MODELAREA MATEMATICA A PROCESULUI DE IZOMERIZARE ENZIMATICA A GLUCOZEI LA FRUCTOZAALEXANDRA - IOANA DUNCA SECTIA: IPOB, M2

INTRODUCERE

Procesul de izomerizare al glucozei este o reactie reversibila enzimatica care implica numai un substrat glucoza si un produs fructoza. Enzima utilizata glucozo izomeraza imobilizata (IGI)

Acest tip de proces este cel mai de succes in aplicatiile industriale in tehnologia enzimei imobilizate, folosind reactoare cu amestecare perfecta

BIOCINETICA ENZIMEI Izomerizarea enzimatica a glucozei la fructoza este o reactie reversibila:

Echilibrul de masa pentru complexul enzima-substrat (X) i produs (P)

Viteza de reactie

BIOCINETICA ENZIMEI A. Reactia in sens directConform analizei Michaelis-Menten

B. Reactia in sens invers

Substituind ec.(7) si ec.(9) in ec.(5) :

BIOCINETICA ENZIMEI In functie de conservarea masei

Constanta de echilibru

Ecuatia (11) devine

Pentru reactiile reversibile constanta de echilibru Haldane

BIOCINETICA ENZIMEI Concentratia redusa

Ecuatia (10) devine

Km si Vm au diferite interpretari

CINETICA ENZIMEI IMOBILIZATE Constantele cinetice enzimatice (Km si Vm ) se schimba datorita schimbarilor structurale interne si restrictioneaza accesul la situsurile active

Parametrii cinetici pot fi influentati de transferul de masa

Acestea pot duce la modificari ale propriettilor solutiei in mediul enzimei imobilizate eficacitatea () i dezactivarea ( (t))

Combinand ec.(16) cu ec.( 18)

MODELAREA PARTICULEI CATALITICE Ipoteze simplificatoare

Transferul de masa in directia axiala este neglijabil si are loc doar in directia radiala prin difuzie

Enzima este uniform imobilizata in cadrul purtatorului

Enzima este prinsa in solutia din cadrul matricei granulare i nu exista o separare intre solutie si partea solida.

Exista o variatie neglijabila de caldura in cadrul particulei datorita nivelului scazut al Hrxn

Bilantul de materiale pentru substrat (glucoza)

MODELAREA PARTICULEI CATALITICE Sweetzyme IT enzima comerciala folosita in acest studiu si are o viata de 1 an. Asadar poate fi considerata o enzima stabila, iar astfel dezactivarea factorului poate fi considerata egala cu unitatea.

n ecuaia 19 este singurul termen care arata dinamica sistemului

Calculul concentratiei substratului din cadrul particulei (legea I a lui Fick : Nsr = - De(dS/dr))

MODELAREA PARTICULEI CATALITICE Ecuaia 23 poate fi aplicata pentru 3 forme de particule catalitice

Conditiile la limita

g=1 (ovala); g=2 (cilindrica) si g=3 (sferica)

MODELAREA STRATULUI CATALITIC Ipoteze simplificatoare

Exista un singur substrat reactiv in cadrul curentului principal

Viteza debitului de lichid este constanta

Porozitatea este constanta de-a lungul stratului

Temperatura stratului este constanta in cadrul reactorului

Reactia are loc doar in cadrul particulei catalitice

Regimul curgerii este laminar

MODELAREA STRATULUI CATALITIC Bilantul de materiale pe substrat

In aceasta ecuatie efectul dispersiei poate fi neglijat dupa cum a fost raportat de catre cercetatori

Factorul de dezactivare poate fi luat ca 1 aceasta datorandu-se faptului ca jumatate din viaa biocatalizatorului comercial IGI este de aproximativ un an

Dezactivarea este singurul termen care arata dinamica sistemului stabil

CONCLUZII

Validarea acestor modele cu date experimentale sunt programate i simulate utilizand software precum Matlab, C++, Software-ul Labview

BIBLIOGRAFIE

Rajab Khalilpour, Reza Roostaazad, Development and verification of a model to describe an immobilized glucose isomerase packed bed bioreactor, Biochemical Engineering Journal 40 (2008) 328336

VA MULTUMESC !

**