Unstructured kinetic model of batch fermentation of USP glycerol for lactic acid production

Abstract

This study show the capability of Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 to produce lactic acid using crude glycerol from biodiesel production as carbon source; in addition, a kinetic model that describes the behaviour of the fermentation process using USP glycerol as substrate was proposed and developed. The strain was adapted to the new carbon source by doing successive cultures, the substrate conversion was up to 94.5% after 24 hours of fermentation using crude glycerol as under initial conditions of substrate concentration (crude glycerol) and pH of 8 g/L and 6.5, respectively. Then, the influence of initial pH (pH o ) and concentration of substrate (So) were evaluated by fermentation tests of USP glycerol. The optimal value of volumetric lactic acid productivity (Qv) achieved from this study was 0.087 g . L -1. h -1 for initial pH o = 6.5 and initial substrate concentration S o = 6 g/L. Lastly, the kinetics parameters of an unstructured and not segregated model (Aiba type equation for growth rate expression), were adjusted with an average fit degree of 88% for all the initial conditions, using USP glycerol. In addition, the kinetic parameters are laid out as function of initial pH and substrate concentration. 82E ste trabalho demonstrou a capacidade do Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 para a produção de ácido láctico usando glicerol quando oriundo da indústria do biodiesel como fonte de carbono, adicionalmente, um modelo cinético foi proposto e desenvolvido com a finalidade de descrever o processo de fermentação usando glicerol USP como substrato. A cepa foi adaptada à nova fonte de carbono utilizando culturas sucessivas, a conversão do substrato foi de até 94.5% após 24 horas de fermentação em condições iniciais de substrato de 8 g/L e pH inicial de 6.5, respectivamente. Posteriormente, a influência do pH inicial (pH o ) e a concentração de substrato inicial (S o ) foram avaliadas mediante ensaios fermentativos de glicerol USP. O valor ótimo de produtividade volumétrica de ácido láctico (Qv) conseguido neste trabalho foi de 0.087 g . L -1. h -1 para um pH inicial de pH o = 6.5 e uma concentração inicial de substrato S o = 6 g/L. Finalmente, os parâmetros cinéticos de um modelo não estruturado e não segregado (equação tipo Aiba para a velocidade de crescimento), foram otimizados atingindo um grau de ajuste de 88% para todas as condições iniciais, usando glicerol USP. Adicionalmente, os parâmetros cinéticos são apresentados como função do pH inicial e a concentração inicial do substrato. E n este trabajo se demostró la capacidad de Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 para producir ácido láctico usando glicerol crudo proveniente de la industria del biodiesel como fuente de carbono, además se propuso y se desarrolló un modelo cinético que describe el proceso de fermentación usando glicerol USP como sustrato. La cepa fue adaptada a la nueva fuente de carbono utilizando cultivos sucesivos, la conversión de sustrato fue de hasta 94.5% después de 24 horas de fermentación en condiciones iniciales de sustrato de 8 g/L y ...