16/04/2015. Cinética dos Processos Fermentativos. Sumário. Estudo Cinético 6. Processo Fermentativo. Processo Fermentativo Esquema Geral

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1 umário Importância do tema Cinética dos rocessos Fermentativos rincipais arâmetros do rocesso (Definição e Cálculo) Velocidades instantâneas ou velocidades volumétricas de transformação; Velocidades específicas de transformação; Fatores de conversão e coeficientes específicos de manutenção Eficiência do processo; 1 Aula 6 - Eng. Bioquímica EELU - LOT rofa. Inês Roberto 2 Modelos Cinéticos Modelo de Monod Modelo de Gaden Considerações Finais rocesso Fermentativo rocesso Fermentativo Esquema Geral rocesso Fermentativo Transformação de um dado substrato orgânico em um produto de interesse pela ação de micro-organismos (catalisados por enzimas). Micro-organismos Leveduras, bactérias ou fungos filamentosos. Matérias-primas Açucaradas (origem agrícola) fonte de substratos. Ex: cana de açúcar (matérias-prima empregada na produção de etanol combustível) 3 4 Esquema Geral de um rocesso Fermentativo rocesso Fermentativo Estudo Cinético - Objetivos Biorreator: elemento central em qualquer processo fermentativo industrial; Medir as velocidades das transformações (crescimento celular; consumo de substrato e formação de produto) 5 Reações de interesse: conversão do substrato em produtos metabólicos Avaliação do processo: conhecimento das velocidades dessas transformações Estudo Cinético 6 Estudar a influência das condições experimentais sobre as velocidades; Correlacionar por meio de equações empíricas ou modelos matemáticos, as velocidades das transformações com os fatores que nelas influem; Aplicar as equações obtidas na otimização e no controle do processo. Definir estratégias de produção visando melhorias no processo 1

2 (gl) (gl) Estudo Cinético de um rocesso Fermentativo onto de artida: Análise da evolução dos valores de concentração de um ou mais componentes do sistema, em função do tempo. Estudo Cinético Considerações Importantes Determinação Analítica dos Componentes: Os dados cinéticos somente terão validade se os componentes forem adequadamente determinados. ubstrato [] Microorganismo rodutos Biomassa [] Metabólitos [] Volume na Fase Aquosa: Variação substancial no volume de meio pode alterar as concentrações dos materiais dissolvidos, comprometendo assim as medidas dos parâmetros cinéticos. 7 ontos Experimentais: È necessário traçar uma curva de ajuste para o cálculo dos parâmetros do processo (velocidades instantâneas e fatores de conversão). 8 Ajuste dos Dados Experimentais Variação da concentração de glicose durante um cultivo descontinuo arâmetros de Transformação 1. Velocidades instantâneas ou velocidades volumétricas de transformação; 2. Velocidades específicas de transformação; 3. Fatores de conversão, coeficientes específicos de manutenção; 9 1 Velocidade Volumétrica Crescimento Celular A velocidades volumétricas ou instantâneas são traduzidas pelos valores das inclinações das tangentes as respectivas curvas. 4, 3,5 3, 2,5 2, Tempo (h) Figura 1. Representação gráfica dos resultados de crescimento celular (fermentação alcoólica descontínua). 11 ara o crescimento celular, a velocidade volumétrica pode ser expressa por: d r (1) Onde, r x = velocidade crescimento celular (gl.h) Aplicando a equação (1) para os dados da Figura 1, temos: t = 5 horas volumétrica de d 4 2,6,44g L. h 6,2 3 Velocidade Volumétrica Consumo de ubstrato Tempo (h) Figura 2. Representação gráfica dos resultados de consumo de substrato (fermentação alcoólica descontínua). 12 ara o consumo de substrato, a velocidade volumétrica pode ser expressa por: r d (2) Onde, r = velocidade volumétrica de consumo de substrato (gl.h) Aplicando a equação (2) para os dados da Figura 1, temos: t = 5 horas d 1 7 7,9g L. h 7 3,2 2

