Секрет долголетия ночницы.

Биологи уже давно считают, что продолжительность жизни животного определяется очень просто: чем оно больше, тем дольше живет.

Основные закономерности процессов непрерывной ферментации в аппаратах полного смешения

Материалы по биологии и химии / Непрерывное культивирование микроорганизмов (хемостатный процесс) / Основные закономерности процессов непрерывной ферментации в аппаратах полного смешения

Страница 1

Использование непрерывно действующих (проточных) реакторов имеет ряд преимуществ перед периодическими процессами. Это открытые системы, которые при определенных условиях приходят в стационарное состояние, когда все параметры системы (концентрации всех компонентов среды и клеток) постоянны во времени. Это резко упрощает управление работой биореактора и автоматизацию процесса.

Количественные показатели процесса непрерывного культивирования:

· Скорость протока (коэффициент разбавления)

D = W/V

где: W - скорость потока среды, м3/ч;

· Скорость образования биомассы и выноса биомассы из системы

dX/d τ = μX - DX = (μ - D)X$

· Скорость поступления и потребления лимитирующего субстрата

dS/dτ = D(S0 - S1) - μX/Yx/s

· Скорость образования и выноса из системы продукта Р

dP/dτ = qpX - DP = 0

Если μ = D, то dX/dτ = 0, т.е. система находится в состоянии динамического равновесия. В зависимости от метода, благодаря которому поддерживается данное состояние, различают хемостатный (поддержание постоянной концентрации лимитирующего субстрата) и турбидостатный (поддержание постоянной концентрации биомассы) принципы культивирования.

Также известны методы управления ростом непрерывной культуры при рН (рН-стат) и по кислороду (оксистат).

В промышленности из аппаратов полного смешения наиболее широко используют биореакторы, работающие по принципу хемостата.

Их преимущества - простота конструкции, легкость поддержания заданного режима, возможность длительного непрерывного культивирования.

Стационарные концентрации клеток [X] и субстрата [S] связаны с соответствующими концентрациями во входном потоке уравнениями материального баланса.

V*rx + W*[X]0 - W*[X] = 0;*[S]0 - W*[S] - V*rx*1/Y = 0.

Если выразить скорость прироста по уравнению Моно, получим основное кинетическое уравнение процесса ферментации в режиме хемостата

µmax*[X]*[S]/(Ks + [S]) = µ*[X] = D*([X[ - [X]0)

Из этого уравнения следует, что подача клеток в аппарат в непрерывном режиме хемостата не обязательна; в этом случае работа биореактора начинается с периодического культивирования некоторой посевной дозы, а после перехода культуры в экспоненциальную фазу включают непрерывную подачу питательной среды. Для такого режима кинетическое уравнение принимает вид (при [X]0 = 0)

µ*[X] = D*[X];

µ = D.

Последнее равенство называют законом хемостата, который заключается в том, что в стационарном режиме удельная скорость роста устанавливается равной скорости разбавления среды, которая задается подбором параметров V и W0. Согласно уравнению Моно:

D = µ = µmax* [S] /(Ks + [S]);

[S]= Ks * D/(µmax - D);

где: [S] - концентрация субстрата в стационарном режиме работы хемостата.

Концентрация биомассы в стационарном режиме (при [X]0 = 0)^

[X] = Y*([S]0 - Ks*D/(µmax - D)/

Концентрация субстрата [S] накладывает ограничение на скорость разбавления

<D<Dкр;

где: Dкр = μmax*[S]0/(Ks + [S]0) - критическая скорость разбавления, превышение которой вызывает вымывание клеток из биореактора.

Производительность отдельно работающего хемостата по биомассе определяется как число клеток, образующихся в единицу времени в единице объема биореактора:

Gx = [X[/τ = D*[X] = D*Y*([S]0 - D*Ks/(μmax - D)).

Оптимальная производительность хемостата определяется выражением

dGx/dD = 0