Determinación del modelo cinético de reacción para la producción de polihidroxialcanoatos a partir de azúcar comercial.

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo general realizar un modelo cinético de reacción para la producción de polihidroxialcanoatos a partir de azúcar comercial utilizando Bacillus subtilis. Para esto se determinó la fuente de carbono a emplear utilizando sacarosa y sacarosa invertida evaluando los rendimientos de producción de PHA. Las azúcares fueron cuantificadas utilizando HPLC y la experimentación fue realizada en Erlenmeyers de 250 mL. Luego varío la relación carbono y nitrógeno para obtener una mayor concentración de producto final. Se determinó la cantidad inicial y final por medio del colorímetro HACH y se realizó la experimentación en el reactor SARTORIUS BIOSTAT Aplus de un litro de capacidad. Con las mejores condiciones previamente establecidas se realizaron dos fermentaciones de 10 litros en el reactor BioFlo 415 para tener los datos experimentales para la realización del modelo. Se obtuvo un mayor rendimiento de formación de polihidroxialcanoatos contra consumo de sustrato de 9.58% (m/m) al utilizar 22.5 g/L de sacarosa y un rendimiento de 6.9% (m/m) empleando una relación de 300:1 (𝒈 𝒄𝒂𝒓𝒃𝒐𝒏𝒐𝒈 𝒏𝒊𝒕𝒓ó𝒈𝒆𝒏𝒐). Por otra parte, se obtuvo un mayor rendimiento de formación de biomasa con respecto al consumo de sustrato de 9.16% (m/m) al emplear 19.5 g/L de sacarosa invertida a las condiciones evaluadas. Se determinó que el sustrato limitante era el nitrógeno debido a que cuando había una escasez de este (concentración 0.10 g/L), disminuía el crecimiento celular y aumentaba la producción de polihidroxialcanoatos en la fase estacionaria. Finalmente, se obtuvo un modelo modificando el de Monod donde la ecuación de consumo de sustrato tiene un factor de aceleración para reflejar que al principio de la fermentación este va a ser más consumido por la bacteria y una ecuación modificada para la producción de PHA que contiene dos parámetros cinéticos para explicar la formación del producto en la fase exponencial y en la fase estacionaria. (A)