A simple mathematical model capable of describing the microbial production of poly(hydroxyalkanoates) under carbon- and nitrogen-limiting growth conditions

ANTECEDENTES: Los poli(hidroxialcanoatos) (PHA) son polímeros biodegradables que pueden reemplazar a los plásticos convencionales, pero la producción microbiana de PHA debe optimizarse para el éxito comercial. El objetivo de este estudio es proporcionar un modelo matemático simple basado en estudios previos en la literatura para representar la producción de PHA en cultivos quimiostatos y discontinuos por Pseudomonas putida GPo1 (ATCC 29347) y Cupriavidus necator (DSM 545) cultivados en octanoato y glucosa, respectivamente. RESULTADOS: Se desarrollaron ecuaciones cinéticas y estequiométricas, dependientes de la tasa de crecimiento específica de la biomasa residual (µR), para condiciones de crecimiento limitantes de carbono y nitrógeno. Los parámetros tienen importancia bioquímica y son independientes de la concentración de biomasa. Los resultados revelaron que el modelo de Luedeking-Piret está asociado al crecimiento para ambas fermentaciones bajo limitación de carbono. Además, el contenido de PHA aumenta con µR. Mientras tanto, el contenido de PHA se amplifica bajo la limitación de nitrógeno, pero disminuye al aumentar el μR. Además, el modelo de Luedeking-Piret presenta un perfil que depende del polihidroxialcanoato sintetizado. CONCLUSIÓN: Este estudio demuestra que las estrategias para la producción de PHA requieren un profundo conocimiento de la cinética del proceso. Este modelo ofrece predicciones satisfactorias, puede extenderse a cultivos de lotes alimentados y adaptarse a otras fermentaciones.