FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ BIM SB2002

P1 P2So

S,X

S,X

Friss tápoldat CSTR “leerjedt”fermentlé

P- szivattyú

f f

V

sejttömeg:

i-edik szubsztrát:

Vdx

dtV

dx

dtf x

növekedés

.

VdS

dtfS fS

Y

dx

dti

i ix S növekedési

,

/0

1

DV

f

Higítási sebesség


DV

f

m3/h

m3

h-1

tD

1 h Átlagos tartózkodási idő

Mean residence time

Higítási sebességDilution rate


dx

dtx Dx D x

S

K SD x

S

max

Állandósult állapotban 0=

dt

dS 0

dt

dx

dS

dtD S S

x

Y 0

DS

K S

D

DS

max

max

illetve S =KS

x Y S S Y SK D

DS

0 0 max

D S Sx

Y0

Egy limitáló szubsztrát esetében ( ha a MONOD modell érvényes):

μ=D

Az állandósult állapotSzükséges és elégségesfeltétele

KEMOSZTÁTKEMOSZTÁT

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ BIM SB2002S x J, , S x,

D D

x x3

x2x1J=D .x

S

S03

S02

S01

S0

tg

DS

S KkritikusS

max max0

0

a kemosztát rendszer mindig szubsztrát limitben mûködik

KORLÁTOZOTTAN KIEGYENSÚLYOZOTT NÖVEKEDÉS(a hanyatló fázisnak felel meg!!!)


KEMOSZTÁT KONTROLL VÁLTOZÓIKEMOSZTÁT KONTROLL VÁLTOZÓI

V CSAK TECHNIKAI KORLÁTJA VAN

f

D μmax=DC

S0 CSAK TECHNIKAI KORLÁTJA VAN:oldhatóság


PRODUKTIVITÁS:

J D

0

x Y S K K S KS S Smax 0 0

J D x h . g / l.h vagy kg / m3

J D x D Y SK D

DS

. .

max0

= max!!!

2/1

S0

Smaxmax KS

K1D

0max

2

0

S

0

0S0max

S0S0S

2/1

0S

Smaxmaxmaxmax

SYS

K

S

SKSY

KSKSK.SK

K1YxDJ


D

D

DTRANZIENS

D

SZAKASZOSINDULÁS

D

X

t

Tranziens viselkedés

1.Indulás: áttérés a szakaszoról folytonosra

Mindíg csak Mindíg csak itt üzemelhet!!!itt üzemelhet!!!

MONOD monostabil (!!!)


2. Ugrás v. Egyéb zavarás hatása: D, S0, T, pH...

Stabilitás

max

max

2

SSkritikus S


max

S

Szubsztrátinhibíció bistabil

SP 2

P 1

P 3

xP 1= stabil állandósult állapot

P 2=stabil pont, kimosódás

P 3=instabil pont

S0


dm D m dt. .

dFdm

m

0

dF a t és t + dt közé esőtartózkodási idejű anyaghányad.

dm

mD dt d m D dt

m

m t

m

m t

0 00 0

lnm

me Dt

0

dF Dm

mdt

0

dF D e dtDt .

EdF

dtD e Dt .

TARTÓZKODÁSI IDŐ ELOSZLÁS

Hármas esély t=0 időben m0

t=t időben m

:m0

t.i.eloszlás sűrűségfüggvényet.i.eloszlás sűrűségfüggvénye


F Edt De dt e et tDt Dt Dt

t

t

t

t

1 2

1 2

1

2

1

2

,

F t E t dtt

0

Az a hányad, amelynekti-je

t1 és t2 közé esik

Tartózkodási idő eloszlásfüggvénye


F Edt De dt etDt Dt

tt

000

1,

F Edt De dt etDt Dt

tt,

F De dt FDtt0

0

1, ,

= F0,t

0 és t között a rendszerben tartózkodó anyaghányad

0-tól ideig a teljes anyagmennyiség kikerül a rendszerből

t és között a rendszerben tartózkodó anyaghányad


Térfogatcserék hatása a folytonos kemosztát fermentációra (a tartózkodási idõ eloszlás értelmezése)

térfogatcsere 1-F* F**

Dt=0,2 h-1. 5 h =1 0,367 0,633

=0,2 h-1.10 h =2 0,135 0,865

=0,2 h-1.15 h =3 0,05 0,950

=0,2 h-1.20 h =4 0,015 0,985

*térfogatrész még nem cserélõdött ki**térfogatrész már eltávozott a rendszerbõl

1.10.0Y

X 2001

0,5

0 t (h)

0 1 2 3 4

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

1-F

0,367

TÉRFOGATCSERÉK SZÁMA

t = 1/D


Szakaszos fermentáció idődiagramja


Szakaszos és folytonos rendszer összehasonlítása

t2 tm t0 t1

x0

xmax

ln x

t

Szakaszos fermentáció idődiagramja

t t t t t t tc m m l 0 1 2CIKLUSIDŐ


tx

xm 1

0max

maxlnJ

x

t

YSx

xt

szakaszosc

l

0

0

1

max

maxln

J Y Skemosztát max 0

maxl0

max

szakaszos

kemosztát μtx

xln

J

J

xmax/x0 5-100 ln(xmax /x0): 1,6 - 4,6. A tl 10-20 órát igényel, generációs idő 1-7 óra max: 0,1-0,6 tlmax > 1 (1-12).

