Cultivo batch y continuo

Cultivo Batch y continuo

1) El cultivo Batch consiste en un sistema que es cerrado y que no presenta corrientes de entrada o salida, los nutrientes se preparan en un volumen constante de liquido, los inoculos se transfieren y luego los microorganismos crecen. El cultivo continuo presenta 4 etapas las cuales son:

Fase de retraso: Aquí no se presenta casi ningún crecimiento celular aparente, en esta etapa se encuentra la adaptación de los microorganismos al entorno nuevo al que son sometidos, donde hay una baja replicación celular y sin señales de crecimiento.

Exponencial: Esta etapa muestra un crecimiento celular muy rápido, aumentando de manera exponencial, en esta etapa se utilizan fuentes de carbono y se forman los productos. Ademas el sustrato se utiliza de manera muy rápida y se genera mucho producto generando la siguiente fase estacionaria.

Estacionaria: En esta etapa las células pueden empezar a morir dado que la tasa de crecimiento celular llega a un punto de equilibrio y así equilibra la tasa de muerte.

Muerte: En la etapa de muerte las células que ya se encuentran muertas y los metabolitos celulares en el caldo de fermentación pueden producir toxicidad, lo cual da muerte a las células restantes, se desarrolla una fase de muerte mientras que la densidad celular cae drásticamente si los metabolitos secundarios tóxicos están presentes.

En la etapa exponencial es donde se generan los metabolitos primarios.

La formula que define el crecimiento exponencial batch : [pic 1]

[pic 2]

2)

Temperatura: La temperatura es un punto muy importante dado que los cultivos necesitan un punto optimo de temperatura para tener un crecimiento adecuado, por lo general existen rangos óptimos de temperatura, pero hay tipos celulares que presentan casi una única temperatura para poder crecer de manera correcta.

Concentración de oxigeno: La concentración de oxigeno es muy necesaria cuando ocurre la fermentación, dado que cuando esto ocurre los microorganismos requieren de una cantidad importante de oxigeno, de tener una baja concentración de este parámetro se puede ver afectada la fermentación y detenerse, dado que es de tipo anaerobico, el oxigeno presente puede afectar a su crecimiento normal.

Concentración de sustrato: En este caso la concentración de sustrato puede ser un limitante a la hora del crecimiento celular, dado que por lo general en los cultivos batch, se requiere un valor constante de sustrato, y si este baja del optimo, el crecimiento baja su nivel exponencial.

3) Puntos importantes a considerar para mencionar que un cultivo batch posee en su fase exponencial posee un exceso de sustrato, por lo que este nunca sera un limitante para el crecimiento del microorganismo, a diferencia del cultivo continuo el cual opera bajo condiciones limitantes de sustrato, ademas en este ultimo tipo de cultivo la velocidad de crecimiento se encuentra controlada por la velocidad de dilación y su valor sera siempre menor al de la velocidad especifica de crecimiento máxima,  por el contrario la velocidad específica de crecimiento en la fase exponencial de un cultivo discontinuo alcanzará la velocidad máxima correspondiente a las condiciones que prevalezcan en el cultivo, las razones más generales en cuanto a ventajas del cultivo batch son que posee mayor versatilidad, es más económico, posee una mayor producción de metabolitos secundarios y el biorreactor presenta una mayor esterilidad. Por otro lado las desventajas del cultivo batch serian que presenta etapas de inicio y fin, por lo que el proceso es más engorroso, las variables presentes en el sistema varían y se inhiben los productos.

i)Maximizar la producción de biomasa: Para maximizar la producción de biomasa se debe utilizar un crecimiento continuo, ya que este presenta cantidades de sustrato y velocidad constante, puede generar toda la cantidad de biomasa que se requiera, en batch no ocurre tan asi, ya que presenta sus fases y en las ultimas dos el crecimiento celular o producción de biomasa ya es casi nulo.

ii)Maximizar la producción de un metabolito secundario: Para maximizar la producción de un metabolito secundario se debe utilizar el cultivo por lotes o batch, ya que en este proceso , los sustratos se añaden escalonadamente a medida que progresa la fermentación y la formación de muchos metabolitos secundarios está sometida a represión catabólica (efecto glucosa), por esta razón en el método alimentado los elementos críticos de la solución de nutrientes se añaden en pequeñas concentraciones al principio de la fermentación y continúan añadiéndose a pequeñas dosis durante la fase de producción.

4)i) Estimar/determinar la longitud (en horas) de las fases de crecimiento para cada caso ( lag, exponencial, estacionaria y de muerte). Se debe explicar y justificar claramente, como determina esto.

Fases ph 3,0: La fase de Lag dura aproximadamente 10 horas, dado a que el crecimiento anteriormente es muy pequeño, solo aumenta en decimales, pero desde la hora 10 el crecimiento comienza a ser más grande. La fase de de crecimiento exponencial dura también 10 horas, ya que al observar la biomasa generada esta llega a su punto máximo que es 24 en 10 horas.  La etapa estacionaria dura aproximadamente 2 horas ya que le valor de la bio masa se mantiene en 24, por ultimo la fase de muerte dura 6 horas ya que el valor de la biomasa empieza a decaer.

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