Отъемно-доливной метод культивирования. Тубулярная культура. Хемостатный процесс непрерывного культивирования микроорганизмов

Отъемно-доливной (полунепрерывный) метод культивирования
Часть объема культуральной жидкости удаляют и вводят соответствующий объем свежей питательной среды
Циклы «ферментация-слив-долив» повторяются непрерывно
При использовании батареи биореакторов вся система непрерывно поставляет биомассу

Отъемно-доливной (полунепрерывный) метод культивирования

По сравнению с многоциклическим процессом
Меньше отбираемая часть жидкости
Меньше интервалы между отборами
Больше число отборов
Таким образом осуществляется экономия на посевном материале

[X]н = [X]k * (V – Vc)V = [X]k (1-P)
При расчете биореакторов задаются:
объемом реактора V
концентрацией биомассы [X]k, при которой осуществляется отбор и подпитка долей отбираемой и доливаемой жидкости P = Vc /V
Gx = [X]k* P/τ
Производительность одного биореактора:
[S]н = [S]k + P([S]0 – [S]k);
Концентрация после долива свежей культуры:
Концентрация субстрата в начале каждого из циклов:
* Р зависит от
μmax, Ks, [S]0

Реальная продолжительность цикла (τц) включает:
Время роста (τ)
Продолжительность операции слива
Продолжительность операции долива культуральной жидкости
Ими пренебрегают

Задача оптимизации
определение оптимальной доли отбираемой жидкости
определение оптимальной доли добавляемой жидкости
при заданных значениях [X]k и τ цикла

Разновидности непрерывных процессов
Тубулярные - процессы полного вытеснения
Хемостатные - процессы полного перемешивания

Тубулярный процесс
Питательная среда и посевной материал непрерывно поступают в аппарат, в котором нет обратного смешения.

Тубулярный процесс
Необходимость непрерывной подачи посевного материала вызывает некоторую сложность
НО! Ее можно избежать путем организации рециркуляции

Тубулярный процесс
более полное исчерпания субстрата
невозможность организовать аэрацию во всех зонах по длине аппарата
большая склонность к инфицированию

Хемостатный процесс непрерывного культивирования микроорганизмов
подводится свежая питательная среда
отводятся ферментационная среда, содержащая биомассу, продукт метаболизма и остатки субстрата
в любой точке аппарата и на выходе из него концентрации S, X и P равны

Хемостатный процесс непрерывного культивирования микроорганизмов
Устанавливается стационарное состояние
Скорость роста биомассы становится равной скорости ее вымывания из аппарата
Скорость притока субстрата за вычетом оттока остаточного субстрата равна скорости его расходования на рост м/о
В таких условиях удельная скорость роста становится равной скорости разбавления D
mX – DX = 0 и μ = D

Хемостатный процесс непрерывного культивирования микроорганизмов
Если в момент t0 µ≠D, возникает переходный процесс по биомассе

Хемостатный процесс непрерывного культивирования микроорганизмов
Хемостатные кривые - графические зависимости между установившимися значениями X и S в хемостатном процессе и скоростью разбавления D

Хемостатный процесс непрерывного культивирования микроорганизмов
Интересно, что при любом изменении концентрации субстрата во входящем потоке S0 в стационарном состоянии при заданной скорости разбавления устанавливается одна и та же остаточная концентрация субстрата S - это свойство хемостата дало ему название

Что же регулируется оператором извне?