Exemplo de batelada — BioReator 4.0 | Cara Core Informática

Trajetória do pacote 1.1.1

Setpoints: tanque de 100 L, 75 L úteis, 1 vvm, 400 rpm, X₀ = 0,03 g/L, S₀ = 10 g/L, 28 °C e pH 6,8. O kLa estimado é 131,0455 h⁻¹. O lote termina em 122,55 h (5,11 dias), por SUBSTRATE_DEPLETED, com S = 0,000985 g/L, X viável = 3,913056 g/L e X total = 4,229586 g/L.

Trajetória calculada pelo pacote 1.1.1: biomassa viável e total crescem enquanto o substrato diminui; o lote encerra em 122,55 horas por SUBSTRATE_DEPLETED. — Curva calculada pelo motor empacotado 1.1.1. A janela sombreada de 5–7 dias é apenas contexto temporal; não é validação nem série experimental comparável. A curva publicada de referência está em seção separada abaixo: mede OD660 em outro meio e outras condições. Os parâmetros do perfil são demonstrativos, não medições experimentais.

Tempo (h)	X viável (g/L)	X total (g/L)	S (g/L)	OD (mg/L)	OD (% sat.)	UFC/mL estimada
0	0,030000	0,030000	10,000000	7,800000	100,0000	6,000000 × 10⁷
24	0,061072	0,063992	9,919066	7,777529	99,7119	1,221447 × 10⁸
48	0,175655	0,186365	9,627702	7,732657	99,1366	3,513102 × 10⁸
72	0,513039	0,546441	8,770378	7,603381	97,4792	1,026078 × 10⁹
96	1,489489	1,589001	6,288093	7,234864	92,7547	2,978978 × 10⁹
120	3,905962	4,192506	0,089271	7,224597	92,6230	7,811923 × 10⁹
122,55 · fim	3,913056	4,229586	0,000985	7,585206	97,2462	7,826112 × 10⁹

A UFC/mL é X viável multiplicado pelo fator configurado no perfil (2,0 × 10⁹ UFC/mL por g/L); é uma estimativa, não contagem de células viáveis. A série não demonstra produtividade nem equivalência com a curva publicada.

Baixar CSV didático da versão 1.1.1

Referência histórica: carga da versão 1.0.0

O perfil fica em Bradyrhizobium japonicum e o regime em batelada. O tanque tem 100 L, com 75% de volume de trabalho: 75 L de caldo. A aeração é 1 vvm e a rotação é 400 rpm. A temperatura é 28 °C e o pH é 6,75, os dois dentro da faixa do perfil (pH 6,5 a 7,0).

Biomassa inicial X = 0,20 g/L, isto é, 15 g no tanque.
Substrato inicial S = 20 g/L, isto é, 1.500 g no tanque.
Oxigênio dissolvido parte da saturação de referência, 7,8 mg/L.

Com essa agitação e esse ar, o console estima kLa ≈ 157 h⁻¹. A potência de agitação fica em cerca de 122 W e a de aeração em cerca de 114 W, para um cilindro de líquido com cerca de 0,46 m de diâmetro. Essa conta é a correlação de Van’t Riet do console. Ela serve para ler a tela. Ela não é lei de scale-up da planta.

Figura publicada e contexto histórico da versão 1.0.0

Curvas publicadas de OD660 ao longo de sete dias, a 20 graus Celsius, para cepas de Bradyrhizobium em dois locais; ambos os painéis incluem cepas de B. japonicum. — Curva publicada: OD660 em meio líquido YM, com leituras diárias por 7 dias a 20 °C. Recorte dos painéis de 20 °C da Figura 1 de Hafiz et al. (2021); a identificação das cepas e dos símbolos consta na legenda do artigo. doi:10.3390/horticulturae7030041. Figura licenciada sob CC BY 4.0.

A curva simulada chega a 8,6 gramas por litro em aproximadamente 40 horas; a literatura é representada por uma janela de 5 a 7 dias, sem dados experimentais sobrepostos. — Curva simulada da versão pública 1.0.0: biomassa em g/L, com a faixa temporal de referência sombreada. A comparação não coloca as séries na mesma escala: o estudo mede OD660, usa outras cepas e condições; o simulador calcula biomassa de uma carga de referência e não é validado pelo estudo. Consulte [R6–R8] em Fundamentos.

A carga do programa termina em cerca de 40 h. A curva publicada acompanha crescimento por 7 dias, e revisões de produção de bioinoculantes descrevem ciclos que podem levar vários dias [R6, R8]. A diferença é explícita: esta Community usa uma cinética simplificada e não representa a duração de um protocolo de produção.

