Потребление субстрата и выход биомассы

Выход биомассы в расчете на использованный субстрат часто обозначают как Yx/s, где в индексе указано отношение соответствующих концентраций. Широко принято использование соотношения масс для выражения выхода клеток на основании потребления углеродного субстрата [10, 42]. Выход можно довольно легко рассчитать, определив продукцию сухой биомассы за определенный период культивирования по отношению к массе использованного в этот же период углеродного субстрата. [c.432]

Современное промышленное использование микроорганизмов для производства белка осуществляется в ферментерах, работающих по принципу хемостата. Объемы ферментеров достигают нескольких сот кубических метров. В среду с размножающимися микроорганизмами непрерывно подаются водный раствор минеральных солей и применяемый в конкретном процессе органический субстрат. Культура подвергается перемешиванию, аэрированию и охлаждению. Скорость выделения тепла в процессе роста аэробных микроорганизмов прямо пропорциональна скорости потребления ими молекулярного кислорода. На каждый грамм потребленного микроорганизмами О2 выделяется 142,5 кДж (3,4 ккал). Расходы на охлаждение тем ниже, чем больше разница температур между охлаждающим агентом и ферментационной средой. Поэтому в производстве желательно использовать термотолерантные штаммы, а процесс выращивания осуществлять при максимальной температуре, еще ие приводящей к существенному снижению выхода биомассы. [c.555]

Сопоставляя зависимости (2.70) и (2.72), можно установить взаимосвязь скорости потребления кислорода и субстрата (или выхода биомассы в процессе ферментации). [c.83]

Потребление субстрата и выход биомассы [c.182]

Для качественной оценки роста биомассы необходимо определить ее образование относительно субстратов и источников питательных веществ и энергии с помощью соответствующих коэффициентов выхода. Концепция коэффициентов выхода впервые была предложена Моно для описания гетеротрофного роста на единственном субстрате как источнике углерода и энергии, но затем она была распространена на потребление других питательных веществ, на энергетические потребности и на описание образования целевого продукта [143. Коэффициент выхода бактериальной биомассы при гетеротрофном росте на источнике углерода и энергии Ух/с определяется как [c.91]

Коэффициент общего выхода биомассы (общий экономический коэффициент), Yx/s равен отношению веса образованных клеток (в граммах) к весу потребленного питательного субстрата в граммах) [c.437]

При любой количественной оценке роста микроорганизмов и/или синтеза конечного продукта необходимо связать образование микробной биомассы и продуктов с расходованием субстратов и питательных веществ. Для описания соотношения между ростом микроорганизмов (в расчете на сухой вес) и потреблением углеродного энергетического субстрата были введены понятия урожая бактериальной культуры и выхода биомассы (Monod,. 1942). В математической форме коэффициент выхода микробной биомассы Yx/s можно представить следующим образом [c.403]

Микроорганизмы расходуют для биосинтеза относительно большое количество энергии, образующейся в результате окисления углеродного источника энергии (40—60%). Остальная часть энергии выделяется в виде тепла. Чтобы поддерживать в ферментаторе постоянную температуру, это тепло необходимо отводить. Выше показано, что количество выделяющегося тепла связано с потреблением кислорода и эффективностью использования субстрата. Чем ниже выход биомассы, тем больше выделяется тепла. Эта проблема при синтезе пищи из химических веществ особенно важна, поскольку это скоростной процесс. В промышленном производстве антибиотиков тепловая нагрузка составляет только 2—4 ккал/(л-ч) при окислении субстрата, что сопоставимо с тепловой нагрузкой при механическом перемешивании. Однако в процессах получения одноклеточного белка тепловые нагрузки могут быть в 10 раз больше в зависимости от субстрата или продуктивности. Чем глубже восстановлен углеродный источник, тем больше тепловая нагрузка. [c.63]

Величину М — общий прирост культуры автор связывал с предельной концентрацией биомассы, достигаемой к моменту вступления популяции в стационарную фазу роста. Количество же потребленного при этом субстрата оценивалось косвенно, исходя из введенного в питательную среду углевода в предположении, что полное исчерпание именно этого компонента приводит к остановке процесса дальнейшего накопления биомассы. К — коэффициент пропорциональности назван автором выходом, урожайностью или коэффициентом полезного действия- [c.72]

На рис. 28.3 представлена связь отношений показателей материального баланса и энергетического выхода роста дрожжей на метаноле. Кривая взаимосвязи выхода по кислороду Уо (г полученной биомассы на 1 г потребленного кислорода) и энергетического выхода роста Г] имеет универсальный характер для роста любых аэробных микроорганизмов и органических субстратов и описывается формулой [c.558]

Однако выход биомассы в пересчете на 1 моль АТР довольно широко варьирует для разных бактерий, если рост не лимитируется энергетическим субстратом, а скорость роста культуры значительно ниже максимальной. Источники углерода и энергии могут использоваться не только для роста клеток, но и для образования продукта. Кроме того, энергетические субстраты расходуются на поддержание жизнеспособности клеток. Поскольку клетки могут использовать энергетические субстраты для дыхания в отсутствие роста, энергетические затраты на поддержание жизнеспособности бактерий будут вносить свой вклад в потребление этих субстратов без сопутствующего увеличения биомассы. Эндогенный метаболизм практически не оказывает влияния на расчеты выхода клеток, если скорость роста культуры близка к максимальной и энергетический субстрат является лимитирующим питательным компонентом. Однако потребление энергетических субстратов для поддержания жизнеспособности клеток может значительно возрасти при скоростях роста ниже максимальной или в экстремальных биофизических условиях среды. Поскольку надежные расчеты выхода биомассы требуют осторожного и тщательного контроля условий культивирования, лучше всего их проводить для хемостатных систем. Именно в этих условиях лимитирующий рост субстрат и удельная скорость роста ц, могут регулироваться. [c.433]

Параллельно с не слишком плодотворными попытками построить обобщенную термодинамическую теорию, применимую к живым системам, проводились чисто эмпирические наблюдения над процессами роста живых систем и потребления ими энергии, выявившие ряд интересных фактов. Довольно хорошо изучены многие анаэробные процессы брожения, в ходе которых энергия химических реакций используется клетками для синтеза АТР (гл. 9). Как правило, стехиометрия этих реакций известна, и поэтому можно с хорошей точностью оценить количество АТР, синтезированного при сбраживании данного количества субстрата. Нетрудно измерить и количество образовавшейся в ходе брожения биомассы например, можно собрать культуру клеток быстро растущих бактерий, промыть, высушить и взвесить ее. Оказалось, что независимо от того, какой именно субстрат сбраживается (за редким исключением), величина Удтр — бес высушенных клеток в граммах на моль синтезированного АТР — остается почти постоянной [22, 31] и приблизительно равной 10,5. Другой факт состоит в том, что для бактерий, рост и деление которых (в аэробных условиях) сопровождается выделением только СОг и воды, 40 5% потребляемого углерода и водорода окисляется до СОа и воды, а 60 5% ассимилируется клетками. Отметим, что такой процент ассимилированного материала значительно выше, чем для анаэробного брожения, при котором подавляющая часть материала сбраживается, а не ассимилируется. Как мы увидим позднее, это различие обусловлено тем, что окисление дает значительно больший выход АТР, нежели брожение. [c.234]