Aula 6 Fermentação em Batelada Alimentada

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Modo de Fermentação-Batelada Alimentada
Nádia S. ParachinAula 6
Batelada alimentada
Substrato
Produto
[ ]
Tempo
Infos sobre batelada alimentada
• Transporte de substrato e acúmulo de biomassa
• Por que usar batelada alimentada?
1. Manter S baixo tóxico
2. Manter X alto  facilitar o processo de downstream
3. Controle da taxa de crescimento?
Vantagens desse tipo de batelada
• Técnica de produção entre a batelada e a fermentaçãocontínua
• A alimentação do substrato requerido para crescimento nãopodem ser deplatados do meio de cultura
• Aumento da produtividade de produtos de metabolismoprimário
• Permite a utilização de substratos de baixa solubilidade e altatoxicidade
• Ajuste da taxa de alimentação de acordo com o processo a serotimizado
Desvantagens
• Requer estudo prévio da fisiologia do seu microrganismo
• Dificuldades em cultivo com alta densidade celular: misturae aeração
• Requer um conhecimento maior de programação quandocomparado aos outros modos de fermentação
• Quantidades dos componetes a serem controlados deve seracima dos limites do seu método de detecção.
Na prática…
• O meio de alimentação é bombeado a um fluxo F, não necessariamente constante. 
• O volume não é constante ao longo da fermentação.
• A fase de alimentação é comumenteprecedida por uma fase de batelada.
V = f t( )
F = f t( )
V NOT constant Volume, V mudando aolongo da fermentação
Modos de Alimentação
• Contínuo
• Pulso
• Multisubstrato
• Linear/tempo
• Exponencial/tempo
• Constante/tempo
Composição
• Componentes mais concentrados do que no fermentador.
• Demais nutrientes são adicionados em excesso no fermentador
• Compostos inibitórios são adicionados na garrafa de alimentação
Objetivos do controle da alimentação
• Controle da taxa de crescimento
• Controle de fluxo de carbono no metabolismo
central
• Minimizar formação de co-produtos por “overflow”
• Favorecer formação de produto de metabolismo
secudário.
Métodos de controle da alimentação
• DIRETO medição online dos substratos
• INDIRETO controle da entrada do substrato porum parâmetro que não está no meio e.x. pH
• Análise de gases Oxigênio dissolvido
• Concentração de produtos orgânicos
• “Open loop” alimentação de acordo com dados históricos ou dados preditos
Parâmetros maisfrequentemente utilizados
• taxa de crescimento- geralmente é mantidaconstante
• concentração de substrato ( carbono ou nitrogênio) controlado particularmente quando o substrato éinibitório para formação do produto ou crescimentodo microrganismo
• correlação entre consumo de glicose e O2 e produção de CO2
Coeficiente respiratório (RQ)- relação entre produção de CO2 e consumo de O2.
RQ- CO2 eliminado
O2 consumido
Qual interpretação para:
• RQ > 1.2 
• RQ< 1.0
• RQ = 1.0
Concentração de co-produto A medição de co-produtos on line ajuda na inferência da concentração de substrato naalimentação
Batelada
tempo
S0
S
Começo da alimentação
Fase de alimentação em condiçõesde substrato limitado
S = 1 – 50 mg/l.
S0  5000 – 20000 mg/l
Batelada Alimentada
Premissas da bateladaalimentada
• O Meio de alimentação é bombeado a um fluxo F, nãonecessariamente constante. 
• O volume não é constante ao longo da fermentação.
• O meio de alimentação é estéril- não é adicionadomicrorganismo a batelada
• Os rendimentos são constantes durante o período de fermentação
Batelada Alimentada-Equações
Durante a fase de alimentação, S é muito baixo. Então um psedo estado
estacionário pode ser utilizado para realização de balanço de massa.
F= dVdT
rx= qx. x
d[x]dt = m x[ ] ! FV x[ ]
Biomassa
Produto
d[P]dt = qP ! x[ ] ² FV P[ ]
Batelada AlimentadaEquações: Substrato
d[S]dt = FV S0[ ] ! S[ ]( ) ! m x[ ]YX S
d(S)d(t) = Substrato entrando - Substrato consumido
d(S)d(t) = F V .( So-S) - rs
Produção de metabólitosecundário
Alta densidade celular
Desenho experimental tem que apresentar duas fases:
I. Crescimento celular até alta densidade
II. Minimização do crescimento e produção do produto
μ = 0 somente para manutenção do microrganismo
S no fermentador = 0
dS/dT = 0
Perfil de fermentação durantea batelada alimentada
Volume no fermentador
Concentração do produto
Concentração de biomassa
Concentração do substratolimitante eTaxa de crescimentoespecífico