scan0063 2

62

gdzie: Y_xs jest współczynnikiem wydajności biomasy, zaś m_s współczynnikiem przemiany podstawowej. Zużycie substratu na przemianę podstawową jest istotne dla małych właściwych szybkości wzrostu.

Dla kinetyki wzrostu opisanej równaniem Monoda

(7.4)

K+S

s

otrzymujemy dla 5 > K_s p = \i_m.

Zwykle w hodowlach okresowych stężenie substratu jest znacznie wyższe od wartości stałej nasycenia IC_s. W wykładniczej fazie wzrostu mikroorganizmy wzrastają zatem z maksymalną szybkością właściwą, co daje wykładniczy przyrost biomasy drobnoustrojów w czasie

X = X₀    0.5)

Stężenie substratu będzie się zmieniało następująco (pomijając przemianę podstawową)

S = S_n-

(e

1)

(7.6)

xs

gdzie: S₀ jest początkowym stężeniem substratu limitującego wzrost. Czas prowadzenia reakcji dla zmian stężenia od S₀ do S_k jest równy

In

(S₀-S_k)Y_xs + X₀

(7.7)

W mikrobiologii często zamiast właściwej szybkości wzrostu używa się pojęcia czasu podwojenia (czas generacji)

Fizyczna interpretacja tej wielkości jest następująca: jest to czas, w którym podczas wzrostu wykładniczego nastąpi podwojenie masy bądź liczby komórek. Zalety hodowli okresowej są to:

-    prostota prowadzenia operacji,

-    łatwość utrzymania warunków jałowych,

-    odnawialność inokulum zapobiegająca degeneracji szczepu.

Wadami hodowli okresowej są:

-    niska produkcyjność procesu,

-    brak możliwości regulacji stężenia substratu.

Hodowle okresowe są powszechnie stosowane w biotechnologiach do: namnażania biomasy mikroorganizmów, produkcji pierwotnych produktów metabolizmu (wytwarzanych w fazie wzrostu wykładniczego) oraz wtórnych produktów metabolizmu (uzyskiwanych w fazie stacjonarnej). Ograniczenia

r

t

»

stosowania procesu okresowego wynikają głównie z braku możliwości kontrolowania stężenia substratu i dotyczą procesów, w których mikroorganizmy są wrażliwe na wysokie stężenia substratu.

Mianem hodowli pólokresowej określa się hodowlę okresową z ciągłym dozowaniem pożywki do fermentora. Jest to proces ze zmienną objętością czynną fermentora. Schemat procesu przedstawiono na rys. 7.2.

{

f:

Rys. 7.2. Schemat fermentacji pólokresowej

!

Objętość czynna fermentora wynosi V, natężenie dopływu pożywki wynosi F, zaś stężenie w strumieniu zasilającym substratu limitującego wzrost wynosi S_F.

Bilans biomasy ma postać

:

d(VX)

dt

= 1 i(S)VX

(7.9)

bilans substratu

⁼ FSf~V- »<.S)VX-m_sVX ^at    Yxs

bilans objętości

(7.10)

(7.11)

i