Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методика лабораторного культивирования аэробных микроорганизмов и определение энергетических параметров микробного роста. Учебное пособие
.pdf
микробными клетками (x
= conct для определенных
F
гидродинамических условий).
Нетрудно видеть, что уравнение (5.8) описывает
линейный рост биомассы (скорость роста постоянна и
определяется удельным газосодержанием, а фактически
удельной поверхностью раздела фаз). На рис. 5.1 мы видим, как
рост биомассы в условиях лимитирования кислородом
отклоняется от экспоненциально замедленного, описываемого
традиционным уравнением зависимости удельной скорости
роста от концентрации растворенного кислорода (моделью
Моно), и происходит, начиная с некоторого времени, линейно. В
реальных условиях в момент перехода к линейному росту
скачкообразно изменяется ряд параметров процесса. Например, выход
биомассы с единицы потребленного кислорода резко падает (рис.5.2).
8
Р
6
4
2
Прирост биомассы x-xo, г
0
0 10 20 30 40
М ас с а по тр е бл е нно го к и с л о р о д а , г
Рис. 5.2 Экономический коэффициент по кислороду
(экспериментальные данные)
70
При этом меняется соотношение между скоростями роста и
Удельная скорость потре бления
потребления кислорода (рис.5.3, точка А).
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
Удельная скорость роста, 1/час
0
0 0,5 1 1,5 2
Линейный рост
А
кислорода, гО2/гАСБ.ч
Рис.5.3 Изменение кинетики микробиологического процесса при
переходе к линейному росту
Таким образом, при достижении концентрации
биомассы, соответствующей полному «экранированию»
поверхности раздела фаз «газ-жидкость», весь кислород
потребляется только клетками, находящимися вблизи
поверхности пузырьков, вследствие чего общая скорость роста
популяции падает.
71
6 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
6.1 Почему в процессах получения микробной биомассы
(выращивание посевного материала, производство кормовых
дрожжей и др.) необходимо создавать физико-химические
условия, обеспечивающие минимальное значение затрат энергии
на поддержание жизнедеятельности?
6.2 Какие сведения о биохимических особенностях
штамма микроорганизмов необходимо иметь перед тем, как
приступить к экспериментальной оценке технологических
характеристик процесса микробиологического синтеза?
6.3 К
ак изменится величина экономического
коэффициента процесса роста дрожжей, если после изменения
условий культивирования, помимо роста стал продуцироваться
экзометаболит?
6.4 В какую сторону изменится величина дыхательного
коэффициента, если в качестве субстрата вместо этанола
использовать глюкозу или уксусную кислоту?
6.5 Как можно выделить экспоненциальную фазу роста
микробной популяции, имея только график изменения
дыхательного коэффициента во времени?
6.6 От каких параметров (условий) зависит количество
тепла, выделяемое культурой аэробных микроорганизмов в
биологическом реакторе?
6.7 Рассчитайте степени восстановленности биомасс
микроорганизмов по данным элементного состава:
72
а) дрожжей Saccaromyces cerevisiae 1986 –
CH
1,66N0,137O0,495
б) продуцента лизина Brevibacterium flavum E-531
- CH
1,717N0,242O0,549
6.8 С учетом значений выхода МЭС, в расчете на
условные молекулы субстратов, состав которых пересчитан на 1
атом углерода, рассчитайте стехиометрические коэффициенты в
уравнениях конструктивного обмена для случаев роста:
а) сахаромицетов на среде с сахарозой (EX =5,31
моль АТФ/моль АСБ; ES =6 моль АТФ/моль S).
б) бревибактерий на среде с ацетатом аммония (EX
=4,80 моль АТФ/моль АСБ; ES =5,5 моль
АТФ/моль S).
6.9 Для вариантов, указанных в п.6.7, рассчитайте
стехиометрические коэффициенты в суммарном уравнении
роста микроорганизмов, приведенном к одному молю биомассы,
и удельные теплопродукции в стационарном непрерывном
процессе, используя следующие данные:
Номер
задания
µ, час
-1
е, моль АТФ/моль
АСБ·час
x, г АСБ/л
6.8.1 0,2 1,82 10
6.8.2 0,3 1,82 15
6.8.3 0,4 1,82 25
6.8.4 0,2 2,12 10
6.8.5 0,3 2,12 15
6.8.6 0,4 2,12 25
Данные о составах биомасс – возьмите из п. 6.6,
содержание зольных элементов в биомассах принять равным 9
% масс.
