Presentacion cultivo por lote en biorreactores

Fundamentos del cultivo por lote y un ejercicio práctico

1. Cultivo por lote Laboratorio de biorreactores IBQ. Víctor Rubén López Santos 14 de febrero de 2025

2. Cultivo de microorganísmos 2

3. 3

4. “La fermentación es un proceso correlacionado con la vida y la organización de las células de levadura, no con la muerte o la putrefacción de la materia. ” 4 (Pasteur, 1860)

5. Revolución industrial de la biotecnología Desarrollo de cultivos en biorreactores. Producción industrial de antibióticos. Aplicación de la microbiología en la industria alimentaria. 5 (Belaguer, 2021)

6. 6 (Casas,1988; Morales et al., 2010; Silva, 2012)

7. Procesos biotecnológicos mas importantes en México Ácido acético. Ácido cítrico. Etanol y bebidas alcoholicas. Enzimas. 7

8. ¿Qué es el cultivo por lote? El  cultivo por lote  es un proceso en el cual los microorganismos o células se cultivan en un biorreactor durante un periodo de tiempo determinado, utilizando una cantidad inicial fija de nutrientes, sin añadir más durante el proceso. 8 (Pauline, 1998; Fogler, 2008)

9. Características Se puede considerar como un sistema cerrado . No hay entrada ni salida de nutrientes. Se añande el medio de cultivo y se inocula al inicio de la operación. Las condiciones dentro del reactor cambian con respecto al tiempo . Los parámetro cinéticos también varian con respecto al tiempo. La duración del cultivo es limitada en el tiempo y depende de las condiciones iniciales del cultivo. El proceso termina cuando la concentración de sustrato se agota. 9

10. Fases de crecimiento características en el cultivo por lote 10 (Martínez, 2010)

11. Casos especiales Algunas veces las fases de crecimiento no se presentan de manera ideal. Dependiendo el M.O. y las condiciones del cultivo. (Treviño, 2024) Fase log Desaceleración Estacionaria Muerte 11

12. Importancia del cultivo por lote Permite el monitoreo de las condiciones internas del reactor. Cambios en la concentración de los componentes: X, S y P. (Sánchez, 2013) 12

13. El cutivo por lote permite evaluar el comportamiento cinético con diferentes concentraciones de inoculo inicial. 13

14. También permite evaluar diferentes concentraciones y tipos de sustrato. Esto brinda una ventaja al cultivo por lote debido a la versatilidad que puede ofrecer respecto a otros tipos de cultivo. 14

15. Así mismo, podemos evaluar diferentes condiciones de cultivo. Esto permite el escalamiento desde condiciones de laboratorio a procesos a gran escala. 15

16. Parámetro cinéticos Parámetro cinético Nombre y unidad Formula Velocidad específica de crecimiento (h -1 ). Tiempo de duplicación (unidad de tiempo). Rendimiento de la biomasa respecto al producto (g/g). Rendimiento del producto respecto al sustrato (g/g) Rendimiento del producto respecto a la biomasa (g/g) Parámetro cinético Nombre y unidad Formula Velocidad específica de crecimiento (h -1 ). Tiempo de duplicación (unidad de tiempo). Rendimiento de la biomasa respecto al producto (g/g). Rendimiento del producto respecto al sustrato (g/g) Rendimiento del producto respecto a la biomasa (g/g) 16

17. Balance de materia en el cultivo por lote Acumulación = Entrada – Salida + Generación – Consumo     Al no existir caudales el volumen (V) es constante y puede despreciarse.   Balance general para componentes en cultivo por lote (X, S y P). 17

18.   Balance de materia para la biomasa               l   l t   18 y m x b Esta ecuación cumple con la ecuación de la recta       Ecuación de crecimiento exponencial Velocidad específica de crecimiento Tiempo de formación de biomasa Tiempo de duplicación

19. Ejemplo Se llevó a cabo un  cultivo batch  de  Saccharomyces cerevisiae   en un medio con  glucosa  como sustrato principal para la producción de  etanol . Se midieron las concentraciones de biomasa, sustrato (glucosa) y producto (etanol) en diferentes tiempos, obteniéndose los siguientes datos experimentales: Tiempo (h) Biomasa XX (g/L) Glucosa SS (g/L) Etanol PP (g/L) 0.5 50 2 1 45 2 4 2 37 5 6 3.5 25 9 8 5 10 12 10 5.5 5 13 12 5.6 3 13.2 14 5.7 2 13.5 16 5.7 1.5 13.7 Determine el tipo de metabolito y obtenga los parámetros cinéticos posibles de este experimento. 19

20. Metabolito asociado al crecimiento 20

21. Tiempo (h) Biomasa X (g/L) 0.5 2 1 4 2 6 3.5 8 5 10 5.5 12 5.6 14 5.7 16 5.7 Identificación de la fase exponencial Fase exponencial Fase exponencial Ln Biomasa -0.6931472 0.69314718 1.25276297 1.60943791 1.70474809 1.7227666 1.74046617 1.74046617 21

22. Tiempo (h) Biomasa X (g/L) 0.5 2 1 4 2 6 3.5 Ln Biomasa -0.6931472 0.69314718 1.25276297 O bien, la pendiente de la recta   l t   Por lo tanto             Tiempo (h) Biomasa XX (g/L) Glucosa SS (g/L) Etanol PP (g/L) 0.5 50 2 1 45 2 4 2 37 5 6 3.5 25 9 8 5 10 12 10 5.5 5 13 12 5.6 3 13.2 14 5.7 2 13.5 16 5.7 1.5 13.7     22

23. Resumen 23

24. Gracias por su atención