3 (gl) (gl) (gl) (gl) Velocidade Volumétrica Formação de roduto rodutividade Volumétrica Tempo (gl) Figura 3. Representação gráfica dos resultados de formação de produto (fermentação alcoólica descontínua). 13 ara a formação de produto, a velocidade volumétrica pode ser expressa por: d r (3) Onde, r = velocidade volumétrica de formação de produto (gl.h) Aplicando a equação (3) para os dados da Figura 1, temos: t = 5 horas d 2 4,g L. h 8,5 3,5 14 A produtividade volumétrica é um parâmetro de velocidade, cujo interesse prático está na avaliação do desempenho do processo. Representa a velocidade média de crescimento ou de formação de produto referente ao tempo final de fermentação. ode ser expressa por Q, (gl.h), conforme equações (4) e (5) t m Q m Qp t f p f (4) (5) m e m = concentração máxima de células e produto respectivamente(gl) o e o = concentração inicial de células e produto respectivamente(gl) t f e t fp = tempo final da fermentação (h) Cálculo das rodutividades Volumétricas Velocidades Específicas de Transformação As velocidades específicas se referem aos valores de velocidades instantâneas com relação à referida concentração microbiana, ou seja, especificando-as com respeito ao valor de []. Assim, a velocidade específica de crescimento celular, de formação de produto e de consumo de substrato podem ser expressas pelas seguintes equações: 15 Aplicando as equações (4) e (5) aos dados da Figura 1 e 3, respectivamente, teremos: 3,9 2, Q,27g L. h 7 36 Q 4,g L. h d 1 d d (6) (7) (8) µ = velocidade específica de crescimento celular (h -1 ) µ = velocidade específica de consumo de substrato (g g.h) µ = velocidade específica de formação de produto (g g.h) 4, 3,5 3, 2,5 2, 3,5g Cálculo das Velocidades Específicas de Transformação L d Tempo (h),44g Aplicando as equações (6), (7) e (8) aos dados da Figura 1, 2 e 3, respectivamente, teremos:,44 1,13h 3,5 L. h d 7,9g Tempo (h) L. h 7,9 g 2,3 3,5 g. h , g 1,14 3,5 g. h Com as curvas devidamente ajustadas, os valores de velocidades poderão ser facilmente obtidos empregando softwares que permitam o cálculo das derivadas (No apêndice do Cap 6 do Livro Texto demonstra como calcular estes parâmetros utilizando uma planilha do 17 Excel) d 4,g L. h Tempo (gl) 18 Fatores de Conversão ou Fatores de Rendimento Rendimento de uma Reação É a quantidade de produtos formados ou acumulados por reagente consumido na reação. Em processos fermentativos, este parâmetro relaciona o fluxo de substrato para a formação de biomassa e outros produtos metabólicos. 3

4 (gl) (gl) (gl) Fatores de Conversão (Rendimento) Fator de conversão de substrato em biomassa ( ) roduto Metabólico massade células formadas g g massade substratoconsumido 19 ubstrato Biomassa 2 = quantidade inicial de células (gl) = quantidade de celulas num dado instante (gl) = quantidade de substrato inicial (gl) = quantidade de substrato num dado instante (gl) (9) Fator de conversão de substrato em produto ( ) Fator de conversão de produto em relação as células formadas ( ) massade produto formado g g massade substratoconsumido massade produto formado g g massade células formadas (1) (11) 21 = quantidade inicial de produto (gl) = quantidade de produto num dado instante (gl) = quantidade de substrato inicial (gl) = quantidade de substrato num dado instante (gl) 22 = quantidade inicial de produto (gl) = quantidade de produto num dado instante (gl) = quantidade de células inicial (gl) = quantidade de células num dado instante (gl) Fatores de Conversão - Cálculo Fatores de Conversão 4, 3,5 3, 2,5 2, 3,5g L Tempo (h) Aplicando as equações (9), (1) e (11) aos dados da Figura 1, 2 e 3, respectivamente, no tempo de 5 horas, teremos: 3,5 2,,1 g g g L Tempo (h) ,33g g 5 5,g L Tempo (gl) 5, 3,33g g 1,5 > 1 (fluxo de C direcionado para o produto metabólico) e os fatores de conversão permanecem constantes durante o cultivo, as expressões (9), (1) e (11) podem ser aplicadas no tempo final, onde = m ; = m e m (12) m (13) m (14) m Eliminando-se a grandeza pela combinação das Eq.9 e 12, teremos: m m (15) m [ ] (16) (17) m [ ] (18) 24 Equação da reta Coeficiente angular = 4

