Непрерывное культивирование микроорганизмов

непрерывное культивирование более перспективно
Сущность:
- в ферментаторе поддерживаются постоянные условия

Если для культивирования продуцента используется один ферментатор - гомогенно-непрерывный процесс.
Если

При непрерывном культивировании микроорганизмов отсутствует смена фаз развития культуры.
Скорость потока питательной среды

Две разновидности непрерывных процессов

- тубулярные;
питательная среда и посевной материал непрерывно поступают

Тубулярный процесс

Жидкость на входе в аппарат смешивается с посевным материалом.
По мере

Тубулярный процесс

Схема тубулярного непрерывного
процесса ферментации

Тубулярный процесс

Время движения жидкости t1 от входа в аппарат до любого

Тубулярный процесс

Тубулярный процесс с учетом закономерностей протекания процесса ферментации полностью подобен

Тубулярный процесс

Схема тубулярного непрерывного
процесса с рециркуляцией посевного
материала

Тубулярный процесс

Преимуществом тубулярного процесса является возможность более полного исчерпания субстрата (как

Хемостатный процесс непрерывного культивирования

Ферментация протекает в аппарате с мешалкой;
В аппарат с

схема хемостатного непрерывного процесса ферментации

Посевной материал на вход в аппарат не подают непрерывно.
Засев

Допущения для математической модели:

μ = μm(S/KS + S); (по Моно)‏
μ =

Выражение для материального баланса в ферментере

V dX/dt = μmS/(KS+S)· XV

систему уравнений:
V dS/dt = FS0 – 1/YXS · μmS/(KS+S) ·

В непрерывном хемостатном процессе довольно быстро устанавливается стационарное состояние,
при котором

Решая при этих условиях уравнение баланса биомассы, получаем:
μ X – DX

2

X

переходные процессы, возникающие в непрерывном хемостатном процессе при изменении скорости разбавления

Из уравнения dX/dt = μX – DX следует, что если μ>D,

в хемостате осуществляется саморегулирование

Если величина μ < D, то dX/dt <

Определение концентрации субстрата и биомассы в установившемся процессе в хемостате

С учетом

Графические зависимости между установившимися значениями X и S в хемостатном процессе

Хемостатная кривая X(D) имеет особеннность: концентрация биомассы снижается до нуля при

Отсюда следует, что вид хемостатной кривой зависит от S0.
При D

Интересную особенность имеет зависимость стационарной (остаточной) концентрации субстрата от начальной (входной)

парадоксальный вывод: при любом изменении концентрации субстрата во входящем потоке S0

Что регулируется оператором?

- скорость разбавления; (поэтому процесс иногда называют «спидостат»).
Возникает вопрос:

Практический интерес представляет определение условий (скорости разбавления) при которых величина будет

производительность по биомассе в хемостатном процессе сначала возрастает до Donт, а

СРАВНЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО И НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССОВ

Предположим, что после загрузки

Рост биомассы описывается уравнением:

Предположим, что рост идет до некой максимальной для данного аппарата

картина роста биомассы при принятых допущениях

Подставляя Х= Хт и t = tК в уравнение

получаем:

Для непрерывного процесса в том же аппарате производительность по биомассе определяется

Но это возрастание также не может быть бесконечным, пределом выступают

подставляя

Определим соотношение Qнепр/Qпериод:

в уравнение: Dопт = μm [1 - √KS/(S0 +

В начале процесса инокулят обычно составляет по объему около 5

примем t0 = 10 часов (это время подготовки к следующей ферментации).
Для

ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ТЕОРИИ ХЕМОСТАТА ПРИ ЛИМИТИРОВАНИИ ПРОЦЕССА РАЗЛИЧНЫМИ СУБСТРАТАМИ

Хемостатные кривые X(D)

Если решить систему уравнений:
dX/dt = μmS/(KS+S) - DX
dS/dt = D (S0-S)

вид хемостатной кривой при лимитировании азотом или серой

Азот или сера. Наблюдаемые отклонения отражают превышение концентрации биомассы при малых

Магний, фосфор, калий. По виду хемостатная кривая похожа на кривую для

Сложная среда. На неопределенных по составу питательных средах происходит при различных

Пристеночный рост биомассы. Хемостатная кривая в этом случае имеет аномально длинный

ХЕМОСТАТНЫЙ ПРОЦЕСС КУЛЬТИВИРОВАНИЯ, ЛИМИТИРОВАННЫЙ КИСЛОРОДОМ

Кинетика роста аэробных культур микроорганизмов

Если ферментационное оборудование недостаточно интенсивное, эта зависимость вырождается в однофакторную зависимость от

Из условия стационарности dX/dt = О можно найти значение установившейся

Последним членом уравнения в связи с низкой растворимостью кислорода в

отсюда

концентрация негазообразного субстрата S, хотя и не лимитирует процесс, также зависит

производительность существенно зависит от величин KLa и С*.

Критическая скорость
разбавления
определяется

При некотором достаточно малом значении скорости разбавления концентрация негазообразного субстрата снижается

в этом случае оптимальной скоростью разбавления является точка переключения лимитирования

АВТОСЕЛЕКЦИЯ В НЕПРЕРЫВНОМ ПРОЦЕССЕ

В ходе процесса культивирования под воздействием космических

изменение концентрации остаточного субстрата в непрерывном процессе при замещении штамма 1

Если процесс протекает при скорости разбавления D1 то исходный штамм

Рост происходит до тех пор, пока концентрация субстрата не снизится до

внешнее проявление автоселекции в непрерывном процессе