Modelamiento cinético y diseño de un biorreactor piloto para la producción de Saccharomyces cerevisiae

Abstract

En Ecuador los altos gastos de capital (Capital Expenditure CAPEX) limitan la adquisición de biorreactores automatizados extranjeros impulsando una manufactura empírica carente de parametrización fluidodinámica y cinética lo que compromete teóricamente el rendimiento celular Para resolver esta problemática esta investigación tiene como objetivo diseñar y modelar cinéticamente un biorreactor piloto de 100 L para la optimización de biomasa de Saccharomyces cerevisiae evaluando una arquitectura de control de accesible mediante simulación matemática in silico El diseño geométrico e hidrodinámico estableció una geometría con una relación de aspecto H/D = 2:1 bajo un régimen de lote alimentado (Fed-Batch) El principal desafío operativo del sistema el efecto Crabtree -entendido como el desbordamiento metabólico que desvía la energía hacia la producción de etanol en lugar de biomasa- se abordó mediante un lazo de control de retención de orden cero (ZOH) en un controlador lógico programable La simulación estimó una tasa de crecimiento específica crítica de μcrit = 0.18 h⁻¹ y proyectó una tasa operativa segura de μ = 0.12 h⁻¹ logrando la estabilización del sustrato residual en S = 0.066 g/L La verificación computacional confirma la viabilidad técnica del diseño local para mantener el bioproceso en un régimen estrictamente respiratorio reduciendo la inversión de capital