O resultado final de 8,6 g/L corresponde, como aproximação, a cerca de 1 × 10¹⁰ UFC/mL sob uma hipótese de 0,86 pg de massa seca por UFC. Isso é uma conversão ilustrativa, não uma contagem de viáveis: a relação depende de cepa, meio, agregação e viabilidade e não é calculada pelo programa.

O que a tela mostra na versão 1.1.1

O painel separa X viável de X total: a biomassa total soma à viável a biomassa acumulada que decaiu. Na carga padrão, o motor termina após 122,55 h por esgotamento do substrato; a tabela acima reproduz valores exportados pelo pacote 1.1.1.

Hora	X viável (g/L)	X total (g/L)	S (g/L)	OD (% sat.)	Evento
0	0,030000	0,030000	10,000000	100,0000	Início
24	0,061072	0,063992	9,919066	99,7119	—
48	0,175655	0,186365	9,627702	99,1366	—
72	0,513039	0,546441	8,770378	97,4792	—
96	1,489489	1,589001	6,288093	92,7547	—
120	3,905962	4,192506	0,089271	92,6230	Substrato < 5% inicial
122,55	3,913056	4,229586	0,000985	97,2462	Fim: `SUBSTRATE_DEPLETED`

A aproximação para UFC/mL no final é 3,913056 g/L × 2,0 × 10⁹ ≈ 7,826 × 10⁹ UFC/mL. Ela deriva do fator configurado, não de uma contagem de viáveis. Nesta execução o OD sobe de 92,623% para 97,246% perto do fim; o primeiro critério atingido continua sendo o esgotamento.

Como ler os avisos dessa carga 1.1.1

O aviso de substrato baixo usa 5% da carga inicial: nesta execução, S fica abaixo de 0,5 g/L após 120 h.
Hipóxia é indicada abaixo de 20% da saturação (7,8 mg/L na referência); esta curva não entra nessa faixa.
O primeiro critério de fim atingido encerra a batelada. Aqui, S ≤ 0,001 g/L encerra o lote e o código de término é SUBSTRATE_DEPLETED.
A recuperação do OD quando a demanda cai pode acionar DO_SPIKE se ocorrer com substrato abaixo de 5% e superar 15% da saturação numa janela de até 1 h. Isso não ocorreu antes do esgotamento nesta carga.

Os critérios e seus limites configurados estão descritos no manual técnico. São regras do simulador, não alarmes de uma planta real.

O que cada símbolo quer dizer na versão 1.1.1

µ é a taxa específica de crescimento, em h⁻¹, com Monod e fatores configurados para oxigênio, temperatura, pH e lag; o perfil usa μ_máx = 0,05 h⁻¹ e Ks = 0,25 g/L.
X viável é a concentração de biomassa após decaimento; X total inclui a biomassa acumulada que decaiu.
Yx/s é 0,42 g de biomassa formada por g de substrato consumido. O modelo aplica decaimento depois da formação.
qO₂ segue Pirt no perfil: qO₂ = μ/1,1 + 0,007 gO₂/(gX·h). OUR representa a demanda e OTR a transferência estimada.
kLa é o coeficiente volumétrico de transferência, em h⁻¹; para esta geometria e setpoints o pacote calcula 131,0455 h⁻¹.
vvm é o volume de ar por volume de líquido por minuto. 1 vvm em 75 L são 75 L de ar por minuto.

Temperatura e pH alteram fatores do modelo nesta versão; não são medições nem recomendação operacional. Consulte os parâmetros e suas referências.

Limites da curva 1.1.1

Há aproximações configuradas de fase lag e decaimento, mas não foram ajustadas a uma série experimental desta cepa e deste meio.
A concentração de oxigênio pode se recuperar quando a demanda cai; nesta execução passou de 92,623% a 97,246% perto do fim.
Os fatores de oxigênio, temperatura e pH afetam a cinética matemática, mas não validam comportamento de planta.
A estimativa de UFC/mL multiplica X viável por um fator configurado; o programa não mede viabilidade, contaminação, preparo de meio nem identidade da cepa.
O kLa, os parâmetros e os quatro critérios de término são aproximações do simulador, não instrumento, alarme ou protocolo experimental.

Arquivo CSV

O CSV 1.1.1 usa separador ponto e vírgula, decimal com ponto e acrescenta biomassa viável/total, motivo do fim e versão do aplicativo. Cabeçalho:

t_h;X_g_L;S_g_L;P_g_L;DO_mg_L;DO_pct;volume_L;kLa_1_h;OUR_g_L_h;OTR_g_L_h;mode;viable_CFU_ml;X_viable_g_L;X_total_g_L;end_reason;application_version

Baixar CSV 1.1.1 · CSV histórico 1.1.0 · CSV histórico 1.0.0 · Exercícios e gabarito para professores