Fermentadores – Conversión de Mediciones
Si la composición de la biomasa permanece constante para muestras extraídas en diferentes momentos durante la curva de crecimiento, entonces es una manera sencilla de convertir una medición indirecta en una estimación de la biomasa.
donde CCA es la concentración del componente en una muestra extraída durante la fermentación (mg-componente g-IDS-1), CF es la relación entre el componente y la biomasa, como se determinó en los experimentos de calibración (mg-componente g-biomasa -1) y CXA es el contenido de biomasa calculado de la muestra (g-biomasa g-IDS1). Si el nivel del componente en la biomasa varía durante la fermentación, será necesario utilizar diferentes factores de conversión para las muestras retiradas en diferentes momentos. Un ejemplo en el que se ha hecho esto es en el trabajo de Nagel. Medían el contenido de glucosamina en función del tiempo en un sistema en el que su hongo se cultivaba sobre una membrana superpuesta sobre una losa de trigo molido prensado.
Utilizaron la regresión no lineal de una curva para obtener la siguiente ecuación para el contenido de glucosamina de la biomasa (Gx, mg-glucosamina mg-biomasa seca-1) en función del tiempo: Glucosamina mg-biomasa seca-1) en función del tiempo:
Donde está el tiempo de retardo (h). Obviamente este tipo de enfoque puede adaptarse a otros sistemas.
Limitaciones de estos Métodos de Calibración
Un problema con estos métodos de calibración es que no es posible asegurarse de que el factor de conversión (o relación temporal) que se mantiene en el sistema de calibración será seguido en sistemas de biorreactores SSF reales. Cuanto más se utilice el sustrato usado en el sistema de calibración para imitar el sustrato usado en el sistema SSF, más probable es que el factor de conversión sea fiable, pero alguna duda permanecerá siempre. Además, la calibración debe ser rehecha, incluso con el mismo microorganismo, si se cambia el sustrato, o si las condiciones ambientales o nutricionales varían significativamente de aquellas en las que se determinó la relación.
Características básicas del sub-modelo cinético
El sub-modelo cinético se basa en una ecuación de crecimiento diferencial
Ya hemos mostrado cómo se deben hacer experimentos para seleccionar una ecuación empírica apropiada para describir la cinética de crecimiento. Esto implica trabajar con curvas de crecimiento experimentales y ajustar la forma integrada de la ecuación cinética apropiada. Sin embargo, la forma integrada no es apropiada para la incorporación directa en el modelo de bioreactor. En la ecuación logística utilizada para describir la cinética de crecimiento en este modelo, el parámetro se expresa como una función de la temperatura. Si se utilizara la forma integrada de la ecuación, entonces tendría que mantenerse constante, lo cual no es consistente con el hecho de que la temperatura varía durante la fermentación. Por otro lado, esto no presenta ningún problema para la integración numérica de la ecuación diferencial, ya que puede asumir un nuevo valor para cada paso en el proceso de integración.
En este y próximos posts nos centramos en cómo la forma diferencial de la ecuación cinética se incorpora en el modelo del biorreactor. El sub-modelo cinético expresa los diferentes parámetros de la ecuación de crecimiento como funciones de las condiciones locales: Este es el enlace que permite al modelo de biorreactor describir cómo el crecimiento se ve restringido por un pobre transporte de macroscala, ya que dicha limitación del transporte conducirá a condiciones locales de crecimiento desfavorables. La cuestión de cómo describir la manera en que el crecimiento a su vez afecta las condiciones locales se considerará más adelante.
Nótese que consideramos el crecimiento en términos de la biomasa seca en sí. Sin embargo, si la ecuación cinética se determina en términos de un componente de biomasa, pueden aplicarse las mismas consideraciones. Por supuesto, las unidades deben ser cambiadas apropiadamente. Por ejemplo, la biomasa tiene las unidades de g-substrato de g-biomasa seca-1. Si se usara glucosamina, sería necesario escribir un término para ello con unidades de mg-glucosamina g-substrato-1, y esto afectará la significación y unidades de otros parámetros, como los coeficientes de rendimiento.