Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A mikroba szaporodás alapösszefüggései BIM-BSc 2009 FERMENTÁCIÓS FOLYAMATOK ÉS MŰVELETEK.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A mikroba szaporodás alapösszefüggései BIM-BSc 2009 FERMENTÁCIÓS FOLYAMATOK ÉS MŰVELETEK."— Előadás másolata:

1 A mikroba szaporodás alapösszefüggései BIM-BSc 2009 FERMENTÁCIÓS FOLYAMATOK ÉS MŰVELETEK

2 BIM SB 2001 TÖRZS OLTÓANYAG 1  S i TÁPANYAGOK 2 ? ? REAKTOR 3 STERILEZÉS 2A KEVERÉS ANYAGÁTADÁS 4A LEVEGÕZTETÉS ANYAGÁTADÁS 4B MÉRÉS SZABÁLYOZÁS VEZÉRLÉS 5 ADATOK MATEMATIKAI MODELL 6 TERMÉK FELDOLGOZÁSI MŰVELETEK 7 Mi kell egy termelő fermentációs folyamathoz? BIM-BSc 2009

3

4 A VILÁG LEGKISEBB KÉMIKUSAI BIM-BSc 2009

5 E.coli Vibrio cholerae Saccharomyces cerevisiae Mucor circenelloides Aszexuális gombanövekedés BIM-BSc 2009

6 A mikroba szaporodás alapösszefüggései BINÁRISAN OSZTÓDÓ MIKROORGANIZMUS 1=X 0 *2 0 2=X 0 *2 1 4=X 0 *2 2 8=X 0 *2 3 16=X 0 *2 4 n=1 n=2 n=3 n=4 n:a generációk száma.. X=X 0 2 n BIM-BSc 2009

7 A mikroba szaporodás alapösszefüggései a generációk száma Generációs idő - doubling time generation time N, x Sejtszám db/ml Sejttömeg: sz.a. mg/ml, g/l,kg/m 3 MONOD, 1942 μ: fajlagos növekedési sebesség BIM-BSc 2009

8 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései FAJLAGOS NÖVEKEDÉSI SEBESSÉG h -1 BIM-BSc 2009

9 A mikroba szaporodás alapösszefüggései Ν : fajlagos szaporodási sebesség μ és a generációs idő kapcsolata: Jacques Monod BIM-BSc 2009

10 A mikroba szaporodás alapösszefüggései VALÓSÁG x t x0x0 BIM-BSc 2009

11 Exponenciális növekedés X 0 =2 és μ=0,5 óra x VALÓSÁG

12 A mikroba szaporodás alapösszefüggései x x0x0 t LAG SZAKASZ GYORSULÓ NÖVEKE- DÉSI SZAKASZ EXPONEN- CIÁLIS FÁZIS HANYATLÓ FÁZIS BIM-BSc 2009

13 L Gy exp hany stac pusztulási Élő sejtszám idő exp lg x idő BIM-BSc 2009

14 A mikroba szaporodás alapösszefüggései x0x0 t μ t x x BIM-BSc 2009

15

16

17

18

19 A mikroba szaporodás alapösszefüggései MI AZ OKA A HANYATLÓ FÁZISNAK? 1.TÁPANYAG LIMITÁCIÓ 2.TOXIKUS METABOLIT TERMÉK(EK) 3. HELYHIÁNY MONOD- modell  max 2 SS S kritikus S KRITIKUS KONCENTRÁCIÓ FOGALMA LIMITÁLÓ SZUBSZTRÁT BIM-BSc 2009

20  max 2 SS S kritikus S

21 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései LIMITÁLÓ SZUBSZTRÁT FOGALMA  max SCSC S kr C S0CS0C C-forrás ~ FERM.IDEJE  max SNSN S kr N S0NS0N N-forrás ~ FERM.IDEJE  max  SOSO S kr O S0OS0O O2O2 ~ FERM.IDEJE  max SVSV S kr V S0VS0V VITAMIN -forrás ~ FERM.IDEJE MELYIK S LESZ LIMITÁLÓ S ??? BIM-BSc 2009

22  max SCSC S kr C S0CS0C C-forrás ~ FERM. IDEJE  max SNSN S kr N S0NS0N N-forrás ~ FERM. IDEJE  max  SOSO S kr O S0OS0O O2O2 ~ FERM. IDEJE  max SVSV S kr V S0VS0V vitaminforrás ~ FERM. IDEJE

