Хемостатное культивирование

 

Это вариант гомогенного проточного культивирования с заданным желаемым коэффициентом разбавления D, к которому подстраивается скорость роста культуры . При этом задается также фактор, обуславливающий ограничение концентрации вырастающей биомассы, определяемой одним каким-то компонентом питания. При низком μ голодание /т.е. лимитация / будет сильным, при высоком - слабым. Этот метод культивирования широко применяется в лабораторных исследованиях, а в промышленности - тогда, когда известно, какой именно фактор ограничивает рост.

Теория хемостатного культивирования

Существуют зависимости между концентрацией биомассы Х, субстрата ш и скоростью роста . Рост культуры характеризуется хемостатной кривой. D-скорость разбавления для аэробов.

1-концентрация биомассы, Х

2-концентрация остаточного субстрата, S

,

где - удельная скорость роста, прирост биомассы в единицу времени.

, где F-скорость потока, V -объем культуры.

t_r = 1/D = V/F время замещения имеющейся среды новой или время пребывания в ферментере каждого элемента среды.

Баланс биомассы / Х / - приход = расход, т.е. изменение количества биомассы = рост - вытекающая биомасса.

Скорость роста

Баланс лимитирующего рост субстрата:

Изменение количества = приток - унос - потребление субстрата микроорганизмом

Скорость потребления субстрата равна:

,

где - экономический коэффициент или доля потребленного субстрата, пошедшая на синтез биомассы,

Sr -концентрация субстрата в поступающей среде,

S -концентрация субстрата в ферментере.

В стационарном состоянии в ферментере:

,

где - max -возможная скорость роста, Ks -const моно /const насыщения/ равна той остаточной концентрации лимитирующего субстрата, которая ограничивая рост, замедляет его вдвое.

D = -критическая скорость разбавления, теоретически при которой биомассы вымываются из ферментера.

практически

Производительность ферментера по выходу биомассы: R = D_x

Зная основные константы Ks, и Y, можно рассчитать параметры культуры Х и S для любого значения

Хемостатный метод имеет много вариантов.

Одностадийное - при необходимости воспроизвести любую скорость роста культур, кроме max. Двухстадийное - в двух последовательных ферментерах позволяет наблюдать культуры при max скорости роста и создать условия для ее превышения. Для этого в первом ферментере ведется культивирование при D < , а во второй подается культура из первого и добавляется свежая среда. Во втором ферментере происходит повышение скорости протока вплоть до превышения, а вымывания не происходит, т.к. из первого ферментера непрерывно поступает культура.