A Simple Dinamic Method of KLa Determination in Laboratory Fermenter

5/11/2018 A Simple Dinamic Method of KLa Determination in Laboratory Fermenter - slidepdf...

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Un método dinámico simple para la determinación de KLa en fermentadores de

laboratorio.

Introduccion

La determinación de la absorción de oxígeno del aire en el caldo debe evaluarse bajo las

condiciones de funcionamiento de fermentadores. Bandopadhyay y Fujio, han desarrollado

métodos para la determinación de KLa en sistemas de fermentación reales que son rápidos

y consistentes. El uso de la sonda de oxígeno disuelto de respuesta rápida es esencial para

que estos métodos.

Sin embargo, las operaciones de proceso están sujetas a interrupciones por razones obvias.

Por otra parte, algunos investigadores creen que estos métodos proporcionan valores más

bajos de absorción ELK y oxígeno en caldos no newtonianos. Algunos otros trabajadores

informaron que estos métodos no proporcionan resultados absolutamente confiables,

sugirieron que el estudio de equilibrio de oxígeno en el sistema durante la fermentación

sería más confiable para evaluar las capacidades de transferencia de oxígeno de razón

porque ninguna hipótesis sobre el efecto de las células, tensoactivos, viscosidad, etc., son

necesarias; estudio del equilibrio de oxígeno, sin embargo, el estudio del equilibrio de

oxígeno requiere instrumentación adicional.

La determinación de la concentración de oxígeno disuelto por la sonda y el porcentaje de

oxígeno en el aire entrante y gas de salida de los fermentadores por el analizador de

oxígeno puede utilizarse para determinar los valores de KLa en un fermentador de trabajo

de una forma muy sencilla. Como cualquier sistema dinámico esto también requiere usarde modelo para describir el proceso de tiempo diferentes en términos de variables de

medida.

Sin embargo, en el método antiguo, es prestado escasa atención a la participación de la fase

gaseosa en el modelo. El objetivo de este documento es describir este método de

determinación de ELK mediante una relación matemática sencilla construida la

concentración de oxígeno disuelto y el porcentaje de oxígeno en la fase de gas de

fermentadores.

TeoríaCuando el aire es suministrado en el caldo de fermentador una parte del oxígeno presente

en el aire entrante se disuelve en el líquido del cual los microorganismos reciben el oxígeno

para su respiración y sus actividades metabólicas; el oxígeno que no es absorbido sale a

través de los gases de salida. Bajo el aire o agitado muy fuerte las condiciones actuales en



un pozo mezclado de fases gas líquido, la distribución de oxígeno en la fermentación puede

escribirse como:

(1)

suponiendo que la densidad y cambios de velocidad de flujo volumétrico de aire de

admisión y salida son insignificantes en el transcurso de la fermentación el anterior

balance de oxígeno puede expresarse como:

Para fermentadores de laboratorio con fase mixtas de gas líquido se puede suponer que el

gas de salida contiene el mismo porcentaje de oxígeno que de la fase de gas de los

fermentadores. De la ecuación (2) podemos escribir la ecuación de la tasa de transferencia

de oxígeno en el caldo como:

(3)

También, la tasa de transferencia de oxígeno en la fase disuelta de un cultivo aereado y

agitado:(4)

combinación de las ecuaciones(3) y (4), obtenemos:

(5)

que da la concentración de oxígeno disuelto como:

(6)

en la ecuación (6) bajo las condiciones dadas en los supuestos, KLa, V, Q, C * y ft pueden

suponerse que permanecen constante y la única variable CL y fo. Dado que se trata de una

ecuación lineal de CL vs (ft-fo) producirá una línea recta con una pendiente de–

paQ /KLaV e intercepta C *. Todas las otras cantidades se conocen de las condiciones

experimentales , KLa puede evaluarse desde la ladera.

La tasa de absorción de oxígeno (rCx) puede calcularse reordenando la ecuación (3):

(7)

(8)

el valor de C * puede obtenerse por extrapolación de la recta en el ordinal de la trama de

CL vs (ft-fo) y medir el valor de intercepción.

Sistema de sulfito

El método de sulfito para las mediciones de KLa es no biológico y envuelve la participación

de reacciones químicas, por lo que es posible escribir ecuaciones (3) y (4) como:

(9) Y (10)

donde R representa la participación en la reacción química.

Combinando las ecuaciones (9) y (10) obtenemos

(11)



en presencia del catalizador de cobre la oxidación de sulfito tiene lugar instantáneamente.

Se ha informado que la tasa de absorción de oxigeno en solución de sulfito de sodio es igual

a la tasa máxima de absorción física en el sistema de gas líquid mixto. Así, es posible

suponer CL = 0 en la ecuación (11); rearreglando obtenemos (12)

Por lo tanto es posible determinar ELK de fermentadores de laboratorio utilizando el

método del sulfito basarse en cambio en el porcentaje de oxígeno en el aire de salida de

fermentativos y cálculo del valor máximo de agotamiento del oxígeno en fase gaseosa (ft-

fo). Cualquier analizador de oxígeno sensibles permite la fácil determinación de este

parámetro. Otros parámetros C *, pa, Q y v se conocen las condiciones experimentales.