5 (gl) (gl) Fatores de Conversão Aplicando as equações (16) e (18) aos dados da Figura 1, 2 e 3, respectivamente, teremos: 4, 3,5 3, 2,5 2, =.87 gg 1,76,87[ ] r 2, (gl) =.48gg 47,6,48[ ] r 2, (gl) Fatores de Conversão Contudo, se os fatores de conversão não forem constantes, então somente os valores instantâneos deverão ser considerados, ou seja: d r d r d d r r (19) (2) d r (21) d r 25 Nestes exemplos, os valores experimentais se ajustaram muito bem ao modelo linear. 26 Fatores que afetam os parâmetros de conversão Composição do meio (natureza da FC e FN) ph e temperatura Transferência de oxigênio Tempo de mistura Fatores de Conversão Coeficiente Especifico de Manutenção (m) Considerando que as células utilizam a energia de oxidação do substrato não apenas para o crescimento, mas também para manutenção, ou seja um determinado consumo de substrato ( -) não produzirá sempre um aumento proporcional de biomassa (- ) ubstrato roduto Metabólico Coeficiente Especifico de Manutenção O consumo especifico de substrato para manutenção (m), pode ser expresso por: ( r ) m m (22) ou ( r ) m m (23) Onde (r ) m = velocidade de consumo de substrato devido a manutenção (gl. h) m= coeficiente de manutenção (velocidade específica de consumo de substrato devido a manutenção (g g. h) = concentração celular (gl) Biomassa Fazendo o balanço material para o consumo de substrato, tem-se: 29 Manutenção Trabalho osmótico; Reposição de constituintes celulares r ) ( r ) C ( r m (24) r ( r ) C m (25) Onde: r = velocidade de consumo global de (gl.h) (r ) C = velocidade de consumo de destinado ao crescimento (gg.h) 3 (r ) m = velocidade de consumo de destinado a manutenção (gg.h) ou 5

6 Coeficiente Especifico de Manutenção Com base nestas considerações, teremos um novo fator de conversão de substrato em células : Onde: ' = fator de conversão verdadeiro é velocidade de consumo de substrato devido a manutenção (g g C. h). (26) Introduzindo este parâmetro na equação (25), tem-se: r ' r ' r ( r ) C m Dividindo por, obteremos as velocidades em termos específicos: 31 (27) m (28) ' Coeficiente Especifico de Manutenção Analisando a equação (28), temos: m (28) e m = ' ' Os valores de manutenção pode ser obtido por regressão linear: 32 β m 1 ' Valores Típicos do Coeficiente Especifico de Manutenção ara que serve o fator de conversão? Referência para avaliar o comportamento de um determinado processo e a partir dele adotar decisões. e o valor de estiver afastado do máximo teórico, significa que precisamos avançar na investigação do processo visando melhorar este parâmetro. Como definir o valor teórico de conversão? Conservação do oder Redutor ou Conservação de Elétrons Baseia-se na conservação de elétrons da reação (os elétrons disponíveis no são transferidos para o produto) f Bailey & Ollis, 1986: propuseram uma equação para calculo do Rendimento Máximo ossível de ubstrato em roduto (Rendimento Máximo Termodinâmico). Quando todo o conteúdo energético do substrato for transferido para o produto, a fração de elétrons (f p ) será igual a 1 e o fator de conversão ( ) será máximo. p p f p. p s s s p s(max) s s p p 35 p p f p. p s s s f p = fração de elétrons disponíveis no substrato transferidos para produto; σ p ;σ s = frações de carbono no produto e substrato, respectivamente; p ; s = graus de redução do produto e substrato, respectivamente; = fator de rendimento de em 36 Como calcular o Grau de Redução de um Composto Orgânico 6

