Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Бич Г. -> "Биотехнология. принципы и применение " -> 177

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 .. 171 172 173 174 175 176 < 177 > 178 179 180 181 182 183 .. 210 >> Следующая

и можно ожидать, что потребление субстрата будет подчиняться следующему
уравнению ферментативной кинетики:
q=- qmS (13)
s + Ks
где qm - максимальный метаболический коэффициент при s^>/Cs, Ks -
константа насыщения, эквивалентная константе Михаэли-са - Ментен в
ферментативной кинетике. Подставив вместо q и qm выражения, полученные из
(12), мы придем к хорошо известному соотношению Моно:
м = -V(tm)-- . - (14)
^ (s+Ks)
График этой функции представлен на рис. 10.2. Соотношение Моно широко
используется не только потому, что дает универ-
=1
>•
Кс
Концентрация лимитирующего субстрата s
Рис. 10.2. Графическое представление соотношения Моно, описывающего
зависимость удельной константы скорости роста от концентрации
лимитирующего субстрата.
Химическая технология и биотехнология
407
сальное описание кинетики роста микроорганизмов, но и благодаря своей
простоте. Для оценки рт и Ks (последняя из этих величин обратно
пропорциональна сродству микроорганизмов к определенному субстрату)
уравнение (14) можно преобразовать следующим образом:
1 _ , 1
[X S|Xm pm
(15)
Таким образом, график зависимосоти 1/р от 1/s (т. е. график Лайнуивера -
Бэрка) является прямой и пересекает ось абсцисс в точке -l/Ks, а ось
ординат - в точке 1/рт. Данных о значениях константы насыщения Ks очень
немного. Для углеродных энергетических субстратов и для минеральных
питательных веществ значение Ks обычно составляют ~10~5 М, а для
кислорода ~ 10_6-10~5 М.
Рост микроорганизмов (прирост биомассы) в промышленной установке можно
описать с помощью уравнений (1), (14) и (7), к которым нужно еще добавить
уравнения, описывающие потоки в реакторе:
dx .
1Г=Щ- (1)
I'-TZTT' <14>
(s Н- ATS)
(х-x0) = Yx/s(s0-s). (7)
Если при этом происходит образование какого-то продукта, то нужно
использовать еще и уравнение (9):
(p-Po)^yp/s(s0-s). (9)
Однако образование микробных продуктов отнюдь не обязательно связано с
ростом. Поэтому, прежде чем применять те или иные кинетические уравнения
для анализа процессов в реакторе, необходимо установить, какая именно
взаимосвязь существует между образованием продукта и ростом
микроорганизмов.
Пожалуй, наиболее полезная классификация процессов образования продукта в
периодических культурах была предложена более двадцати пяти лет назад
Гэйденом (Gaden, 1959). Согласно этой классификации, все процессы можно
разделить на три основные группы, которые обозначают как процессы типа I,
II, III.
В процессах типа I основной продукт образуется в ходе реакций первичного
энергетического метаболизма, когда между потреблением субстрата и
образованием продукта существует постоянное стехиометрическое
соотношение, метаболические пути представляют собой цепь последовательных
реакций, а ско-
408
Глава 10
рость любого процесса имеет один максимум, обычно совпадающий с
максимумом для других процессов. Типичными примерами процессов типа 1
служат образование этанола, глюконовой и молочной кислот из глюкозы, а
также, разумеется, образование микробной биомассы.
В процессах типа II основной продукт образуется в ходе реакций
энергетического метаболизма непрямым путем: либо в ходе побочных реакций,
либо в результате последующего взаимодействия между прямыми продуктами
метаболизма. Кинетические кривые имеют сложный вид, причем максимумы
скоростей различных процессов не совпадают. Типичными примерами процессов
типа II являются образование лимонной и ита-коновой кислот, а также
некоторых аминокислот.
К процессам типа III относятся те, в которых основной продукт образуется
не в результате энергетического метаболизма, а независимым путем. В таких
процессах рост и метаболическая активность достигают максимума на ранних
этапах периодического процесса, а максимум образования интересующего нас
продукта приходится на более поздние стадии, когда окислительная
активность снижается. Продукты, образующиеся в ходе таких процессов,
называются вторичными метаболитами; это, например, антибиотики пенициллин
и стрептомицин.
Три этих типа процессов схематически представлены на рис. 10.3.
Совершенно очевидно, что подобная классификация была принята только из
соображений удобства и не является ни совершенной, ни всеобъемлющей.
Существуют процессы с совсем иными характеристиками, протекающие в средах
разного состава и при разных условиях. Отметим, что замена штамма мало
сказывается на общем характере кинетических кривых. Впрочем, известны и
исключения, особенно в процессах типа III. Это наводит на мысль, что по
мере усложнения биосинтетических реакций, в ходе которых образуется
данный продукт, данный тип процессов можно подразделить на более мелкие
классы.
Обратимся теперь к непрерывным микробиологическим процессам. Чтобы
обеспечить протекание процесса в оптимальных условиях стационарного
состояния, необходимо располагать соответствующими кинетическими данными.
Если в условиях периодической культуры процесс -относился к типу I, то
необходимые условия для непрерывного культивирования можно теоретически
Предыдущая << 1 .. 171 172 173 174 175 176 < 177 > 178 179 180 181 182 183 .. 210 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed