internas polidas e todas as suas conexões, na medida do possível, devem ser soldadas e não
rosqueadas;
12- Na medida do possível, o reator deve manter uma geometria similar à dos reatores menores ou maiores, a fim de facilitar a
ampliação de escala do processo.
Fermentação microbiana é um sistema de três fases:
● Fase líquida: contém sais, substratos e metabólitos dissolvidos. Pode também possuir substrato imiscível em água;
● Fase sólida: consiste nas células, substratos ou produtos insolúveis;
● Fase gasosa: oxigênio, CO2.
Cinética de Bioprocessos: Analisa a evolução dos valores de concentração de um ou mais componentes do sistema de cultivo em
função do tempo de fermentação.
Componentes do sistema:
● Microrganismo (biomassa),
● Produto (s) do metabolismo
● Nutrientes ou substrato que compõem o meio de cultivo.
Gráficos Cinéticos:
Os gráficos que correlacionam a evolução de biomassa (X) e de produto (P) permitem avaliar a duração do processo, a viabilidade da
passagem de experimento de bancada para escala industrial.
Estequiometria do crescimento celular e balanços elementares
Se o substrato fonte de carbono for a glucose C6 H12 O6:
W = 6
X = 12
Y = 6
Z = 0
Se o substrato fonte de nitrogênio for a amônia NH3:
g= 3
i = 1
h = 0
C Hα Oβ Nδ = fórmula química da biomassa seca
a, b, c, d, e = coeficientes estequiométricos
● A eq. 1 é escrita tomando-se por base 1 mol de substrato fonte de carbono, “a” moles de O2 consumidos e “d” moles de CO2
formados.
Pode-se resolver as eq. 2 a 5 para a obtenção dos coeficientes estequiométricos. Quando a eq. 1 estiver completa ( balanceada)
pode-se calcular as quantidades de nitrogênio e oxigênio necessárias para a produção da biomassa.
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Geração de calor em bioprocessos
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Estudos cinéticos do crescimento celular
O número de células da biomassa celular é representada por N (número de micro-organismos ao final de n divisões ou gerações).
Estudos cinéticos do consumo de substrato
Estudos cinéticos da formação de produtos
● Formação de produto associada ao crescimento celular (metabolismo primário)
● Formação de produto parcialmente associada ao crescimento celular
α . (dX/dt) é o termo que representa a produção associada ao crescimento.
βX é o termo associado apenas à massa celular presente.
α e β são coeficientes que correspondem às fases de crescimento e estacionária, respectivamente.
● Formação de produto dissociada ao crescimento celular (metabolismo secundário —> antibióticos)
EXEMPLOS
1. Faça o balanço estequiométrico da equação de respiração da biomassa microbiana representada e calcule o calor liberado no
biorreator (kcal/g) quando o substrato fonte de carbono é o hidrocarboneto tolueno (C7H8).
0,37 CH1,64 O0,52 N0,16 + a O2→ b CO2 + c N2 + d H2O
2. A equação estequiométrica da produção de ácido acético a partir de vinho tinto para as condições de um experimento de
bancada é:
C2H6O + 0,6 O2 + 0,03 NH3 → 0,13 CH1,8 O0,5N0,2+ 0,45 CO2+ 0,71 C2H4O2+ 0,04 H2O
Considerando:
Massa molecular do etanol= 46g/mol
Densidade do etanol= 0,789g/ml
- Qual a produção esperada de ácido acético quando se utilizar 2500 litros de vinho tinto com 11% de etanol?
- Qual a quantidade de ar necessária ao processo quando se utilizar esse volume de vinho tinto?
3. O rendimento da biomassa produzida em relação ao substrato consumido é de 63 % em um processo de fermentação
contínua. Quanto de substrato será necessário para produzir 1250 quilos de biomassa quando o substrato residual for 0,17g/l
nas condições de máxima produção cuja porcentagem de substrato consumido é de 83%?