7 Grau de Redução de um Composto Orgânico () È o número de elétrons disponíveis necessários para a completa combustão do substrato em CO 2 e H 2 O NED NC NED = Número de Elétrons Disponíveis NC = Quantidade de carbono na substância O número de elétrons disponíveis é calculado pela valência dos elementos: Carbono (+4) Hidrogênio (+1) Oxigênio (-2) 38 Grau de Redução de um Composto Orgânico () C 6 H 12 O 6 (glicose) NED NC NED=(6x4) + (12x1)+[6x(-2)] = 24 NC = 6 4(1) 2( 2) CO 2 1 H O 1(2) 1( 2) 2 NH 1( 3) 1(3) 3 O2 2( 2) Fração de Carbono de um Composto () massa de Ccomposto composto MMcomposto C 6 H 12 O 6 (glicose) gli cos e 72 18,4 4 Calculo do fator de conversão máximo de glicose em etanol aplicando o balanço de elétrons? C 6 H 12 O 6 (glicose) C 2 H 6 O (etanol) 24 γ glicose 4 12 γ 6 etanol 6 2,4 glicose etanol,52 s s 4x,4 (máx),51g g 6x,52 p s p p Exercício para consolidação dos conceitos 1) Calcular o fator de conversão máximo de xilose (C 5 H 1 O 5 ) em xilitol (C 5 H 12 O 5 ) de acordo com o conceito de rendimento máximo termodinâmico. Dados: MM xilose = 15 gmol; MM xilitol = 152 gmol 2) Calcular o fator de conversão máximo de glicose (C 6 H 12 O 6 ) em ácido cítrico (C 6 H 8 O 7 ) de acordo com o conceito de rendimento máximo termodinâmico. Dados: MM glicose = 18 gmol; MM ácido cítrico = 192 gmol

8 (gl) Eficiência do rocesso A eficiência de um bioprocesso pode ser definida por: No exemplo anterior: Eficiência do rocesso Cálculo % máximo x1 (22) observado possível observado % x1 máximo possível Ex: Equação estequiométrica para produção de etanol C6H12O6 2C2H 5OH 2CO 2 43 máx 92 ( ) máx,51g g =.48gg (gl) Glicose Etanol ( ) máx,51g g,48 % x1,51 94% Estudo de Caso 1 Estudo de Caso Estudo de Caso 1 Estudo de Caso

9 Estudo de Caso 1 Cinética do Crescimento Microbiano ubstrato adicionado no inicio do cultivo Descontínuo (istema Fechado) rodutos retirados no final Crescimento celular (fases) Exponencial Lag Curva Típica de Crescimento Microbiano Desaceleração Linear Aceleração Estacionária Declínio Curva de crescimento de microorganismo em cultivo descontínuo. (A) ordenadas lineares; (B) semilogarítmica. 52 Fase 1 (lag) Imediatamente após a inoculação; Adaptação ao novo ambiente; Intensa atividade metabólica (síntese de novas enzimas ou componentes estruturais). Não há reprodução celular, logo = = constante. Duração da fase lag (concentração e idade do inóculo, composição química do meio de cultivo). µ= Fase 1 (lag) A fase LAG afeta negativamente a produtividade do processo Como evitar ou minimizar a fase LAG? I. Aclimatizar o inóculo no meio de fermentação II. Inocular as células na fase exponencial 53 III. Utilizar elevado nível de inóculo 54 9

