Ingenieria de Procesos aplicada a la Biotecnología de Microalgas
3.3 - Modelos de crecimiento estáticos con fotoinhibicion
La fotoinhibicición es una desactivación reversible de aparato fotosintético que aparece probablemente como mecanismo protector que se produzca una concnetración demasiado elevada de intermedios fotosintéticos reductores que podrían dañar las células.
La fotoinhibición aparece, por tanto, cuando el ritmo de fotolisis del agua y la consecuente generación de e- supera la capacidad metabólica de la biomasa y esto puede ocurrir bajo tres circunstancias:
1 - Exceso de luz.
2 - Baja temperatura.
3 - Suministro insuficiente de CO2.
El primer caso puede evitarse manteniendo una concnetración de biomasa adecuada en el FBR, de forma que el flujo específico absorbido no suere el máximo.
El segundo caso tiene lugar tipicamente durante las mañanas cuando el cultivo está frio y requiere calentar el cultivo antes del amanecer o sombrear el FBR hasta que se caliente. La baja temperatura ralentiza las reacciones bioquímicas y hace que los e- se metabolicen más lentamente.
El diseño correcto del FBR implica tener siempre un suministro correcto de CO2.
La fotoinhibición es siempre perjudicial y hay que evitarla en cualquier caso. No obstante, se muestran a continuación algunos modelos que contemplan la fotoinhibición.
Aiba (1982) propone un modelo similar a la ecuación propuesta por Andrews (1968) para microorganismos. En el caso del modelo de Aiba, el sustrato es la irradiancia.
La ecuación propuesta es:
Modelo de Aiba
Donde KI es la cosntante de inhibición. Cuanto más grande es KI, menor es extensión de la fotoinhibición.
Modelo de Steele
Steele (1977) propuso el siguiente modelo para tener en cuenta la fotoinhibición:
Modelo que tiene la particularidad de tener sólo 2 parámetros, µmax, cuyo significado es evidente, e Imax que es la irradiancia a la que se produce la máxima velocidad específica de crecimiento. Ambor modelos, el de Aiba y el de Steele, tienen un comportamiento similar al principio
Modelo de Molina y cols.
Molina y cols. proponen, en base a observaciones experimentales un modelo similar al de Moser pero en el que el factor de forma n y la cosntante de sturación Ik cambian con la irradiancia inciente Io. Las ecuaciones son:
Que es un modelo con 5 parámetros (mmax, Ik, KI, a, n) que da µ en función de la irradiancia incidente Io y la promedio (aunque en vez de Iav he puesto I).
En la gráfica de la derecha se muestra este modelo utilizado para correlacionar datos experimentales.
Modelo de Camacho-Rubio con fotoinhibición
El modelo de Camacho-Rubio puede tener en cuenta la fotoinhibición con la inclusión de un parámetro más, ∂.
La ecuación propuesta es:
La gráfica de la derecha muestra el comportamiento de la fotoinhibición con el parámetro ∂. Nótese que el comportamiento de este modelo es sustancialmente diferente del de los modelos clásicos.
3.3 - Modelos de crecimiento estáticos con fotoinhibición
REFERENCIAS
Aiba S. (1982) Growth kinetics of photosynthetic microorganisms. Adv. Biochem. Eng. 23: 85-156
Steele, J.H., (1977) Microbial kinetics and dynamics in Chemical Reactor Theory. Lapidus, L., Amundson, N.R., Prentice-Hall Englewood Cliffs, Capter 7, 405-483