Бактерии – продуценты в биотехнологии
Задача
Рассчитайте концентрацию биомассы, которая может быть достигнута за 8 часов экспоненциального роста метилотрофных бактерий, если известна зависимость оптической плотности культуральной жидкости от времени культивирования Х0=0,05 г/л.
, час |
0 |
2 |
3 |
4 |
|
D620, |
0,15 |
0,30 |
0,50 |
0,98 |
μ = 0,59 ч-1 |
ед.опт.плотнос- |
|
|
|
|
|
ти |
-1,90 |
-1,20 |
-0,69 |
-0,02 |
|
lnD620 |
|
|
|
|
|
x = x0 eμt = 0,05 е0,59 8 = 0,05 е4,72 =
0,05 112,11 = 5,61 г/л
Влияние состава питательной среды на рост м/о уравнение Моно
Отношение прироста биомассы к убыли одного из компонентов
питательной среды Y – величина постоянная для данного субстрата
Y = Δх/ΔS= x-xo/S-So
Под выходом по массе (или экономическим коэффициентом) понимается весовое отношение прироста абсолютно сухой биомассы (АСБ) к количеству потребленного субстрата (г АСБ/г субстрата)
μ = μmax [S] / (Ks + [S])
Ks обратно пропорциональна сродству данного м/о к определенному субстрату
Здесь Ks — константа, равная концентрации субстрата, при которой скорость роста равна половине максимальной, μmax - максимальная
скорость роста для данной микробной культуры и для данных условий культивирования при S >> Ks
Графическое определение параметров уравнения Моно
Координаты Лайнуивера-Берка
1/ = 1/ max + Ks/ max • 1/S
при 1/ =0 S=-Ks
при 1/S=0 1/ =1/ max
Рост в непрерывной культуре
Хемостат
Хемостат – реактор идеального смешения. Принципиальным отличием хемостата от
периодической культуры является возможность фиксации удельной скорости роста культуры на любом значении – от нуля до максимума, регулируя (подбирая) скорость подачи среды и оттока культуры.
После перевода культуры в режим хемостата может реализоваться три возможности:
1.Скорость отвода культуры выше максимальной скорости роста;
2.Скорость вымывания биомассы равна максимальной скорости роста;
3.Скорость вымывания биомассы ниже максимальной скорости роста.
КИНЕТИКА РОСТА КУЛЬТУРЫ В ХЕМОСТАТЕ
•Fп – скорость протока через ферментер, Vр – объем ферментера, то Fп / Vр = D – скорость потока на единицу объема - скорость разбавления.
•Баланс биомассы:
•Общее увеличение биомассы = Рост – Отток.
•Для малого промежутка времени dt :
• Vрdx/dt = Vр μx – Fп x ,
•dx/dt = (μ – D)x.
•Отсюда, при μ = D, т. е. когда скорость потока на единицу объема культуры равна скорости роста, наступает стационарный режим: концентрация биомассы остается постоянной во времени,
•dx / dt = 0.
КИНЕТИКА РОСТА КУЛЬТУРЫ В ХЕМОСТАТЕ
•Соотношение для баланса биомассы исходит из того, что никакие другие факторы, кроме скорости поступления питательной среды в аппарат, не лимитируют рост культуры. В случае лимитирования субстратом необходимо рассматривать соотношение материального баланса по такому субстрату, которое может быть записано в виде:
Баланс по субстрату
Общее |
|
|
Субстрат, |
|
изменение |
= |
Поступление - Отток – |
||
использован- |
||||
массы |
||||
|
|
ный на рост |
||
субстрата |
|
|
||
|
|
|
•Для малого промежутка времени dt этот баланс по всему объему культуры выразится уравнением:
• |
Vрds = Vп So dt – Fп Sdt – Vрμxdt / Y. |
Далее |
|
• |
ds / dt = D(So - S) - μx/Y. |
|
•В стационарном состоянии
dx / dt = ds / dt = 0.
x = Y D(So - S)/μ
ХЕМОСТАТНАЯ КРИВАЯ
Факторы, влияющие на рост бактерий
•Температура
•pH
•Кислород
Группы прокариот в зависимости от отношения к молекулярному кислороду