- •Составляем баланс по водороду:
- •Составляем баланс по кислороду:
- •Рассчитываем потребность в кислороде на синтез 1 г асб:
- •Варианты заданий
- •Показатели роста микроорганизмов на различных источниках углерода и энергии
- •Составляем баланс по азоту:
- •Составляем баланс по водороду:
- •Составляем баланс по кислороду:
- •Рассчитываем потребность в кислороде на биосинтез 1 г продукта и на 1 г потребленного субстрата:
- •Варианты заданий
Показатели роста микроорганизмов на различных источниках углерода и энергии
Показатель |
Субстрат |
|||||
Глюкоза |
Гексадекан |
Метан |
Метанол |
Этанол |
H2 и CO2 |
|
Экономический коэффициент, г АСБ/г субстрата |
0,50 |
1,10 |
0,70 |
0,40 |
0,60 |
2,21(по H2) 0,55( по CO2) |
Экономический коэффициент по углероду |
0,62 |
0,64 |
0,46 |
0,53 |
0,57 |
1,00 |
Потребность в аммиаке, г/г АСБ |
0,11 |
0,11 |
0,11 |
0,11 |
0,11 |
0,11 |
Потребность в кислороде, г/г АСБ |
0,56 |
1,72 |
4,30 |
2,29 |
2,04 |
2,35 |
Тепловыделение, кДж/г АСБ |
8,40 |
24,80 |
62,10 |
33,10 |
29,40 |
32,1 |
Энергетический выход ростового процесса |
0,73 |
0,45 |
0,26 |
0,39 |
0,41 |
0,41 |
Дыхательный коэффициент при росте микроорганизмов |
0,70 |
0,43 |
0,36 |
0,51 |
0,48 |
– |
Дыхательный коэффициент при отсутствии роста |
1,00 |
0,65 |
0,50 |
0,66 |
0,66 |
– |
Примечание: Результаты расчетов зависят от используемого значения экономического коэффициента. В представленных заданиях использованы значения Y, близкие к экспериментальным. Доля углерода субстрата, включаемого в состав углерода биомассы, составляет у гетеротрофов обычно составляет 43-64%.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ БАЛАНС БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТОВ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬСНОСТИ
Помимо изучения стехиометрии процесса роста на средах с различными субстратами целесообразно рассмотреть методику расчетов для тех случаев, когда помимо биомассы образуются и другие вещества, получение которых является целью многих биотехнологий.
Рассмотрим алгоритм составления элементного баланса и методику расчета стехиометрических показателей на примере биосинтеза некоторого целевого продукта из субстрата, аммиака и кислорода с образованием соответствующего продукта, клеток биомассы, двуокиси углерода и воды.
,
м.м.S м.м. = 17 м.м. = 32 м.м.Х = 24,28 м.м. Р м.м. = 44 м.м. = 18
где м.м. – молекулярные массы компонентов;
S и P – субстрат и продукт соответственно;
– брутто-формула
молекулы биомассы Х;
Необходимо определить все стехиометрические коэффициенты, рассчитать: потребление , и тепловой эффект процесса в расчете на 1 г образованной биомассы.
Составляем баланс по углероду. Углерод входит в состав субстрата S, биомассы X и продукта Р, а также двуокиси углерода:
а) ,
где – экономический коэффициент по биомассе;
,
где
-
экономический коэффициент продукта;
б) Стехиометрический коэффициент при субстрате S равен 1, поэтому уравнение баланса по углероду можно записать в виде:
,
откуда
,
где СS и СP – число углеродных атомов в молекуле субстрата S и в молекуле продукта Р соответственно.
