balanco de massa em bioprocessos 06 04
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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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