10 ln (xx i ) Fase 2 (Transição) Aceleração Fase 3 (Logarítmica ou Exponencial) Início da reprodução (crescimento); Nem todas as células estão se reproduzindo; Aumento gradual da velocidade especifica de crescimento; Elevadas concentrações de [] e nutriente; Todas as células estão se reproduzindo; A velocidade específica de crescimento é constante e máxima; abendo que: µ = µ m µ < µ m 1 d 1 m d d m (29) A velocidade é diretamente proporcional a d d m (29) m (3) Ex: Curva de crescimento para accharomyces cerevisiae Integrando a equação (3) entre o inicio da fase (de coordenadas t i, i ) e um instante arbitrário (t), tem-se: ln i d m( t ti ) i ti t m (31) (32) i e m ( tti ). (33) Fase lag? 57 Equação da Reta (t-ti) inclinação = m Como identificar a fase exponencial? Não é recomendado analisar as fases do crescimento em coordenadas lineares (interpretação equivocada) Devido a baixa concentração celular no inicio do cultivo, a velocidade inicial parece ser mais lenta. 58 Ainda na fase exponencial, podemos determinar o tempo de geração (tg) de uma cultura; or definição, tg é o intervalo de tempo necessário para dobrar o valor da []. Aplicando esta definição na equação (32), tem-se: Fase 4 (Linear) A velocidade instantânea de crescimento (d) é constante; ode ocorrer sem prévia existência da fase log; Limitação no transporte de nutrientes (limitação de O 2 ) ou 2 i ln m. t i g (34) ln 2,69 m (35) tg tg µ m inversamente proporcional a tg; Bactérias (2 min) ; leveduras (2 horas) d r x constante Integrando a equação (36) entre o inicio desta fase (de coordenadas t c, c ) e um instante arbitrário (t), tem-se: (36) Válida para micro-organismos que apresentam aumento da biomassa proporcional ao 59 número de células 6 1

11 C t d r (37) x tc Fase 5 (Desaceleração) Resolvendo a integral, tem-se: r ( t t ) (38) C C ou. C r. t r t (39) C A concentração celular () é uma função linear do tempo Aplicando a equação (39) na equação da velocidade específica de crescimento, tem-se: 1 d r (4) C r. t r. tc Nesta fase, (μ) decresce com o aumento da concentração celular, e portanto, com o tempo de cultivo. 61 µ < µ m 62 Esgotamento de um ou mais componentes do meio de cultivo necessários ao crescimento. Acúmulo de metabólitos inibidores; Diminuição das velocidades de crescimento (instantânea e específica) até se anularem no t f. O tempo de geração (tg) aumenta, pois nem toda população se reproduz em intervalos regulares de tempo. µ <µ m Fase 6 (Estacionária) A concentração celular [] atinge o valor máximo ( m ) o qual permanece constante; Equilíbrio entre velocidade de crescimento e velocidade de morte; µ = Lise (rompimento) Fase 7 (Declínio ou Lise ) O valor da concentração celular decresce a uma velocidade que excede a velocidade de produção de novas células. µ < Modelos Cinéticos para Descrever o Crescimento Celular Os modelos mais utilizados são os modelos nãoestruturados Consideram a população celular homogênea, tanto do ponto de vista metabólico, como estrutural. O crescimento de uma população celular é quantificado apenas em termos de número ou da massa de células Modelo de Monod - Influência da Composição do Meio sobre a Velocidade Especifica do Crescimento Em cultivo descontinuo, a velocidade específica de crescimento celular [μ] é dependente da concentração de nutrientes no meio; Um único nutriente do meio pode exercer efeito dominante sobre [μ]; quando este é a principal fonte de carbono e de energia, denomina-se de ubstrato Limitante do Crescimento. 65 Célula Não leva em consideração a natureza multicomponente da célula, ou seja, o material celular é representado por sua massa ou número de célula. ara descrever a relação entre [μ] e [] limitante foi proposta uma equação empírica (Equação de Monod); Baseada no modelo de Michaelis-Menten (cinética enzimática); uma vez que o metabolismo celular é resultado de uma ação integrada de várias enzimas