23 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései BIM-BSc 2009

24 tg  =K S /  max 1/  1/S -1/K S  max LINEWEAVER-BURK tg  =1/  max S/  S K S /  max K S HANES v. LANGMUIR   /S S K S S   max * 1  tg  =-K S  max /K S    max K S S 111   * K s S EADIE-HOFSTEE

25 b tg α= a

26 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései HOZAM: MINDÍG IGAZ: Exponenciális és Hanyatló fázisban: MONOD-modell egyenletei L I M I T Á L Ó S Z U B S Z T R Á T R A K I T E R J E S Z T É S megoldható diffegy.rendszer BIM-BSc 2009

27 MONOD modell-család Több limitáló szubsztrát interaktív vagy multiplikatív leírás: additív leírás súlyfüggvények nem interaktív leírás BIM-BSc 2009

28 MONOD modell-család KÉT LIMITÁLÓ S SPECIÁLIS ESETE C-forrás, oxigén Lineáris növekedés BIM-BSc 2009

29 MONOD modell-család SZUBSZTRÁT INHIBÍCIÓ BIM-BSc 2009

30 MONOD modell-család Monod-modell „javításai” Teissier egyenlet Moser egyenlet Contois egyenlet  max  S BIM-BSc 2009

31 MONOD modell-család abK Monod021/Ks Teissier011/K Moser1-1/n1+1/nn/Ks1/n Contois021/Ksx BIM-BSc 2009

32 MONOD modell-család BIM-BSc 2009

33 MONOD modell-család BIM-BSc 2009

34 x x x P P P μxμx μxμx μxμx μPμP μPμP μPμP Primer anyagcsere termék Szekunder anyagcsere termék profázis idiofázis t t t t t t MONOD modell-család GAEDEN-féle termékképződési típusok

35 MONOD modell-család TERMÉKKÉPZŐDÉS KINETIKAI LEÍRÁSA LUEDEKING – PIRET MODELL I:  0 és  = 0 növekedéshez kötött termékképzõdés II:  = 0 és  0 növekedéshez nem kötött termékképzõdés III:  0 és  0 vegyes típusú fermentáció. BIM-BSc 2009

36 μ P μ x  tg     III. II. I

37 MONOD modell-család toxikus metabolit termékek hatása: sok termék: EtOH, tejsav... HINSHELWOOD - modell FRIEDMAN és GADEN modellje Lactobacillus delbrückii tejsavfermentációjára Aiba és munkatársai modellje P’ = P vagy I BIM-BSc 2009

38 MONOD modell-család Kompetitív termék inhibíció Nemkompetitív termék inhibíció EtOH ha >5% BIM-BSc 2009

39 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései TÁPOLDATOK, TÁPTALAJOK HOZAMKIFEJEZÉS ÁLTALÁNOSITÁSA BIM-BSc 2009

40 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései C-forrás és hasznosulás Mire forditódik a C-forrás? beépülés energiatermelés szénhozam energiahozam Eredő hozam BIM-BSc 2009

41 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései Sejttömeg C-tartalma Szubsztrát C-tartalma 0,46-0,5 50% Glükóz:0,4 Irjunk fel egy anyagmérleget a beépülő szénre BIM-BSc 2009

42 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései Termék mennyiségébõl becsülhető Y E értéke Asszimilált Disszimilált Törzs Táptalaj szubsztrát hányad % Streptococcus faecalis anaerob tenyészet komplett 298 Saccharomyces cerevisiae komplett anaerob tenyészet 298 aerob tenyészet 1090 Aerobacter cloaceae minimál EtOH élesztő, cukor AcOH A.aceti, alkohol NADH !!! Glükonsav A.suboxydans, glükóz 1,2,3, BIM-BSc 2009

43 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései ? NÖVEKEDÉSFENNTARTÁS -maintenance SEJTMOZGÁS OZMOTIKUS MUNKA RENDEZETTSÉG FENNTARTÁSA II.főtétel reszintézis BIM-BSc 2009

44 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései !!! modell BIM-BSc 2009

45 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései Fajlagos maintenance Koefficiens g/gh =h -1 Eredő hozamra: BIM-BSc 2009

46 μ Két grafikus ábrázolási módszer

47

48 MONOD modell-család EREDETILEG ÁLLANDÓ Y „hozamkonstans”, de.... BIM-BSc 2009

49 SZUBSZTRÁT TELJES FELVETT C Termék Sejt TELJES CO 2 TERMELÉS TERMÉK C GÁZFÁZISBAN MÉRHETŐ CO 2 TELJES FELVETT SZÉN KÖZVETLENÜL SEJTBE ÉPÜLT SZÉN Aanyagcsere során Felszabadult CO 2 CO 2 FIXÁLÁSSAL SEJTBEÉPÜLT SZÉN

