balanco de massa em bioprocessos 06 04

Renata Miliani Martinez - UNISO

Crescimento microbiano e formação de produtos

O2

CO2

H2O

Fonte de carbono

Fonte de nitrogênio Produtos

Células

Estudo cinético

Balanço de massas

Entra Gerado

Sai Consumido+ - - = Zero

Entra +Gerado

(Produto)

SaiConsumid

o (Reagent

e)= +

Exemplo balanço de massas

Equação da fotossíntese:

Massas molares:Gás carbônico = 44 g/molÁgua = 18 g/molGlicose = 180 g/molOxigênio = 32 g/mol

6CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6O2+6H2O

Na vida real...Nem sempre os balanços fecham, pois o

processo pode apresentar perdasPrincipalmente em sistemas biológicos

(ocorrem inibições, as células podem morrer...)

Rendimento da reação

Teórico (estequiométrico) Real (observado)

Aerobiose x Anaerobiose

Cinética química

Cinética química

Velocidade de reações

Taxa de reação

Tempo para consumo ou produção

Lei de ação das

massas

Cinética química

Cinética de crescimento celular

O crescimento está geralmente associado à [S]

Fase Descrição Taxa específifca de crescimento (µ)

Lag Adaptação das células ao novo ambiente, pouco ou

nenhum crescimento

µ~0

Aceleração Início do crescimento µ~µmáx

Declínio Crescimento atinge a taxa máxima

µ<µmáx

Estacionária Crescimento cessa µ=0

Morte Célula perde viabilidade e morre

µ<0

Cinética do crescimento celular

É aconselhável preparar um gráfico semi log (log no eixo y) da concentração celular versus tempo para identificar as fases do crescimento

Equação de Monod

Equação Semi-Empírica análoga à equação de Michaelis-Menten

Cinética

• Em 1942, Jaques Monod propôs uma relação matemática para descrever o efeito do crescimento limitante em função da taxa específica de crescimento.

• O crescimento da biomassa é dependente da disponibilidade do nutriente.

• Quando estamos em condições de limitação do nutriente a µmáx

reduz-se até cessar completamente o crescimento, em condições de exaustão do nutriente

µm taxa específica de crescimento máximaKs constante de saturação ou de MonodS concentração do substrato limitante .

Cinética da reação

Refere-se ao relacionamento entre a taxa de reação e as condições que afetam a velocidade da reação, como concentração e temperatura. Podemos descrever a cinética através de equações:

aA+ bB yY+zZb

Ba

AA CkCr A taxa de reação volumetrica é:

Sendo k a constante de reação: independente da concentração dos materiais, mas dependente de outras variáveis, como temperatura.

A ordem da reação como um todo é dada pelos valores de (a+b), porém geralmente a ordem da reação é dada por dados

experimentais

Efeito da temperatura sobre kA temperatura tem influência considerável sobre a taxa

de reações, conforme a equação de Arrhenius equation:

k=Ae-E/RT ou Onde:k = constante da taxa de reaçãoA = constante de Arrhenius ou fator de frequênciaE = energia de ativação da reaçãoR = constante ideal dos gasesT = temperatura absoluta.

É possível verificar esse efeito de forma gráfica!!

T aumenta, k aumenta exponencialmente

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