Estimación del calor de reacción en el transcurso

de bioprocesosAlumno: Misael González Montenegro

Materia: Procesos Fermentativos

Las tendencias modernas de diversificación de la industria azucarera, implican la instalación de fábricas para el desarrollo de productos derivados.

Estequiometria del crecimiento de las células y la formación de productos

El crecimiento de las células, además de ser un proceso exquisito y complejo, obedece a las leyes de conservación de la masa.

Estequiometría del crecimiento total: formulación del medio y factores de rendimiento

El crecimiento de las células involucra el consumo de sustrato

S= sustratoX= microorganismo

para poder plantear: mi = wi.X, donde: wi: es la fracción peso y X la masa total de células

C, H, O, N, P y S

El Factor de Rendimiento del crecimiento celular se define como: Y x/s = (∆X)/(∆S)

Estequiometría de la formación de producto

La estequiometría de formación de productos puede ser clasificada en cuatro grupos.

Grupo 1. El producto principal aparece como resultado de energía primaria del metabolismo, por ejemplo la producción de etanol durante el crecimiento anaerobio de levaduras.

Grupo 2. El producto principal se alcanza indirectamente a partir de la energía del metabolismo, por ejemplo, la formación de ácido cítrico durante el cultivo aeróbico de mohos.

Grupo 3. El producto es un metabolito secundario: como la producción de penicilina en un cultivo aireado de mohos.

Grupo 4. Biotransformación: El producto es obtenido a partir del sustrato a través de una o más reacciones catalizadas por enzimas en la célula.

Los procesos del grupo 1 tienen una estequiometría relativamente simple y son en la mayoría de los casos las que aparecen en la producción de derivados de la producción azucarera.

Para el grupo 2 no pueden aplicarse consideraciones estequiométricas tan sencillas. La formación de producto no es necesariamente proporcional al sustrato utilizado o al incremento de la masa celular

. Para los grupos 3 y 4 no existe conexión entre la formación de productos y el crecimiento celular y solamente se relacionan con el consumo de sustrato.

Estequiometría de la energía metabólica: generación de calor y estimación de factores de rendimientoLa célula usa energía química en su metabolismo, pero como cualquier proceso real, parte de la energía del sustrato se convierte en calor

YD = YS /(DHS – YS DHC) (IV) donde: DHS : Calor de combustión del sustrato DHC: Calor de combustión de la célula YS : g de células/g de sustrato consumido

Metodología para la estimación del calor de reacción de bioprocesos1. Planteamiento del problema señalando los datos fundamentales conocidos del proceso a evaluar

2. Planteamiento del Sistema de Ecuaciones para facilitar el cálculo de los coeficientes estequiométricos, a partir del modelo de reacción propuesto.

3. Completamiento del sistema de ecuaciones con datos propios del proceso que no constituyen factores relacionados con la estequiometría de la reacción.

4. Solución del sistema de ecuaciones (obtención de los coeficientes estequiométricos).

5. Cálculo del Calor de Reacción, basado en la estimación de Calores de Combustión.

CONCLUSIONES

1. Se ha ordenado metodológicamente un procedimiento que permite estimar el calor desprendido en una reacción de bioproceso, hecho que redunda en el diseño de biorreactores para la industria de derivados de carácter fermentativo.

2. Los valores del calor involucrado en las reacciones biológicas pueden obtenerse con este procedimiento como una primera aproximación para el diseño de los sistemas de intercambio de calor en los biorreactores.