Balanco de massa em bioprocessos 06 04

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Renata Miliani Martinez - UNISO
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Crescimento microbiano e formação de produtos
O2
CO2
H2O
Fonte de carbono
Fonte de nitrogênio
Produtos
Células
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Estudo cinético
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Balanço de massas
Entra
Gerado
Sai
Consumido
+
-
-
=
Zero
Entra
+
Gerado (Produto)
Sai
Consumido (Reagente)
=
+
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Exemplo balanço de massas
Equação da fotossíntese:
Massas molares:
Gás carbônico = 44 g/mol
Água = 18 g/mol
Glicose = 180 g/mol
Oxigênio = 32 g/mol
6CO2 + 12 H2O  C6H12O6 + 6O2+6H2O
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Na vida real...
Nem sempre os balanços fecham, pois o processo pode apresentar perdas
Principalmente em sistemas biológicos (ocorrem inibições, as células podem morrer...)
Rendimento da reação
Teórico (estequiométrico)
Real (observado)
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Aerobiose x Anaerobiose
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Cinética química
Cinética química
Velocidade de reações
Taxa de reação
Tempo para consumo ou produção
Lei de ação das massas
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Cinética química
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Cinética de crescimento celular
O crescimento está geralmente associado à [S]
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Cinética do crescimento celular
É aconselhável preparar um gráfico semi log (log no eixo y) da concentração celular versus tempo para identificar as fases do crescimento
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Equação de Monod
Equação Semi-Empírica  análoga à equação de Michaelis-Menten
Em 1942, Jaques Monod propôs uma relação matemática para descrever o efeito do crescimento limitante em função da taxa específica de crescimento.
O crescimento da biomassa é dependente da disponibilidade do nutriente. 
Quando estamos em condições de limitação do nutriente a µmáx reduz-se até cessar completamente o crescimento, em condições de exaustão do nutriente
µm taxa específica de crescimento máxima
Ks constante de saturação ou de Monod
S concentração do substrato limitante . 
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Cinética da reação
Refere-se ao relacionamento entre a taxa de reação e as condições que afetam a velocidade da reação, como concentração e temperatura. Podemos descrever a cinética através de equações:
aA+ bB  yY+zZ
A taxa de reação volumetrica é:
Sendo k a constante de reação: independente da concentração dos materiais, mas dependente de outras variáveis, como temperatura. 
A ordem da reação como um todo é dada pelos valores de (a+b), porém geralmente a ordem da reação é dada por dados experimentais
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Efeito da temperatura sobre k
A temperatura tem influência considerável sobre a taxa de reações, conforme a equação de Arrhenius equation:
 k=Ae-E/RT ou 
Onde:
k = constante da taxa de reação
A = constante de Arrhenius ou fator de frequência
E = energia de ativação da reação
R = constante ideal dos gases
T = temperatura absoluta. 
É possível verificar esse efeito de forma gráfica!!
T aumenta, k aumenta exponencialmente
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