Growth kinetics of Bacillus subtilis (Bal3) for production of cellulolytic crudes used in the bioethanol production industry

• Carmen Salvador Pinos ^[1] ; Omar Pérez Navarro ^[2] ; Yailet Albernas Carvajal ^[2] ; Leyanis Mesa Garriga ^[3] ; Juan Jácome Navarrete ^[1] ; Erenio González Suárez ^[2]
  1. [1] Universidad Central del Ecuador

     Universidad Central del Ecuador

     Quito, Ecuador

     
  2. [2] Department of Chemical Engineering, Faculty of Chemistry and Pharmacy, Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní km 5 ½, Santa Clara, Villa Clara, Cuba
  3. [3] Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (Agrosavia). Tibaitatá Research Center– Km 14 Mosquera- Bogotá, Cundinamarca, Colombia

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• Localización: Afinidad: Revista de química teórica y aplicada, ISSN 0001-9704, Vol. 79, Nº. 596, 2022, págs. 314-325
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Cinética del crecimiento de Bacillus subtilis (Bal3) para la producción de crudos celulolíticos empleados en la industria de producción de bioetanol
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• Resumen
  • español

    Microbiota biotecnológicamente manejable productora de complejos enzimáticos de interés es un área de investigación en auge. Tras cuidadosa colección y cultivo en laboratorio, los microorganismos pueden efectuar hidrólisis y fermentación en biorreactores. Se aplican modelos cinéticos a su crecimiento, siendo los más usados los de Monod, Moser, Blackman y Powell, que combinan modelos matemáticos y trabajos experimentales. El objetivo de este estudio fue determinar el comportamiento cinético de Bacillus subtilis (Bal3) para dimensionar los equipos necesarios para obtener suficiente cantidad de enzimas para producir 500 hl de bioetanol al 70% al día. Se colocó un medio compuesto de 60 g de bagazo de caña y 350 ml de suero de leche en 1L de agua con 0,02 g de inóculo en un biorreactor Bioflo/CelliGen 115 de 2L durante 130 h a 20º C y 150 rpm. El pH varió de 6,8 (inicio) hasta 5,8 (final). El rendimiento biomasa-sustrato fue 19,34 % y la productividad de biomasa 0,048 g/L por hora. Con los modelos cinéticos de Velhurs-Pearl, Pirt y Luedeking-Piret se realizó el balance de masa y el cálculo del tamaño de los equipos. Se consideró que el modelo de Monod representa adecuadamente el comportamiento del crecimiento de la bacteria.

  • English

    Biotechnologically manageable microbiota that can produce enzyme complexes of interest is a thriving research field. After careful collection and laboratory culture, the microorganisms can develop hydrolysis and fermentation processes in bioreactors. Kinetic models for their growth are applied, being the most used those of Monod, Moser, Blackman and Powell, which combine mathematical models and experimental work. The objective of this study was to determine the kinetic behavior of Bacillus subtilis (Bal3) to size the equipment needed to obtain enough amount of enzimes to produce 500 hl of ethanol at 70% per day. A medium composed of 60 g of sugarcane bagasse and 350 ml of whey in 1L of water with 0.02 g of inoculum was placed in a 2L Bioflo/CelliGen 115 bioreactor for 130 h at 20°C and 150 rpm. The pH ranged from 6.8 (start) to 5.8 (end). A biomass-substrate yield of 19.34% and a biomass productivity of 0.048 g/L per hour were obtained. With the kinetic models of Velhurs-Pearl, Pirt and Luedeking-Piret, the mass balance was performed and the equipment volume was calculated. Monod’s model was considered to adequately represent the growth behavior of the bacteria.