MODELACIN Y SIMULACIN DE UN BIORREACTOR DE MEMBRANA

Carlos Orozco, Israel Acua, Edgar Espinoza, Yocanxchitl Perfecto, Araida Hidalgo, Ma. Lourdes Moreno,

Sergio Garca, Leobardo Ordaz, Oscar Morales.

Departamento de Bioingeniera. Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnologa. IPN. Av. Acueducto S/N. Col. Barrio La laguna Ticomn. G.A. Madero. Mxico, D.F.

Fax: 57 29 60 00 ext. 56305. e-mail:corozcoa@prodigy.net.mx. .

Palabras clave: glucosa, glucosa oxidasa, c. glucnico Introduccin. Actualmente el cido glucnico se obtiene en cultivo por lote el cual presenta bajas productividades. Un biorreactor de membrana puede ofrecer una nueva alternativa para producir cido glucnico de forma continua y adems aumentar, posiblemente, la productividad con respecto a los sistemas tradicionales de produccin, una vez que se ha obtenido poco xito con los sistemas de inmovilizacin investigados en aos recientes (1). El primer paso en esta lnea de trabajo fue estudiar los principios tericos que rigen la operacin de un biorreactor de membrana (2). De tal forma que el objetivo del presente trabajo fue el modelamiento y simulacin de un biorreactor de membrana para producir cido glucnico a partir de glucosa utilizando como biocatalizador la enzima glucosa oxidasa. Metodologa. Se defini el biorreactor de membrana consistente de tanque agitado, un equipo de bombeo para alimentar la mezcla de reaccin a la unidad de ultrafiltracin y recircular al tanque, y el permeado de la ultrafiltracin sera la corriente de cido glucnico obtenido. Con el propsito de lograr el modelamiento del sistema se realizaron los balances de materiales. Estos balances se desarrollaron con cada una de las variables involucradas en este proceso como fueron la concentracin de glucosa alimentada, el flujo de alimentacin, la presin transmembranal y la concentracin de enzima. Finalmente se integraron junto con los modelos de ultrafiltracin y de oxidacin cataltica, este ltimo tom en cuenta la inactivacin de la enzima, para as establecer los modelos que describan el sistema completo. Resultados y discusin. El sistema de ecuaciones diferenciales fue resuelto con ayuda de un software comercial para visualizar el perfil pronosticado. Luego se desarroll un software ad-hoc para el sistema propuesto. Para probar los modelos primero se efectu una simulacin en la que no se considera adicin de enzima y con una alimentacin de 15 g/l de glucosa. Los resultados se muestran en la figura 1, donde se observa una completa comprobacin experimental. Despus de toda una serie de simulaciones, ninguna comprobada experimentalmente todava, en la figura 2 se muestra cmo la concentracin de ac. glucnico empieza a disminuir despus de 100 minutos de operacin, cuando se toma en cuenta la prdida de actividad enzimtica en el sistema, y cmo en 250 minutos

prcticamente se lava el biorreactor. La prdida de actividad se determin experimentalmente y el nivel en el

que ocurre fue tomado en cuenta en los modelos. tiempo (minutos) Fig.1 Comprobacin experimental de glucosa en el biorreactor

( cuadros: experimental ; lnea punteada: simulacin)

tiempo (minutos) Fig.2 Simulacin de cido glucnico (lnea punteada) y glucosa

(lnea continua) en el biorreactor.

Conclusiones. El software desarrollado puede ser aplicado a cualquier sistema donde la reaccin que se lleve a cabo obedezca a un comportamiento cintico de Micahelis -Menten. Tambin orienta el diseo experimental y ahorra trabajo en la comprobacin prctica de condiciones de operacin. Agradecimientos. Este trabajo fue financiado por CGPI del IPN. Bibliografia. 1. Garca, R.G.(1993). Obtencin de cido glucnico utilizando clulas inmovilizadas de A..niger . Tesis, ENCB-IPN. 2. Asenjo, J. (1990). Models and Simulation, en: Separation Processes in Biotechnology. Marcel Deker Inc. U.S.A. 376-423.

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