12 max K Equação de Monod (41) []>>K Dependência de μ com o valor de K Onde μ = Veloc. específica de crescimento (h -1 ) μ max =Veloc. específica máxima de crescimento (h -1 ) K s = Constante de saturação (gl) []<<K = concentração do substrato limitante (gl) No início do cultivo, onde [] é μ μ max (micro-organismo adaptado); No decorrer do cultivo, a medida que [] o valor de μ (não sustenta μ max ) significa o início da fase de desaceleração); A constante K representa a [] na qual μ = ½ μ max ; A permanência do micro-organismo na região de μ max (fase exponencial) 67 dependerá do valor de K ; O valor de μ max para um micro-organismo com elevada afinidade pelo [] limitante (baixo K ) não irá ser afetado até que a [] se torna muito baixa. ara um micro-organismo com baixa afinidade pelo [] limitante (elevado K ) o valor de μ max não será mantido, mesmo em concentrações relativamente elevadas de substrato (fase de desaceleração mais longa). 68 Valores típicos de K para Micro-organismos Modelo de Monod Considera apenas um único limitante Não prevê a fase de adaptação (válida na fase exponencial e desaceleração); Não considera qualquer tipo de inibição ( ou ) Há na literatura várias propostas para explicar tais fenômenos. 69 Aula 6 - Eng. Bioquímica - LOT rofa. Ines Roberto 7 Modelo Cinético para Formação de rodutos Tipos de rodutos Metabólicos roduto Metabólico Metabólito rimario Metabolito ecundário ubstrato Relação da síntese do produto com o metabolismo energético. Biomassa Gaden (1955): correlação cinética entre formação de produto e crescimento celular. Durante a fase primaria do crescimento celular. Ao final da fase de crescimento do (fase estacionária)

13 Classificação Cinética dos rodutos Tipo 1 - Associado ao Crescimento. Tipo 2 arcialmente Associado ao Crescimento Tipo 3 Não Associado ao Crescimento Associado arcialmente Associado Não- Associado Tipo 1 - Associado ao Crescimento ) O produto formado está diretamente ligado as reações do catabolismo (metabolismo energético das células). erfil Cinético do roduto Associado ao Crescimento (Tipo 1) 75 ão normalmente produzidos durante a trofofase (fase exponencial de crescimento) e referidos como produtos metabolismo primário. Neste tipo cinético, a velocidade específica de crescimento do microrganismo (µ ) apresenta aproximadamente o mesmo perfil de (µ ) e (µ ) com o tempo. ão exemplos de produtos primários: etanol, amino-ácidos e vitaminas (intermediários metabólicos). 76 Variação das velocidades específicas em uma fermentação alcoólica Tipo 2 arcialmente Associado ao Crescimento Representa o caso de uma cinética mista, em que a formação do produto não está totalmente ligada ao caminho metabólico produtor de energia das células. Tipo 2 arcialmente Associado ao Crescimento Luedeking e iret (1959): modelo cinético para a fermentação láctica (Lactobacillus delbrueckii) em ph controlado. Variação das velocidades específicas em uma fermentação cítrica d d (2) (3) µ Não -Associado ao crescimento µ Associado ao crescimento 13

