Browsing by Subject "Modelling"

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    Open Access
    A simplified kinetic model to describe the solvent-free enzymatic synthesis of wax esters
    (2021-04-17) Serrano-Arnaldos, M.; Murcia, M.D.; Ortega-Requena, S.; Montiel, M.C.; Máximo, F.; Gómez, E.; Bastida, J.; Ingeniería Química
    BACKGROUND: The use of biotechnological processes at industrial scale is a promising tool to replace conventional synthesis as an efficient and eco-friendly technology. For that purpose, the kinetic modelling of an in-lab optimized enzymatic process prior to scaling-up is of great utility. RESULTS: In this work, a kinetic model for the solvent-free synthesis of cetyl laurate, myristate, palmitate and stearate using different commercial immobilized lipases has been developed. In order to describe the esterification process of the cetyl esters separately and as a mixture similar to natural spermaceti, a pseudo-first-order kinetic has been proposed and tested. A relation between the inverse values of the kinetic constant and the amount of biocatalyst has been observed. The effect of temperature on the reaction rate can be accurately described by the Arrhenius equation except for immobilized Thermomyces lanuginosus, which appears to be less resistant to temperatures above 70 °C. CONCLUSION: Low deviations between experimental and predicted values (R2 ≥ 0.99) indicate that this pseudo-first-order kinetic model can be considered valid for the data range studied. In addition, the reaction rate of spermaceti can be successfully predicted through a weighted average of the kinetic constants obtained during the synthesis of each cetyl ester. This simple but accurate kinetic model for describing the solvent-free enzymatic biosynthesis of wax esters from spermaceti may contribute to extending the application of lipases as industrial catalysts.
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    Open Access
    An Interactive Tool for Simulation of Biological Models Into the Wastewater Treatment With Microalgae
    (Frontiers Media, 2021-07-28) Sánchez Zurano, Ana; Guzmán Sánchez, José Luis; Fernández Sevilla, José María; Acién Fernández, Francisco Gabriel; Ingeniería Química
    Este trabajo presenta una novedosa herramienta de simulación para comprender y analizar modelos biológicos para procesos de tratamiento de aguas residuales utilizando microalgas. Los modelos para este tipo de procesos son muy complejos de analizar debido a los muy diferentes fenómenos, variables y parámetros involucrados. El modelo ya incluido en la herramienta ha sido validado en condiciones controladas que simulan las condiciones exteriores, resultando útil para simular cultivos reales al aire libre. La principal contribución de la herramienta propuesta es que estos modelos pueden simularse y compararse de manera fácil e interactiva. La herramienta permite simular modelos biológicos considerando solo microalgas o incluyendo el consorcio microalgas-bacterias. Además, las simulaciones se pueden realizar utilizando únicamente la contribución de la radiación solar o agregando los efectos ambientales y bacterianos como términos cardinales. Asimismo, se pueden evaluar los efectos de las propiedades de las aguas residuales o de diferentes cepas de microalgas. Las simulaciones interactivas se pueden realizar para días seleccionados como representativos de las diferentes estaciones del año que ya están precargadas en la herramienta. Sin embargo, el usuario también puede cargar datos de otras ubicaciones para simular los modelos en condiciones particulares.
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    Assessment and statistical modelling of airborne microorganisms in Madrid
    (Elsevier, 2020-11-21) Cordero, José María; Núñez, Andrés; García, Ana M.; Borge, Rafael; Genética y Microbiología
    The limited evidence available suggests that the interaction between chemical pollutants and biological particles may intensify respiratory diseases caused by air pollution in urban areas. Unlike air pollutants, which are routinely measured, records of biotic component are scarce. While pollen concentrations are daily surveyed in most cities, data related to airborne bacteria or fungi are not usually available. This work presents the first effort to understand atmospheric pollution integrating both biotic and abiotic agents, trying to identify relationships among the Proteobacteria, Actinobacteria and Ascomycota phyla with palynological, meteorological and air quality variables using all biological historical records available in the Madrid Greater Region. The tools employed involve statistical hypothesis contrast tests such as Kruskal-Wallis and machine learning algorithms. A cluster analysis was performed to analyse which abiotic variables were able to separate the biotic variables into groups. Significant relationships were found for temperature and relative humidity. In addition, the relative abundance of the biological phyla studied was affected by PM10 and O3 ambient concentration. Preliminary Generalized Additive Models (GAMs) to predict the biotic relative abundances based on these atmospheric variables were developed. The results (r = 0.70) were acceptable taking into account the scarcity of the available data. These models can be used as an indication of the biotic composition when no measurements are available. They are also a good starting point to continue working in the development of more accurate models and to investigate causal relationships.
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    Open Access
    Modelling of photosynthesis, respiration and nutrients yield coefficients in Scenedemus almeriensis culture as a function of nitrogen and phosphorus.
    (2021-09-14) Sánchez Zurano, Ana; Gómez serrano, Cintia; Acién Fernández, Francisco Gabriel; Fernández Sevilla, José María; Molina Grima, Emilio; Ingeniería Química
    Se aplicaron técnicas foto-respirométricas para evaluar la actividad fotosintética en organismos fototróficos. Estos métodos permiten analizar la respuesta fotosintética bajo diferentes condiciones. En este trabajo, se estudió la influencia de la disponibilidad de nutrientes (nitrato, amonio y fosfato) en la fotosíntesis y la respiración de Scenedesmus almeriensis mediante mediciones foto-respirométricas cortas. Tanto la fotosíntesis como la respiración aumentaron hasta un valor de saturación y posteriormente disminuyeron, mostrando inhibición a concentraciones altas. En cuanto a la influencia de la concentración de fósforo en las células de microalgas, se observó una tendencia hiperbólica similar, aunque no se detectó inhibición a concentraciones elevadas. A partir de estos datos experimentales, las tasas de respiración y fotosíntesis de S. almeriensis se modelaron utilizando la ecuación de Haldane para los datos de nitrato y amonio, y la ecuación de Monod para los datos de fosfato. Además, se realizaron experimentos para determinar los coeficientes de rendimiento de nitrógeno y fósforo en los cultivos de S. almeriensis. Los resultados mostraron que estos coeficientes no son constantes y se modifican según la concentración de nutrientes, evidenciando el fenómeno de absorción de lujo. Finalmente, los modelos propuestos se incorporaron en una herramienta de simulación para evaluar la actividad fotosintética y los coeficientes de rendimiento de nutrientes de S. almeriensis cuando se utilizan diferentes medios de cultivo y aguas residuales como fuente de nitrógeno y fósforo para su crecimiento.