108174

trzeba zużyć by dostarczyć odpowiednią ilość elektronów do bardziej zredukowanej biomasy. Ograniczenie jest tlenowe - bo oddychanie wymagając elektronów z substratu obniża wydajność. W tym zakresie wydajność jest wzrastająca wraz z wzrostem zredukowania substratu -aż do momentu gdy mowa już o zredukowanym substracie i ograniczeniu węglowym stałym.

Dla wzrostu beztlenowego ograniczenie ma charakter tlenowy- elektronowy. Wydajność P/S ograniczona jest stosunkiem względnych stopni redukcji S/P .ale nie może być mniejsza niż wynika z ogólnej liczby elektronów pochodzących z substratu, a nie zmagazynowanych w biomasie.

Bilans entalpowy .ilość wydzielanego ciepła.

Ciepło to różnica między eneigią dostarczoną w źródłach węgla, azotu ,a zmagazynowaną w biomasie i produkcie (zapisaną ilościowo w formie entalpii spalania). Entalpia to funkcja stanu nie zależna od stanu odniesienia.

Stosuje się entalpie spalania (eneigia uwolniona przy utlenieniu całkowitym danego związku), bo pozwalają uniknąć uwzględniania dwutlenku węgla i wody .które są produktami spalania i podają dane dla temperatury standardowej .czyli zbliżonej do rzeczywistej prowadzenia hodowli.

Im bardziej związek jest zredukowany tym większą ma entalpię spalania .czyli jest większym potencjalnym źródłem ciepła. Entalpia spalania jest wprost proporcjonalna do bezwzględnego stopnia redukcji (zależność liniowa).

Efekt cieplny wzrostu jest ściśle związany z bilansem elektronowym ilości tlenu. Można prosto określić ciepło przypadające na zużytą ilość tlenu.

Termodynamiczne ograniczenia wzrostu drobnoustrojów.

Potencjał termodynamiczny .czyli En. Gibbsa zależy od entalpii, temperanny i entropii. Termodynamiczne ograniczenia zapisuje się w używając potencjałów termodynamicznych bioutleniania (związku względem źródła azotu), które analogicznie do względnych stopni redukcji pozwalają pominąć w obliczeniach źródło azotu. Potencjały te są wprost proporcjonalne do stopni redukcji (jest to ponownie zależność liniowa).

Wydajność X/S ma górną granicę w postaci eneigetycznego współczynnika efektywności czyli ilorazu potencjałów bioutleniania S/X (im bardziej energetyczny substrat -wzg. Biomasy-tym większa jest teoretyczna wydajność). Im większa dyssypacja tym rzeczywista wydajność jest mniejsza od granicznej.

W przypadku stałego stosunku dyssypacji i ilości biomasy (v), wydajność X/S zależy od stałej empirycznej i stopnia zredukowania substratu. Stałe empiryczne są właściwe dla danych oiganizmów, reakcji itd.

Zależność wydajności X/S od stopnia zredukowania substram wykazuje .że ograniczenie termodynamiczne jest najsilniejsze. W pierwszej fazie .dla słabo zredukowanego substratu spełnione jest kiyterium Ds./ vx =const (bo jest stałe zapotrzebowanie na tlen) i wzrost wydajności ma charakter liniowy .zależny od stałej k. W drugiej fazie warunek nie jest spełniony .bo zwiększyło się zapotizebowanie na tlen i silniejsze są procesy cieple (więc większa dyssypacja), więc wydajność osiągnęła wartość graniczną.

Wydajność termodynamiczna: wydajność X/S i P/S poprawiona o współczynniki efektywności jest mniejsza, równa 1.

Istnieją więc 3 ograniczenia hodowli - węglowe .tlenowe i termodynamiczne. Dla różnych reakcji stosunek wydajności X/S i P/S wynika z różnych ograniczeń -raz silniejsze jest tlenowe .raz termodynamiczne...

Zasada bilansu różniczkowego.

Bilans różniczkowy nie jest bilansem ilościowym (jak uprzednie całkowe) lecz odzwierciedla zmiany w czasie (szybkości). Bilans różniczkowy określa wydajność definiowaną jako szybkość pizyrostu biomasy do szybkości asymilacji substratu. Szybkość asymilacji tlenu jest tu zależna od szybkość asymilacji substratu .a pomniejszona o szybkość wzrostu biomasy i produkcji produktu i uwzględnia stopnie redukcji. Na tej podstawie określona jest szybkość dyssypacji jako różnica między szybkością asymilacji substram .a szybkością wzrostu biomasy i produkcji produktu, ale