14 O modelo de Luedeking e iret pode ser útil para representação cinética dos diferentes tipos: Combinando a Equação (2) com a Equação (28) do balanço material para o consumo de substrato considerando a manutenção, temos: (2) ' x ' m x x m (28) ' m 8 Tipo 3 Não Associado ao Crescimento O produto não está diretamente ligado ao metabolismo energético das células; ão sintetizados durante a idiofase (fases de desaceleração e estacionária do crescimento microbiano), não apresentando uma função clara para o metabolismo celular (metabólitos secundários); Neste tipo cinético, os perfis das velocidades (µ ; µ e µ ) não permitem estabelecer uma relação cinética bem definida; ão exemplos de produtos secundários: antibióticos e toxinas microbianas. erfil Cinético do roduto Não-Associado ao Crescimento (Tipo 2) Consumo de ubstrato O 2 rodução de penicilina Modelos Cinéticos 1. roduto Associado ao Crescimento (Tipo 1) x 2. roduto arcialmente Associado ao (Tipo 2) x 81 Crescimento Variação das velocidades específicas em uma fermentação penicilínica Crescimentoroduto Não- Associado ao Crescimento (Tipo 3) 1. roduto Associado ao Crescimento (Tipo 1) 1. roduto Não - Associado ao Crescimento (Tipo 2) µ µ µ µ x

15 roduto arcialmente Associado ao Crescimento (Tipo 3) µ µ A classificação de Gaden não pode ser considerada como absoluta para um dado produto, podendo ocorrer mudança no tipo de formação dependendo das condições de cultivo x Considerações Finais 1) O estudo cinético permite a obtenção de informações importantes sobre o desenvolvimento de um processo fermentativo; 2) Os parâmetros fermentativos (rendimento e produtividade) são de fundamental para avaliar o desempenho do processo; 3) As velocidades das transformações podem ser correlacionadas por meio de equações empíricas com os fatores que nelas influem. Ex: Monod descreve a influência da [] sobre (µ); Referências Bibliográficas chmidell, W.; Lima, U. A.; Aquarone, E.; Borzani, W. Biotecnologia Industrial, volume 2 - Engenharia Bioquímica, Editora Edgard Blücher, ão aulo, 21; auline M. Doran, Bioprocess Engineering rinciples. Copyright 1995 Elsevier Ltd. 87 4) Os comportamentos relativos de µ em função de µ fornecem a base para uma importante classificação dos processos fermentativos (Ex: Gaden ) 88 Aula 6 - Eng. Bioquímica - LOT rofa. Ines Roberto 89 Estudo Dirigido Tabela1: Valores experimentais de um cultivo descontínuo de. cerevisiae. Tempo (h) (gl) (gl) (gl) O,91 16,9 4,91 16,9 8 1,61 96,8 6,2 12 2,42 83,6 15, 16 3,59 59,9 23,5 2 4,71 31,6 34,3 24 5,51 1,6 42,2 28 5,56 7, 42,8 Estudo Dirigido - Com base nos dados experimentais, pede-se: 1) Representar os perfis relativos a []; [] e [] em função do tempo; 2) Representar as fases de crescimento do microrganismo. Foi observada fase exponencial? e positivo, determinar o valor de µ max e tg; 3) Determinar as velocidades volumétricas e específicas para []; [] e [] e representar graficamente os perfis destas velocidades em função do tempo; 4) Determinar os parâmetros do processo (fatores de conversão e produtividades). Foi observado fluxo de [] para manutenção?; 5) Os fatores de conversão de substrato em células e em produtos são constantes no processo? Justifique 6) O efeito da [] sobre µ pode ser descrito pelo modelo de Monod? e positivo, determine os parâmetros cinéticos.; 7) Em que tipo de classificação cinética proposta por Gaden, o produto de enquadra? Justifique. 9 15

16 Concentração de ubstrato roduto (gl) Concentração celular (gl) Curvas de Ajuste dos Dados Experimentais 12 m 6 1 ubstrato Biomassa m 3 4 roduto 2 2 f Tempo Aula 6 - Eng. Bioquímica - LOT rofa. Ines Roberto 16

X=Microrganismo. X= Microrganismo S= Substrato P= Produto. P= Produto. X=X(t) S= S(t) Limitante P= P(t) Econômico. S= Substrato

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