73
6.10 Как изменится величина дыхательного
коэффициента в процессе роста бревибактерий (см. п. 6.8), если
часть уксуснокислого аммония заменить глюкозой в
эквивалентном по углероду количестве с учетом того, что
указанные субстраты потребляются совместно пропорционально
их концентрациям в среде:
а) заменяется 20% уксуснокислого аммония
б) заменяется 50% уксуснокислого аммония
6.11 Изменения каких параметров в отъемно-доливном
аэробном процессе могут служить показателями лимитирования
процесса роста микроорганизмов концентрацией субстрата –
источника углерода и энергии?
6.12 П
ользуясь технологической схемой лабораторной
установки (рис.1.1-рис.1.2) проанализируйте назначение
каждого элемента газового тракта.
6.13 Перечислите основные контролируемые и
регулируемые параметры при реализации управляемого
аэробного процесса культивирования микроорганизмов.
6.14 Почему при накоплении биомассы аэробных
микроорганизмов в условиях отсутствия субстратного
лимитирования наблюдается переход от экспоненциального к
линейному росту?
6.15 Как изменяется соотношение между удельными
скоростями потребления кислорода и роста при переходе от
экспоненциального к линейному росту?
74
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Еникеев, Ш.Г. Автоматизированные системы
экспериментальной микробиологии / Ш.Г. Еникеев, Р.И. Валеев,
С.Г.Мухачев [и др.] // Вестник Казанского технологического
университета. – 2006. – №4. – С. 86 – 97.
2. Получение микробной биомассы на основе этилового
спирта. Методические указания к учебно-исследовательскому
лабораторному практикуму /Под ред. Ш.Г. Еникеева, Д.Г.
Победимского. – Казань: Казан. хим.-технол. ин-т., 1987. – 23 с.
3. Минкевич, И.Г. Материально-энергетический баланс и
кинетика роста микроорганизмов / И.Г. Минкевич. – МоскваИжевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая диамика»; Институт
компьютерных исследований, 2005. – 352 с.
4. Ми
нкевич, И.Г. Элементный состав и энергосодержание
биомассы микроорганизмов / И.Г. Минкевич, В.К. Ерошин, Т.А.
Алексеева [и др.] // Микробиологическая промышленность. –
1977. – № 2 (144). – С. 1 – 4.
5. Иванов, В.Н. Стехиометрия и энергетика
микробиологических процессов / В.Н. Иванов, Е.В. Стабникова.
– Киев: Наукова Думка, 1987. – 152 с.
75
СОДЕРЖАНИЕ
Расчет баланса жидкостных потоков . .
Стр.
Обозначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1. Состав и метрологические характеристики
измерительно-аналитического
биореакторного комплекса . . . . . . . . . . . . . .
9
2. Алгоритм первичной обработки
экспериментальных данных . . . . . . . . . . . . .
23
2.1 Расчет газового баланса и
показателей массообмена кислорода. .
26
2.1.1 Учет искажений потока в
выходном газовом тракте. . . .
26
2.1.2 Расчет газовых потоков . . . . . 29
2.1.3 Расчет скорости дыхания и
дыхательного коэффициента.
34
2.1.4 Расчет удельной скорости
роста при периодическом
режиме по данным о
потреблении кислорода . . . . .
35
2.1.5 Расчет параметров процесса
массообмена кислорода . . . . 38
2.2
42
76
Стехиометрия процесса роста
продуцента и биосинтеза целевого
риальный баланс процесса
Рост аэробных микроорганизмов в условиях
зменяющейся обеспеченности кислородом.
2.3 Расходные и экономические
коэффициенты, технологические
параметры микробиологических
процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Расчет стехиометрии процесса культивиро-
вания аэробных микроорганизмов. . . . . . . .
3.1
продукта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Энерго-мате
роста аэробных микроорганизмов . . .
4. Пример расчета энерго-материального
баланса потребления дозы этанола в
отъемно-доливном процессе . . . . . . . . . . . . .
5.
и
6. Контрольные задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Список источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
45
50
51
54
67
68
77
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]