Criterios de Diseo y Optimizacin Rendimiento de producto en sustrato,Yji Unidad tpica:g de producto por g de sustrato Productividad,qi Unidad tpica: g producto por L de reactor por hora Concentracin final, Cp

Unidad tpica: g de productopor L de volumen de reactor Ejemplo:Calcule tamaode una planta para producir 100 mil toneladas de propanodiolao-1 Rendimiento de un nutriente en clulas YSX= AXASdXdt= YSX dSdt; dSdt= XYSX qi es un parmetro cintico que da cuenta de la masa del componente i producida- o consumida -por unidad de volumen de reactor y por unidad de tiempo. volumen . tiempoi compuesto de masaqi=Con i:S, P, X, C, O,... Xqrii =ri es la tasa especfica de una bioreaccin y se mide en masa del componente i producido por unidad de masa de clula y por unidad de tiempo:Tasa de produccin volumtrica (q)yTasa especfica (r) Determinacin experimental de parmetros cinticos en cultivo batchdt dP X 1 rdt dS X 1 rp s = = Relacin entre rendimiento de la fuente de carbono yvelocidad especfica de crecimiento P M C TS S S SA + A + A = ASustrato total consumido CrecimientoMantencin Produccin metabolitos extracelulares dSdt| \ | . | T= dSdt| \ | . | C + dSdt| \ | . | M + dSdt| \ | . | PConvirtiendo: Caso 1: Cintica de cultivo batchSINFormacin de Producto mXYXYXSX SX+ =0 1 1 10mY YSX SX+ =Si no hay sntesisde producto,yreemplazando cada trmino en funcin de parmetros del cultivo: 0SXY= rendimiento mximo. Se define como la biomasa obtenidaporunidaddesustratoconsumido destinado exclusivamenteacrecimiento. m=coeficiente de mantencin Valores seleccionados del coeficiente de mantencin* Organismom (g fuente de energa/g clula h) Lactobacillus casei0.135 Aerobacter cloacae0.094 Saccharomyces cerevisiae0.036 Penicillium chrysogenum0.022 Candida utilis0.170 Azotobacter vinelandii0.150 Klebsiella aerogenes2.880 * (Pirt, 1975) En el caso que NO se tengan datos experimentales:Es posible estimar el rendimiento? Si se considera que todo el nutriente se usa enformacinde biomasa: YSX0=% elementoennutriente% elementoenbiomasa En el caso que NO se tengan datos experimentales:Es posible estimar el rendimiento? f=factorqueconsideralaproduccindeenergay dependesielcultivoesaerobio(f=0.5-0.6)o anaerobio (f = 0.1). Ojo: en el caso de la fuente de carbono y energa, considerar formacin de biomasayde productos de oxidacin: YSX0=% elementoennutriente% elementoenbiomasa fCaso 2: Cintica de cultivo batchCONFormacin de Producto 3 Tipos de productos(Gaden) Producto directamente asociado a la generacin de energa.ej: etanol, acido lctico, Producto indirectamente asociado con el metabolismo energtico. ej: aminocidos, cido ctrico, nucletidos, .. Producto no asociado a la generacin de energa. ej: penicilina, estreptomicina, vitaminas, Rendimiento de sustrato en producto YSP =APAS ( )T=producto formadonutriente total consumido YSP0=APAS ( )P=producto formadofuente de Cy energa consumida para productoY, equivalentemente a la relacin obtenida antes, ahora conproducto: dSdt| \ | . | T= dSdt| \ | . | C + dSdt| \ | . | M + dSdt| \ | . | PYoSP puede ser determinado experimentalmente.OtraformadeestimarYoSPesdeterminarel rendimientotericodeunmetabolito(Y*SP).Este parmetroentregaelvalormximoquesepuede alcanzar en la conversin de sustrato a producto, bajo lacondicindequenohayaconsumodesustratoni para crecimiento, ni para mantencin. 1YSX=1YSXo+ ms + rpYSPo| \ | . | 1Ejemplo: Rendimientos de la produccin aerbicade cido actico La ecuacin para la biosntesis aerbica de cido actico a partir de etanol es: C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O La bacteria Acetobacter aceti se inocula en un medio fuertemente aireado que contiene 10 g.L-1 de etanol. Luego de un cierto tiempo de cultivo, la concentracin de etanol baj a2 g.L-1y se produjo 7.5 g.L-1 de cido actico. Cun cercano al rendimiento terico mximo de etanol en cido acticose encuentra este cultivo?Rendimientos tericos de producto Productos Sustrato Y p/s ReferenciaEtanol Glucosa 0,51 Acevedo, 1987Etanol Sacarosa 0,54 Acevedo, 1987Lisina Glucosa 0.57-0.69 Shivinka y col.,1980Lisina Acetato 0.44-0.60 Shivinka y col.,1980GMP Glucosa 1,15 Muzzio y Acevedo, 1985XMP Glucosa 1,16 Muzzio y Acevedo, 1985IMP Glucosa 1,11 Muzzio y Acevedo, 1985Penicilina-G Glucosa 0.66-1.10 Cooney y Acevedo, 1977Fenilalanina Glucosa 0,51 Conejeros y col., 1992Alginato Glucosa 0,85 Daz y Acevedo, 199PHB Glucosa 0.32-0.48 Yamane, 1993cido giberlico Glucosa 0,36 Acevedo y Castro, 1996Destino del sustrato en la produccin de metabolitos secundarios Producto%Crecimiento % Mantencin%Produccin Penicilina25 - 2857 - 6111 - 16 IMP16 - 2561 - 6613 - 18Ac. Giberlico19 - 2669 - 775 - 15