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dc.contributor.advisorSaliceti-Piazza, Lorenzo
dc.contributor.authorMérida-Figueróa, Fernando J.
dc.description.abstractA mathematical structured model was developed to predict the behavior of glucosexylose mixtures using the suspended co-culture of the wild-type yeast strains Saccharomyces cerevisiae Montrachet and Pichia stipitis NRRL Y-11545 for ethanol production. Kinetic characterization was estimated in single substrate and single strain batch fermentations in order to construct the model for the mixture systems. The simple Monod model was used to describe the behavior of single substrate fermentations with a high degree of accuracy (R2 > 0.96) and residual standard deviations, (RSD < 7.5%). The agreement between the simulated and experimental data was superior for the fermentation system glucose – S. cerevisiae, and the system xylose – P. stipitis promoted the best balance between cell growth and ethanol production with a yield coefficient of 0.35 g of ethanol/g xylose. A non-linear ordinary differential equation system comprising of nine equations was constructed under the cybernetic framework to model the behavior of glucose-xylose mixtures with the specified yeast co-culture. The results obtained from the simulations suggest that the proposed model fits accurately the experimental data. The sensitivity of the model was slightly higher for the mixture having the same proportion of glucose and xylose (50% glucose – 50% xylose), with average values of R2 = 0.99 and RSD = 2.21%. The accurate prediction of the experimental concentrations confirms that the model utilized provides reliable kinetic information. Small deviations were observed but they are commonly found in one simulation system which has not been object of further error minimizations. In the future, the model can be utilized for other process configurations such as fed-batch and continuous culture, either with the same co-culture scheme or using immobilization techniques to evaluate both fermentation efficiency and model accuracy.
dc.description.abstractUn modelo matemático estructurado fue desarrollado para predecir el comportamiento de mezclas de glucosa y xilosa usando el co-cultivo suspendido de las levaduras Saccharomyces cerevisiae Montrachet y Pichia stipitis NRRL Y-11545 en su estado natural, para la producción de etanol. La caracterización cinética fue estimada en experimentos por tandas, con un solo sustrato y una sola levadura, a fin de construir el modelo para los sistemas de mezcla. El modelo simple de Monod fue usado para describir el comportamiento de los sistemas fermentativos de un solo sustrato con un alto grado de precisión (R2 > 0.96) y desviaciones estándar residuales (RSD > 7.5%). La concordancia entre los datos simulados y los experimentales fue mejor para el sistema de fermentación glucosa – S. cerevisiae, y el sistema xilosa – P. stipitis promovió el mejor balance entre crecimiento celular y producción de etanol con un coeficiente de rendimiento de 0.35 g de etanol/g de xilosa. Un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales comprendido de nueve ecuaciones fue construído bajo la perspectiva cibernética para modelar el comportamiento de las mezclas de glucosa y xilosa con el co-cultivo de levaduras ya especificado. Los resultados obtenidos de las simulaciones sugieren que el modelo propuesto se ajusta en forma precisa a los datos experimentales. La sensitividad del modelo fue ligeramente mayor para las mezclas que contienen 50% glucosa y 50% xilosa, con valores promedio de R2 = 0.99 Y RSD = 2.21%. La precisa predicción de las concentraciones experimentales confirma que el modelo utilizado provee información cinética confiable. Pequeñas desviaciones fueron observadas, pero son encontradas comúnmente en un sistema de simulación que no ha sido objeto de futuras minimizaciones de error. En el futuro, el modelo puede ser utilizado para otras configuraciones de proceso tales como semi-tandas y cultivo continuo, ya sea con el mismo esquema de co-cultivo o usando técnicas de inmovilización para evaluar tanto la eficiencia de la fermentación como la precisión del modelo.
dc.description.sponsorshipUPRM Research and Development Centeren_US
dc.subjectSaccharomyces cerevisiaeen_US
dc.subjectPichia stipitisen_US
dc.subjectBatch bioethanol productionen_US
dc.subject.lcshSaccharomyces cerevisiaeen_US
dc.subject.lcshCellulosic ethanolen_US
dc.titleKinetics and modeling of batch bioethanol production using suspended co-cultures of Saccharomyces cerevisiae and Pichia stipitis in glucose-xylose mediaen_US
dc.rights.licenseAll rights reserveden_US
dc.rights.holder(c) 2010 Fernando José Mérida Figueróaen_US
dc.contributor.committeeColucci, José
dc.contributor.committeeNadathur, Govind
dc.contributor.committeeCarlos Sáez, Juan
dc.contributor.representativePando, Miguel A. Engineeringen_US
dc.contributor.collegeCollege of Engineeringen_US
dc.contributor.departmentDepartment of Chemical Engineeringen_US

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