Unstructured kinetic model for batch fermentation of usp glycerol for lactic acid production

Abstract

espanolEn este trabajo se demostro la capacidad de Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 para producir acido lactico usando glicerol crudo proveniente de la industria del biodiesel como fuente de carbono, ademas se propuso y se desarrollo un modelo cinetico que describe el proceso de fermentacion usando glicerol USP como sustrato. La cepa fue adaptada a la nueva fuente de carbono utilizando cultivos sucesivos, la conversion de sustrato fue de hasta 94.5% despues de 24 horas de fermentacion en condiciones iniciales de sustrato de 8 g/L y pH inicial de 6.5 respectivamente. Posteriormente, la influencia del pH inicial (pHo) y la concentracion de sustrato inicial (So) fueron evaluadas mediante ensayos fermentativos de glicerol USP. El valor optimo de productividad volumetrica de acido lactico (Qv) alcanzado en este trabajo fue de 0.087 g·L-1·h-1 para un pH inicial de pHo = 6.5 y una concentracion inicial de sustrato So = 6 g/L. Finalmente los parametros cineticos de un modelo no estructurado y no segregado (ecuacion tipo Aiba para la velocidad de crecimiento), fueron optimizados alcanzando un grado de ajuste de 88% para todas las condiciones iniciales, usando glicerol USP. Adicionalmente, los parametros cineticos son presentados como funcion del pH inicial y la concentracion inicial de sustrato. EnglishThis study show the capability of Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 to produce lactic acid using crude glycerol from biodiesel production as carbon source; in addition, a kinetic model that describes the behaviour of the fermentation process using USP glycerol as substrate was proposed and developed. The strain was adapted to the new carbon source by doing successive cultures, the substrate conversion was up to 94.5% after 24 hours of fermentation using crude glycerol as under initial conditions of substrate concentration (crude glycerol) and pH of 8 g/L and 6.5, respectively. Then, the influence of initial pH (pHo) and concentration of substrate (So) were evaluated by fermentation tests of USP glycerol. The optimal value of volumetric lactic acid productivity (Qv) achieved from this study was 0.087 g·L-1·h-1 for initial pHo = 6.5 and initial substrate concentration So = 6 g/L. Lastly, the kinetics parameters of an unstructured and not segregated model (Aiba type equation for growth rate expression), were adjusted with an average fit degree of 88% for all the initial conditions, using USP glycerol. In addition, the kinetic parameters are laid out as function of initial pH and substrate concentration. portuguesEste trabalho demonstrou a capacidade do Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 para a producao de acido lactico usando glicerol quando oriundo da industria do biodiesel como fonte de carbono, adicionalmente, um modelo cinetico foi proposto e desenvolvido com a finalidade de descrever o processo de fermentacao usando glicerol USP como substrato. A cepa foi adaptada a nova fonte de carbono utilizando culturas sucessivas, a conversao do substrato foi de ate 94.5% apos 24 horas de fermentacao em condicoes iniciais de substrato de 8 g/L e pH inicial de 6.5, respectivamente. Posteriormente, a influencia do pH inicial (pHo) e a concentracao de substrato inicial (So) foram avaliadas mediante ensaios fermentativos de glicerol USP. O valor otimo de produtividade volumetrica de acido lactico (Qv) conseguido neste trabalho foi de 0.087 g·L-1·h-1 para um pH inicial de pHo = 6.5 e uma concentracao inicial de substrato So = 6 g/L. Finalmente, os parâmetros cineticos de um modelo nao estruturado e nao segregado (equacao tipo Aiba para a velocidade de crescimento), foram otimizados atingindo um grau de ajuste de 88% para todas as condicoes iniciais, usando glicerol USP. Adicionalmente, os parâmetros cineticos sao apresentados como funcao do pH inicial e a concentracao inicial do substrato.