Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Бич Г. -> "Биотехнология. принципы и применение " -> 176

Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.

Бич Г., Бест Д., Брайерли К., Кумбс Дж. Биотехнология. принципы и применение — М: Мир, 1988. — 480 c.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка): biotehnologiyaprincipiiprimeneniya1988.djvu
Предыдущая << 1 .. 170 171 172 173 174 175 < 176 > 177 178 179 180 181 182 .. 210 >> Следующая

постоянным, т. е. если хо и So - концентрации субстрата и биомассы в
момент времени /о, а х и s - в момент /, то
(Х - Х0) = У x/s(S0 S)' (7>
В общем случае коэффициент выхода биомассы является переменной величиной,
зависящей от условий культивирования. Вариабельность этого коэффициента
очень важна с точки зрения оптимизации процесса. Понятие коэффициента
выхода можно распространить на все разнообразие питательных веществ,
используемых растущими микроорганизмами, и на все получающиеся продукты.
Кроме того, при оценке относительной эффективности биохимических путей,
лежащих в основе роста и метаболизма микроорганизмов, широко применяют
понятия молярного урожая биомассы и выхода, когда учитывается число
электронов, поступающих от субстратов, и суммарное количество
потребляемой энергии.
Когда микроорганизмы растут на хорошо растворимых субстратах, коэффициент
выхода и коэффициент конверсии совпа-
26*
404
Глава 10
дают; однако при росте на плохо растворимых и несмешиваю-
щихся субстратах они могут заметно различаться. Коэффициент
конверсии можно определить как количество микробной биомассы,
образующейся на единицу массы субстрата.
Для описания процесса образования какого-либо продукта микроорганизмом,
растущим на данном субстрате, можно вос-¦ пользоваться уравнениями,
аналогичными (6) и (7):
Г".= -§-- (8)
(р-Po) = Yp/s(so-S), (9)
где Yp/S - коэффициент выхода продукта, dp - бесконечно малое увеличение
концентрации продукта, ро и р - соответственно исходная концентрация
продукта и концентрация его в момент времени t.
__________Поток углерода
__________Поток энеогии
Рис. 10.1. Потоки углерода и энергии при гетеротрофном росте микробов и
образовании продукта.
Для роста любого микроорганизма необходимы источники углерода и энергии.
В случае гетеротрофных микроорганизмов это одно соединение или смесь
углеродсодержащих соединений, которые удовлетворяют обе эти потребности.
У автотрофных микроорганизмов углеродные и энергетические субстраты
различаются. Для гетеротрофных микроорганизмов и коэффициент выхода
биомассы, и коэффициент выхода продукта зависят от распределения энергии
и углерода между процессами анаболизма и катаболизма. На рис. 10.1
представлена диаграмма распределения потоков энергии и углерода при росте
гетеротрофных микроорганизмов и образовании ими соответствующего
Химическая технология и биотехнология
405
продукта. Коэффициенты выходов зависят от природы источника углерода и
энергии, а также от биохимических особенностей данного микроорганизма;
когда источник энергии и углерода подавляет рост, коэффициенты выхода
зависят также и от его концентрации. В случае источника углерода и
энергии с относительно высоким содержанием углерода (по сравнению с
другими элементами) и, следовательно, с высокой энергетической константой
при аэробном окислении наблюдается нарушение равновесия между
высвобождением энергии и потреблением углерода; это ограничивает
максимальный коэффициент выхода биомассы.
К этой категории углеродных энергетических субстратов относятся
углеводороды. Избыточная энергия, высвобождаемая при их использовании,
рассеивается в виде тепла и приводит к необходимости охлаждения
микробиологических реакторов.
Скорость потребления определенного субстрата растущими культурами часто
представляют в виде
где <7 - метаболический коэффициент, который очень широко используется в
микробиологии, особенно для кислорода и углеродных энергетических
субстратов. Подставив в это уравнение выражение для х из уравнения (1),
получим
откуда с помощью уравнения (6) имеем
10.2.2. Кинетика роста и образования продукта
Экспоненциальная модель, описываемая уравнением (1), представляет собой
лишь одну из нескольких относительно широко распространенных моделей
роста микроорганизмов; каждая из таких моделей применима к специфическим
физическим условиям или той или иной морфологии биомассы. Другими
альтернативными моделями роста являются линейная модель и модель
кубического корня. Первая из них относится к случаю, когда рост
лимитируется диффузией субстрата или какого-либо питательного вещества.
Вторая модель часто применяется при описании образования осадков (в
случае плесневых грибов) или бактериальных хлопьев, которые разрастаются
только по периферии. На самом деле она представляет собой комбинацию
(10)
йх |л
ds q
(П)
406
Глава 10
модели экспоненциального роста и модели, в которой лимитирующим фактором
является перенос вещества. Модель кубического корня адекватно описывает
образование мицелиальных осадков в периодической культуре, однако
малопригодна для случая непрерывной культуры, поскольку не учитывает
разрушение хлопьев в биореакторе под действием гидродинамических сил.
Если для периодической культуры наблюдается экспоненциальный рост, то это
означает, что для широкого круга субстратов и в широком диапазоне их
концентраций скорость роста фактически не зависит от концентрации
субстрата. В этом случае процесс роста следует кинетике нулевого порядка
Предыдущая << 1 .. 170 171 172 173 174 175 < 176 > 177 178 179 180 181 182 .. 210 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed