usp甘油分批发酵生产乳酸的非结构动力学模型

Jimy Alexander Gamboa Rueda, Víctor Alexis Lizcano González, M. Supelano, José Andrés Pérez Mendoza, Carolina Guzmán Luna, L. Giraldo
{"title":"usp甘油分批发酵生产乳酸的非结构动力学模型","authors":"Jimy Alexander Gamboa Rueda, Víctor Alexis Lizcano González, M. Supelano, José Andrés Pérez Mendoza, Carolina Guzmán Luna, L. Giraldo","doi":"10.29047/01225383.28","DOIUrl":null,"url":null,"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. 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摘要

本工作证明了鼠李糖乳杆菌ATCC 7469以生物柴油工业的粗甘油为碳源生产乳酸的能力,并提出并建立了一个动力学模型,描述了以USP甘油为底物的发酵过程。通过连续培养,菌株适应了新的碳源,在初始底物8 g/L和初始pH 6.5条件下发酵24 h后,底物转化率可达94.5%。随后,通过USP甘油发酵试验评价了初始pH (pHo)和初始底物浓度(So)的影响。本研究在初始pH为6.5、初始底物浓度为6 g/L时,乳酸产量(Qv)的最优值为0.087 g·L-1·h-1。最后,使用甘油USP对非结构化和非分离模型(Aiba型生长速率方程)的动力学参数进行了优化,在所有初始条件下达到88%的拟合度。此外,动力学参数是初始pH值和底物初始浓度的函数。本研究表明鼠李糖乳杆菌ATCC 7469利用生物柴油生产的粗甘油作为碳源生产乳酸的能力;此外,还提出并发展了一个描述以USP甘油为底物的发酵过程行为的动力学模型。该菌株通过连续培养适应新的碳源,在底物浓度(粗甘油)和pH分别为8 g/L和6.5 g/L的初始条件下,使用粗甘油发酵24小时后底物转化率可达94.5%。然后,通过USP甘油发酵试验评价了初始pH值(pHo)和底物浓度(So)的影响。本研究获得的体积乳酸产量(Qv)的最佳值为0.087 g·L-1·h-1,初始pHo = 6.5,初始底物浓度So = 6 g/L。最后,使用USP甘油对非结构化和非分离模型(生长速率表达式Aiba型方程)的动力学参数进行了调整,所有初始条件的平均拟合度为88%。此外,动力学参数是初始pH值和底物浓度的函数。portuguesEste trabalho demonstrou capacidade do Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 lactico酸到producao使用甘油#当给本土do生物柴油产业示范作为碳执行长,此外,嗯cinetico foi齐和com desenvolvido finalidade descrever过程则用甘油fermentacao圣保罗大学作为基体。通过连续培养,菌株适应了新的碳源,在初始底物8 g/L和初始pH 6.5条件下发酵24 h后,底物转化率为94.5%。随后,通过USP甘油发酵试验评价了初始pH (pHo)和初始底物浓度(So)的影响。本研究在初始pH为6.5、初始底物浓度为6 g/L时,乳酸(qol)的最佳容积生产率为0.087 g·L-1·h-1。最后,使用甘油USP优化了非结构化和非分离模型(Aiba型生长速度方程)的动力学参数,在所有初始条件下达到88%的拟合度。此外,动力学参数是初始pH值和底物初始浓度的函数。
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Unstructured kinetic model for batch fermentation of usp glycerol for lactic acid production
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.
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