Jkemosztát /J szakaszos

tg h tl=10 h tl=20 h

3 7 9

1,5 9 14

1,0 12 18


Eltérések a kemosztáttól

x

D

x

D

x

D

x

D

x

D0,25DC DC

Y

Y

RNS

Y

1 2 3

C/energia limitációN,S limitáció Mg2+,K+,PO4

3-limitáció

4

komplex tápoldat-nemkemosztát falnövekedés

5

μm

Y1

Y1

DμDK

S

x

μxμ

m

Y

1

Y

1SSD

dt

dS

EGC

max

S0

EGC0

Nagy sebességgel képződőIntermedier termékek(Pyr,AcOH,...)

D0,25DC


x

D

x

D

x

D

x

D0,25DC DC

YRNS

Y

1 3

C/energia limitáció

x

D

Y

2

N,S limitációMg2+,K+,PO4

3-limitáció

4

komplex tápoldat-nemkemosztát falnövekedés

5

N-forrás, vagy a kénforrás a limitáló tényezőKisebb D-nél a C/en forrás feleslegben van:Tartaléktápanyagok szintézise(poliszaharidok,lipidek, β-OH-butirát)

N-tartalom,sejtszám


x

D0,25DC DC

Y

1

C/energia limitáció

x

D

Y

2

N,S limitáció

x

Dfalnövekedés

5x

D

4

komplex tápoldat-nemkemosztát

x

D

RNS

Y

3

Mg2+,K+,PO43-limitáció


x

Dfalnövekedés

5

Dx x x

D S S x x Yf

f x S

0 / /

Dx

xf

1

DC>μmax is elérhető!

x

D0,25DC DC

Y

C/energia forráslimitál

x

D

x

D

Y

RNS-tartalomRNS-tartalom

Y

N,S limitáció Mg2+, K+, PO43- limitáció

fenntartásfenntartás

ExtracellulárisExtracelluláristermékektermékek

N-tartalom,N-tartalom,sejtszámsejtszám

x

D

falnövekedés

x

D

komplex tápoldat, nem-kemosztát

x

x f


Nem tökéletes keveredésNem tökéletes keveredés

bypass-


Kemosztát tervezése

1.Szakaszos kinetika ismeretében: μmax, Y, KS D2.Szakaszos növekedési görbe (és deriváltja) ismeretében

dx/d

t

tg=max

x

dx/d

t

tg=max

x

A B

Választunk D-t, mi az elmenő?Választunk elmenőt, milyenLegyen a D?

DD

x

DD

x

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ

dx/

dt

tgα=μmax

xdx

/dt

tgα=μmax

α

x

A B

Választunk D-t, mi az elmenő? Választunk elmenőt, milyenLegyen a D?

DD

x

DD

x


Problémák

Térfogatkontrol levegőztetés, HABZÁS

MIRE JÓ A KEMOSZTÁT?

Előnyök: nagyobb produktivitás korl. kiegy. növ, st-st: azonos tenyészet

mérés és szabályozás

SCP, pékélesztő, takarmányélesztő, (sejttömeg), primer a.cseretermék: alkohol, sörKutatásKutatás: kinetika, optimálás, tranziensek

De: szekunder nem, bár penicillin...laborszinten


OPTIMÁLÁS

T1

T2

T3

T: hőmérséklet tápoldat...

idő

x,J…

állandósult állapot1



Bonyolultabb kemosztátok

egyáramú többlépcsős

V1

x1 S1

V2

x2 S2

V3

x3 S3

f

S0

f f f

x1S1 x2 S2

x3 S3

1 2 3

Tervezés:

dx/d

t

tg=max

x

D1

D2

x1 x2x2x3

D3

V1

x1 S1

V2

x2 S2

V3

x3 S3

f

S0

f1 f2=f1+f02 f3=f2+f03

x1 S1x2 S2 x3 S3

1 2 3

f02

S02

f03S03

többáramú többlépcsős

V

f

S0

(1+)f

(1- α )f

f

x S

x S

xS

fh=

xh

S

S f f

XP

XP

táptalaj

kemosztát

dializátor

Speciális kemosztát: integrált rendszer membrán modullal(pl. dialízis tenyésztés)

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ

Documents

Transcript of FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