Кинетика сбалансированного роста

Величины и расчетные параметры, применяемые для управления биотехнологическими процесами

Измеряемые параметры	Расчеты на базе измерений
Концентрация основных субстратов и продуктов в культуральной среде (сахара, спирты, органические кислоты и пр.)	Продуктивность (кг/м3 ч) Удельная скорость роста, m(ч–1) Скорость потребления субстрата, rs (кг/кг∙ч)
Концентрации важнейших внутриклеточных компонентов (ферменты метаболизма углерода, ключевые метаболиты, АТФ, НАДФ и др.) Концентрация биомасс Состав микрофлоры в культуре. Концентрация растворенных О2 и СО2 в культуральной среде Концентрация целевого продукта	Скорость образования продукта, rp(кг/кг·ч) Экономический коэффициент, Yp, Yx (кг/кг) Объемный коэффициент массопередачи по кислороду, Kvp (ч –1) Энергетический выход биосинтеза, h Теплопродукция Суммарный удельный расход сырья

Критерии оценки эффективности процессов

1 Скорость роста продуцентаdX /dt = mX, [г/л_·ч],

где dX/dt – скорость роста, [г/л_·ч],

Х – концентрация биомассы, [г/л],

m– коэффициент пропорциональности («удельная скорость роста»). [1/ч],

2 Продуктивность процессаП= r_s Y_p/s X [г/л_·ч],

где r_s – скорость потребления субстрата (метаболический коэффициент), [1/ч],

Y_p/s – выход продукта (экономический коэффициент),

Y_p/s = P /(S_о – S), р – продукт, s – субстрат, [г/л].

3 Выход биомассыYx/s = X /(S_о – S),

где S и S_о – конечная и исходная концентрации субстрата.

4 Непродуктивные затраты субстрата h = Y эксп. /Y теор. < 1.

(h) – это затраты энергии субстрата, которые не проявляются в приросте продукта.

Идеальный проточный реактор с полным перемешиванием (ПРПП)

Основ. аппарат. эл-том биотехн.пр-са- биореактор.

ПРПП предназначен для непрерывного культивирования популяций клеток.

(3)

- кол-во молей в единице объема культуры;

-кол-во образовавшихся в реакции молей в единице объема культуры за единицу времени

(6)

F-объемная скорость потока р-ра пит. вещ-в и вытекающего потока

объем культуры

-концентрация компонента в реакционной смеси и вытекающем потоке

- молярная концентрация компонента в потоке питательных вещ-в

D- скорость разведения

(ч ^–1) (7)

D- скорость разведения

F-объемная скорость потока р-ра пит. вещ-в и вытекающего потока

объем культуры

Кинетика сбалансированного роста

Моделирование и анализ кинетики роста популяций клеток мы начнем с неструктурированных моделей, в которых биофаза характеризуется только величиной клеточной массы или чис­ленной концентрацией. Уравнение материального баланса клеточной массы для ПРПП в стационарном состоянии будет выглядеть следующим образом:

(8)

-клеточная масса в единице объема культуры

удельная скорость роста клеток

D- скорость разведения

Часто поступающий в проточный реактор поток раствора питательных веществ состоит только из стерильного питатель­ного вещества, так что Xf = 0. В таком случае из уравнения (7.8) следует, что отличная от нуля популяция клеток может существовать в стационарном состоянии только при

(ч ^–1)

D- скорость разведения

- удельная скорость роста клеток (9)