Modelling Oxygen Transfer and Aerobic Growth in Shake Flasks and Well-Mixed Bioreactors

Oxygen transfer is an important aspect of aerobic metabolism. In this work, microbial growth on glucose (fast metabolism) and phenol (slow metabolism) have been studied using Pseudomonas putida in shake flasks and a mixed bioreactor considering both substrate and oxygen depletion. Under typical operating conditions, the highest mass transfer coefficient (KLa) for the aerated well‐mixed bioreactor was found to be 50.8 h−1, while the maximum non‐aerated shake flask KLa was 21.1 h−1. The presence of media and/or dead cells did not have significant effect on measured values of KLa. A new equation for prediction of KLa in shake flasks with an absolute average deviation of 11.1% is introduced, and a combined model for oxygen mass transfer and microbial growth is shown to fit experimental data during growth on glucose and phenol in both shake flasks and the mixed bioreactor with an absolute average deviation of 19.3%. Le transfert d'oxygène est un aspect important du métabolisme aérobique. Dans ce travail, on a étudié la croissance microbienne du glucose (métabolisme rapide) et du phénol ( métabolisme lent) à l'aide de Pseudomonas putida dans des flasques vibrantes et un bioréacteur mixte considérant la déplétion à la fois du substrat et de l'oxygène. Dans des conditions opératoires typiques, on a trouvé que le coefficient de transfert de matière (KLa) le plus élevé pour le bioréacteur bien mélangé aéré était de 50.8 h−1, tandis que le KLa maximum de la flasque vibrante non aérée était de 21,1 h−1. La présence de cellules du milieu et/ou de cellules mortes n'a pas eu d'effet significatif sur les valeurs mesurées de KLa. Une nouvelle équation pour la prédiction de KLa dans les flasques vibrantes avec un écart type moyen absolu de 11,1% est introduite, et on montre qu'un modèle combiné pour le transfert de matière et la croissance microbienne de l'oxygène cale les données expérimentales pendant la croissance sur le glucose et le phénol à la fois dans les flasques vibrantes et le bioréacteur mélangé avec un écart type moyen absolu de 19,3%.