Optimización de la producción de biomasa en procesos fermentativos del mucílago de cacao CCN – 51 aplicando la ecuación logística integrada y el modelo de Andrew y Levenspiel, bajo diferentes condiciones de operación
El objetivo de este estudio fue optimizar las variables que intervienen en la producción de biomasa a partir del mucílago de cacao CCN – 51 en la fermentación discontinua de etanol con S. cerevisiae; y a partir de los resultados óptimos realizar un modelado cinético a través de la ecuación logística...
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2018
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| author | Guncay Buestán, Jessica Valeria Silva Ibarra, Marco Vinicio |
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| description | El objetivo de este estudio fue optimizar las variables que intervienen en la producción de biomasa a partir del mucílago de cacao CCN – 51 en la fermentación discontinua de etanol con S. cerevisiae; y a partir de los resultados óptimos realizar un modelado cinético a través de la ecuación logística integrada y el modelo de Andrew y Levenspiel. Las diferentes condiciones de operación se determinaron mediante diseño factorial completo con dos niveles y tres variables (23): temperatura, pH y concentración de levadura. Las fermentaciones se realizaron en un biorreactor de tanque agitado y simultáneamente se llevó a cabo la cuantificación de biomasa mediante el método analítico peso seco; posteriormente se ajustaron los modelos a los datos experimentales, es decir, minimizando la discrepancia entre las predicciones del modelo y los datos experimentales, correspondientes a las condiciones óptimas de operación, empleando el software MATLAB (Versión 8.3). Los resultados obtenidos indicaron que la temperatura, pH y concentración de levadura óptimos de fermentación son 35 °C, 4 y 3 g/L respectivamente. En estas condiciones se obtuvo una concentración final de biomasa de 90,9880 g/L después de 34,5 horas de fermentación. El modelo logístico describió el crecimiento de levadura en función de la concentración inicial de biomasa, el tiempo de fermentación, la tasa de crecimiento específico máximo y la concentración final de biomasa; mientras que el modelo de Andrew y Levenspiel representó la limitación e inhibición del sustrato y la inhibición del etanol. Se encontró que los modelos pudieron ajustar satisfactoriamente los datos experimentales con un coeficiente de determinación muy alto (R2>0,90), pudiendo utilizarse para el desarrollo del proceso de producción de biomasa a partir del mucílago de cacao. |
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| institution | Universidad de Cuenca |
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| spelling | oai:dspace.ucuenca.edu.ec:123456789-304262021-02-19T12:48:23Z Optimización de la producción de biomasa en procesos fermentativos del mucílago de cacao CCN – 51 aplicando la ecuación logística integrada y el modelo de Andrew y Levenspiel, bajo diferentes condiciones de operación Guncay Buestán, Jessica Valeria Silva Ibarra, Marco Vinicio Delgado Noboa, Jorge Washington Ingeniería Química Mucilago Fermentación Biomasa Modelo de Andrew Levenspiel El objetivo de este estudio fue optimizar las variables que intervienen en la producción de biomasa a partir del mucílago de cacao CCN – 51 en la fermentación discontinua de etanol con S. cerevisiae; y a partir de los resultados óptimos realizar un modelado cinético a través de la ecuación logística integrada y el modelo de Andrew y Levenspiel. Las diferentes condiciones de operación se determinaron mediante diseño factorial completo con dos niveles y tres variables (23): temperatura, pH y concentración de levadura. Las fermentaciones se realizaron en un biorreactor de tanque agitado y simultáneamente se llevó a cabo la cuantificación de biomasa mediante el método analítico peso seco; posteriormente se ajustaron los modelos a los datos experimentales, es decir, minimizando la discrepancia entre las predicciones del modelo y los datos experimentales, correspondientes a las condiciones óptimas de operación, empleando el software MATLAB (Versión 8.3). Los resultados obtenidos indicaron que la temperatura, pH y concentración de levadura óptimos de fermentación son 35 °C, 4 y 3 g/L respectivamente. En estas condiciones se obtuvo una concentración final de biomasa de 90,9880 g/L después de 34,5 horas de fermentación. El modelo logístico describió el crecimiento de levadura en función de la concentración inicial de biomasa, el tiempo de fermentación, la tasa de crecimiento específico máximo y la concentración final de biomasa; mientras que el modelo de Andrew y Levenspiel representó la limitación e inhibición del sustrato y la inhibición del etanol. Se encontró que los modelos pudieron ajustar satisfactoriamente los datos experimentales con un coeficiente de determinación muy alto (R2>0,90), pudiendo utilizarse para el desarrollo del proceso de producción de biomasa a partir del mucílago de cacao. The main objective of this study was: optimize the variables involved in the biomass production process from cocoa mucilage CCN – 51 in batch ethanol fermentation with S. cerevisiae; and from optimum results perform kinetic modeling through integrated logistic equation and Andrew and Levenspiel model. The operating conditions were determined by factorial design with two levels and three variables (23): temperature, pH and yeast’s concentration. Fermentations were performed in a stirred tank bioreactor further biomass was quantified by the method of dry weight. Later models to experimental data were adjusted, minimizing the discrepancy between model predictions and experimental, corresponding to the optimum operating conditions data, using MATLAB (Version 8.3). The results of temperature, pH and optimum concentration of yeast were 35 °C, 4 and 3 g/L respectively, with a final concentration of biomass 90,9880 g/L were obtained after 34,5 hours of fermentation. The logistic model described yeast growth depending on the initial concentration of biomass, fermentation time, the specific growth rate and maximum final biomass concentration; while the Andrew and Levenspiel model represented limitation and substrate inhibition and ethanol inhibition. The results showed that the models satisfactorily fit the experimental data (R2>0,90), proving be suitable for process modeling. Ingeniero Químico Cuenca 2018-05-24T12:13:22Z 2018-05-24T12:13:22Z 2018-05-23 bachelorThesis http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/30426 spa TQ;404 application/pdf application/pdf |
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