Modelación de la cinética de reacción para la producción de polihidroxialcanoatos microbianos mediante Bacillus megaterium

• José Luis Gómez Bravo ^[1] ; Silvia Cruz Ramales ^[1] ; María Oneida Rosado García ^[1] ; Alejandro Tzompantzi Sánchez ^[1] ; Germán de los Santos Bañuelos ^[1]
  1. [1] Universidad Tecnológica de Puebla (México)
• Localización: Project Design and Management, ISSN-e 2683-1597, Nº. Extra 1, 2023, págs. 89-105
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Modeling reaction kinetics for the production of microbial polyhydroxyalkanoates by Bacillus megaterium
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• Resumen
  • español

    La producción de poli-(3-hidroxibutirato) PHA por Bacillus. megaterium depende exclusivamente de la concentración de la fuente de carbono (glucosa), por lo que se propone utilizar modelos matemáticos de simulación para la cinética aplicada en la producción de polihidroxialcanoatos microbianos. Las bacterias pueden aislarse del humus de la lombriz roja californiana, y para el crecimiento de biomasa se utiliza un modelo logístico que incluye un factor de inhibición y una constante asociada al mantenimiento celular. En la cinética de formación de producto se propone el modelo de Leudeking-Piret, donde el coeficiente de formación del producto depende del crecimiento celular y la constante asociada al mantenimiento celular, ambas están determinadas por el pH de la fermentación, y corresponden al crecimiento asociado y no asociado respectivamente. El modelo para consumo de sustrato considera que las células lo metabolizan para crecimiento, síntesis de producto y generación de energía, así como para actividades de control de pH interno e intercambio de componentes celulares. Se plantea ecuaciones de cinética para estimar resultados experimentales de este caso de estudio basadas en los modelos logístico, de Leudeking-Piret y de consumo de sustrato, para determinar los valores de los rendimientos de biomasa y de producto, en función al sustrato utilizado en la estequiometria de la producción de PHA. La siguiente etapa contempla la aplicación de la espectrofotometría UV-Vis para estimar el crecimiento celular en Unidades Formadoras de Colonias (UFC) y su comparación con la escala de McFarland para cuantificar de forma equivalente el número de células bacterianas.

  • English

    The production of poly(3-hydroxybutyrate) PHA by Bacillus. megaterium depends exclusively on the concentration of the carbon source (glucose), so it is proposed to use mathematical simulation models for the kinetics applied in the production of microbial polyhydroxyalkanoates. Bacteria can be isolated from Californian red worm humus, and a logistic model including an inhibition factor and a constant associated with cell maintenance is used for biomass growth. For product formation kinetics, the Leudeking-Piret model is proposed, where the product formation coefficient depends on cell growth and the constant associated with cell maintenance, both of which are determined by the fermentation pH, and correspond to associated and non-associated growth, respectively. The model for substrate consumption considers that cells metabolize substrate for growth, product synthesis and energy generation, as well as for internal pH control activities and exchange of cellular components. Kinetic equations are proposed to estimate experimental results of this case study based on the logistic, Leudeking-Piret and substrate consumption models, to determine the values of biomass and product yields, depending on the substrate used in the stoichiometry of PHA production. The next stage contemplates the application of UV-Vis spectrophotometry to estimate cell growth in Colony Forming Units (CFU) and its comparison with the McFarland scale to quantify equivalently the number of bacterial cells.