Курс лекций для студентов специальности -48 02 01 «Биотехнология» Минск 2014 034)
жүктеу/скачать 1,87 Mb. Pdf көрінісі
|
| y – экономический коэффициент;
τ dS d – скорость изменения концентра- ции субстрата в ферментаторе. Выражение DS 0 характеризует приток субстрата, DS – количество субстрата, удаляемого с культуральной жидкостью, μ x y – количество потребленного субстрата. В состоянии динамического равновесия системы 0 τ dS d , а μ D . Следовательно, 0 ( ) μ x D S S y или 0 ( ). x y S S Из уравнения Моно max μ μ μ s K S или max . μ s DK S D С учетом этого можем записать 0 , s c DK x y S D D где D с – критическая скорость разбавления, соответствующая макси- мальной удельной скорости роста μ max . Из приведенных уравнений видно, что когда D приближается к μ max , концентрация лимитирующего субстрата S резко возрастает и стремится к бесконечности (на практике S ≤ S 0 , т. е. S → S 0 ). Однако, когда D → μ max и S → S 0 , то значение X стремится к нулю. Следова- тельно, в этих условиях происходит вымывание культуры и поддер- жание скорости разбавления, равной максимальной удельной скоро- сти роста, невозможно. На рис. 4.7 представлено влияние скорости разбавления на основ- ные показатели хемостатной культуры: плотность популяции, про- 32 должительность удвоения биомассы, концентрация лимитирующего субстрата в культуральной жидкости и продуктивность культуры. С увеличением скорости разбавления от нуля до величины, близкой к критической, плотность популяции меняется незначительно. Это связано с тем, что на увеличение скорости протока культура отвечает повышением скорости роста (продолжительность удвоения биомассы уменьшается), и плотность популяции возрастает. Концентрация суб- страта в ферментаторе в широком диапазоне скорости разбавления близка к нулю. Когда скорость разбавления приближается к критиче- ской (при этом μ → μ max ), резко усиливается вымывание культуры из ферментатора. Следовательно, устойчивое состояние хемостатной культуры невозможно при максимальной скорости роста в связи с вымыванием культуры при малейшем увеличении скорости протока. Стабильность динамического равновесия культуры в хемостате дости- гается тем, что ее рост лимитирован концентрацией субстрата. При условии, что μ < μ max , хемостат работает как устойчивая саморегули- рующаяся система. Рис. 4.7. Теоретическая зависимость показателей роста культуры в хемостате от скорости разбавления среды: 1 – концентрация субстрата; 2 – продуктивность культуры Dх; 3 – продолжительность удвоения t уд ; 4 – плотность популяции х Продуктивность популяции достигает максимального значения при величине скорости разбавления D m , близкой к критической. Чис- ленное значение D m , при котором Dx максимально, можно рассчитать по следующей формуле: 1 2 3 4 33 max 0 μ 1 . s m s K D K S Показатели μ max , K s , у, необходимые для управления процессом непрерывного культивирования, находят экспериментальным путем при периодическом или непрерывном культивировании микроорга- низмов. Для определения K s и μ max производят выращивание культуры при двух скоростях протока (D 1 и D 2 ) и измеряют соответствующие им концентрации субстрата в культуральной жидкости (S 1 и S 2 ). Учи- тывая, что константа насыщения K s не зависит от скорости разбавле- ния, величины μ max и K s находят из системы тождественных уравнений max 1 1 1 μ , s D K S D max 2 2 2 μ . s D K S D В некоторых микробиологических производствах (например, в производстве бактериальных средств защиты растений) важное значение имеет синхронность развития культуры. В синхронной культуре все клетки делятся одновременно. В естественных культу- рах такое явление не наблюдается. Даже в экспоненциальной фазе развития популяции в культуре содержатся клетки, находящиеся на разных стадиях роста. Синхронное деление клеток вызывают искус- ственно, воздействуя на культуру различными факторами. Распро- страненными методами синхронизации являются воздействие пони- женной (субоптимальной) или повышенной (супероптимальной) температуры, вынужденное голодание, отбор клеток одинакового размера фильтрованием культуральной жидкости через специальные фильтры, центрифугирование. Чаще применяют простой в исполне- нии метод воздействия температурой. Неблагоприятная температура культивирования в большей степени затормаживает развитие более чувствительных делящихся клеток. За это время к делению подго- тавливаются другие клетки, и таким образом достигается синхрон- ность в развитии культуры. |