Para determinar C * debe conocerse la relación de equilibrio entre la presión parcial de

oxígeno en gases de salida y el oxígeno disuelto en líquido. Para gases cuya propiedad de

baja solubilidad, esto viene dado por la ley de Henry. (13) Donde p = presión parcial del

oxígeno en el aire de salida y H = constante de Henry´s. Bajo oxígeno disuelto establecidoslas condiciones de saturación es el equilibrio entre el oxígeno en la fase de gas y el oxígeno

disuelto y agotamiento de oxígeno gas insignificante fase se producirá. En otras palabras

será casi la misma presión parcial de oxígeno (0,21 atm) en el aire de entrada y salida de

los fermentadores

Los estudios se llevaron a cabo en fermentadores rotativos horizontales (HRF) de 2,5 l y 5 l

había agitado tanque ferenter (STF) de configuración estándar. El STF podría ser operado

en condiciones con la instrumentación disponible en la unidad. Las dimensiones

fermentativos figuran en la tabla I. La HRF fue operada por medio de un cinturón H.P.0,25 impulsado por motor D.C. 1420 rpm) su velocidad controlada entre 20-150 rp por un

variac y un rectificador.

Tabla I. details of fermenters.

Fermentador

Horizontal rotatorio

Fermentador de tanque

agitado

Material deconstruccion

Vidrio (QFV) Vidrio (QVF)

Volumen total (l) 2.5 5

Volumen con el que setrabaja 0.9 3

Diámetro (cm) 10 15.24Largo/ altura (cm) 30.48 33Tipo burbujeador Tubular Sparger de tres orificio.

Orificios situados en laesquina de un triángulo

Numero de orificios enmicro-burbujeador

10 3



Diámetro del orificio(mm)

1 1

Tipo rotor --- 8 blade turbine typeNumber of baffles --- 4

Ancho de baffles (cm) --- 1.2

Tabla 2.

Aire filtrado y estéril se utilizó en el fermentador. Ambos, muestras de aire de entrada y

salida fueron controladas analizando y grabando por medio de un analizador

paramagnéticos de oxígeno (DCL Servomax oxígeno analizador tipo 83). El instrumento

fue normalizado según el procedimiento establecido. Después de la normalización el

analizador fue conectado a la línea de gas de salida de fermentadores. Concentración de

oxígeno disuelto en el caldo periódicamente se determinó mediante analizador de oxígeno

disuelto (Japón Universal de analizador de oxígeno). Durante la fermentación registro

continuo y control del pH fue mantenida por estéril pH electrodo conectado con un

controlador de la grabadora y micropump para alimentar a 0,1 N NaOH. El fermentador

(rotativo) quedó parcialmente sumergido en un baño de agua cuya temperatura

precisamente estaba controlado por una guerra combinada y refrigerados sistema de

recirculación de agua con termostato. La temperatura STF de 5-1 fue controlada por un

contacto directo de un elemento controlador automático estéril y utilizando un termopar

combinado calefacción y aportándoles refrigerado.

Tres tipos diferentes de organismos fueron empleados en los estudios, es decir, una cepa

bacteriana de Pseudomonas ovalis B1486), que convierte la sacarosa y una cepa de

levadura de glucosa de utilizando Saccharomyces cerevisiae 3132 para la síntesis celular.

La composición del medio utilizado para cada organismo se muestra en la tabla 2. En todas

las ejecuciones usamos aceite de oliva como agente Antiespumante. Experimental Por lotes

se realizaron estudios con cada organismo por separado en la dos razón. Se realizaronestudios con PS. Ovalis B1486 a 29 ° C, S. cerevisiae 3132 a 29 ° C y a. niger A588 NCIM a

30 ° C. inoculums para tal caso preparó vertiendo asépticamente solución salina fisiológica

estéril 10 ml (0,85% NaCl) a una 24 horas inclinadas cultura y hacer una suspensión

homogénea de células sacudido bajo condiciones de esterilidad. 5 por ciento de la media

volue de la suspensión celular fue trasladado a medio nutritivo 150 ml a temperatura

adecuada en un agitador rotatorio en 250 rp 18-24 horas según necesidades.

Following incubation, 10 percent(v/v) of this inoculum was used to seed the main

fermenter. Ps. Ovalis fermentation was conducted for 14 hours, S. cerevisiae for 24 hours

and A. niger for 6 days. Data up to the end of logarithmic phase of growth of the organism

were reused in computation, because aximum oxygen uptake takes place through thisphase.

Studies were conducted at three different speeds of the HRF and agitator of STF. During

fermentation inlet an outlet air flow rate, dissolved oxygen concentrations were ade by

asceptically drawing samples in a sterile bottle attached to the outlet end of the fermenter

and holding a calibrated dissolve oxygen probe.

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