Aula 4 Fermentação em batelada

Prévia do material em texto

Modo de Fermentação-Batelada
Nádia S. ParachinAula 4
Batelada ou descontínua
Substrato
Produto
[ ]
Tempo
Biomassa Glicose Etanol Ácidoacético Piruvato Succinato
Fermentação alcóolica
Fermentação de glicose
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 13 16 24 30
Bio
mas
sa &
 gli
cero
l (g/
L)
Gli
cos
e &
 eta
nol
 (g/
L)
Tempo (h)
glicose
etanol
glicerol
biomassa
Tempo (h) Glicose(g/L) Glicerol(g/L) Etanol(g/L) Biomassa(g/L)
0 70,0 0,2 0,0 0,1
24 0,0 7,2 25,0 4,6
Determinação das taxas de consumode substrato e formação de produto
• Cálculo das taxas de consumo e produção não sãoconstantes ao longo da fermentação
TODAS as taxas crecimento, consumo de substrato e formação de produto devem ser calculadas somente na fase exponencial
Como trabalhar com dados de fermentação?
1. Processar os dados vindos do HPLC
2. Calcular taxas e rendimento
3. Verificar a consistência dos dados
Componentes do sistema de fermentação
Substrato (S)
Microrganismo(X)
Produto (P1)
Produto (P2)
Biomassa (x)
ΣS+X=ΣP1 + ΣP2 + ΣX 
Black Box Model
Como fica o balanço de massa nesse caso?
Black Box Model - Rendimento
YS/S
YP1/S
YP2/S
YX/S
YS/S = YP1/S +YP2/S + YX/SComo fica o balanço de massa nesse caso?
O que eu meço é biologicamente viável?
• Começo a minha fermentação com 20g/L de glicose
• Produzo 18 g/L de etanol
• Produzo 8 g/L de glicerol
• Produzo 20g/L de biomassa
• Faz sentido?
• Temos que de alguma forma medir a quantidade de carbonos que entram como substrato e saem como produto 
• Normalizamos a fermentação pelo número de carbonos que entram e saem 
Como fazer o balanço de massas?
• Mols de carbono ou C-mols
1 Molécula de Glicose= 6 carbonos1Mol de Glicose = 6 Cmols
1 Molécula de Glicerol= 3 carbonos1Mol de Glicerol = 3 Cmols
1 Molécula de Etanol= 2 carbonos1Mol de Etanol = 2 Cmols
Quantos C-mols?
• Em 20 g/L de glicose, de glicerol, de etanol, e de biomassa?
• Glicose 20 g /30 g.Cmol-1 = 0,66 Cmol
• Glicerol 8 g / 30,67 g.Cmol-1 = 0,26 Cmol
• Etanol 18 g / 23 g.Cmol-1 = 0,86 Cmol
• Biomassa 20g ? Como calcular?
Como calcular massamolecular para biomassa?
Quantos C-mols?
• Em 20 g/L de glicose, de glicerol, de etanol, e de biomassa?
• Glicose 20 g /30 g.cmol-1 = 0,66 cmol
• Glicerol 8 g / 30,67 g.cmol-1 = 0,26 cmol
• Etanol 18 g / 23 g.cmol-1 = 0,86 cmol
• Biomassa? 20g/24,33 g.cmol-1 = 0,82 cmol
• É fisiologicamente possível?
Qual o balanço de massa dessafermentação?
Ys/s Qual o valor de Ys/s?
Black box model e produtividade
rS = rEtOH +rGly + rC + rAc + m
Relação entre produtividade volumétrica e rendimento
• Lembrando, 
[P][S]=
rs S
YP/S = rp/rs
Balanço de Carbono
Definição: Todo carbono que entra na forma de substrato tem que ser recuperado na forma de produto
Estequiometria de bioreatores
Os rendimentos em Cmols são os coeficientesestequiométricos da bioconversão
Como e por quê utilizamosbalanço de carbono?
• Ex: S. cerevisiae crescendo anaerobicamente em glicose
99.2% de carbono recuperado!! Utilizado na validação de dados da fermentação
Outro exemplo- previsão de rendimento máximo
• Qual o rendimento máximo para produção de etanol em S. cerevisiae?
Como calcular o rendimento máximo de etanol a partir de glicose YEtanol/Glicose Máx
Glu EtOH + CO2Glu 2 EtOH + 2 CO2
6C 2 x 2C + 2 x 1C
YEtanol/Glicose Máx = 0,51
O que acontece quando o balanço de carbono não fecha?
86.4% de carbono recuperado
Péssimo
Balanço redox (k)
• Grau de redução (k): Quantidade de elétrons livresde uma determinada molécula disponíveis paraserem oxidados.
Ex: CO2 qual o grau de redução?
• O somatório dos graus de redução em umafermentação deve ser zero
Definição de níveis redox 
• Calcule agora o grau de redução dos seguintes compostos:
1. Glicose
2. Etanol
3. Ácido Acético
4. Glicerol
Retornando aos nossos dados de fermentação cujo balanço de C não fecha
-
-
Qual o grau de redução do composto que falta?
-
Quem é o composto que falta?
-