50

51 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései ATP-hozam g/mol mol/mol 10,5 g/mol tenyésztési fajlagos maintenance körülmények koefficiensek m m ATP Aerobacter cloaceaeaerob, glükóz 0,09414 Saccharomyces cerevisiae anaerob glükóz 0,0360,52 + 0,1 mol/dm 3 NaCl Saccharomyces cerevisiaeanaerob, glükóz +1,0 mol/dm 3 NaCl 0,3602,2 Penicillium chrysogenum aerob 0.,0223,2 Lactobacillus casei aerob, glükóz 0,1351,5 (8,3-32) BIM-BSc 2009

52 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései Oxidatív foszforilezés hatékonysága „P/O hányados” mol/gatom NADH + H + + 1/2O ADP + 3 H 3 PO 4 NAD ATP + 4 H 2 O 3/1=3 BIM-BSc 2009

53 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései HŐ(TERMELÉSI)HOZAM SEJTTÖMEG ÉGÉSHŐ SZUBSZTR.ÉGÉSHŐ METABOLIKUS HŐTERMELÉS csak ha nincs extracelluláris metabolit termelés ha van.... BIM-BSc 2009

54 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései RQ respirációs hányados C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO H 2 O RQ max = 1 2C 2 H 5 OH + 6 O 2 4 CO H 2 O RQ max =4/6= 0,67 C 6 H 12 O 6 C 2 H 5 OH + CO 2 2 CH 3 OH + 3 O 2 2 CO 2 + 4H 2 O C 2 H 2 O 4 + ½ O 2 2CO 2 + H 2 O RQ max = RQ max =2/3= 0,67 RQ max =2/ ½ = 4 BIM-BSc 2009

55 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései PÉLDA (116) Becsüljük meg, hogy mekkora a P/O hányados egy Aerobacter aerogenes folytonos tenyésztése során, ha szintetikus, glükóz alapú tápoldatot használunk. Méréseket végeztünk a mikroba aerob és anaerob tenyésztése során. A mikroba anaerob körülmények között ecetsavat termel. EREDMÉNYEK: ANAEROB tenyésztés:  =0,4 h -1. Fajlagos glükóz fogyási sebesség Q S =0,0154 mol/g.h Fajlagos acetát képződési sebesség Q A =0,0102 mol/g.h Eredő hozam Y X/S =0,144g/g. AEROB tenyésztés: :  =0,4 h -1. Q S =0,0062 mol/g.h Eredő hozam Y X/S =0,36g/g. Fajlagos légzési sebesség Q O2 =0,01078 mol/g.h BIM-BSc 2009

56 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései A glükóz anyagcseréje során hol és mennyi ATP képződik? Anaerob esetben „szubsztrátszintű” foszforilezés folyamataiban: 1 mol glükózból 2 mol ATP glikolízis 1 mol az acetátképződés során Aerob esetben : + oxidatív foszforilezés ATP termelése (de nincs ecetsav termelés). Ismernünk kell az Y ATP/S értékét Minimál (szintetikus) tápoldaton Q S = (Q S ) beépülés + (Q S ) energiatermelés (Q S ) beépülés könnyen számítható a C-re felírt anyagmérlegből:  1 (Q S ) beépülés =  2   1 = 72 g/180 g =0,4 glülóz C-tratalma  2 = 0,5 a mikroba szárazanyag tartalma. (Q S ) beépülés =(  2 /  1 )  Q S =  /Y X/S  = Q S Y X/S PYR AcCoEA AcOH CO 2 ATP BIM-BSc 2009

57 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései (Q S ) beépülés =(  2 /  1 )  Q S =  /Y X/S  = Q S Y X/S Q ATP = (Q S ) energiatermelés.2+Q A.1 = 0,0374 mol/gh Y ATP =  /Q ATP =10,69 g/mol. BIM-BSc 2009

58 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései Aerob esetben Ua!!! Q ATP =  / Y ATP mol ATP/gatom O 2 BIM-BSc 2009

59 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései BIM-BSc 2009


Letölteni ppt "A mikroba szaporodás alapösszefüggései BIM-BSc 2009 FERMENTÁCIÓS FOLYAMATOK ÉS MŰVELETEK."

Hasonló előadás


Google Hirdetések