FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ

Az előadások a következő témára: "FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ"— Előadás másolata:

1 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 sejttömeg: i-edik szubsztrát: Higítási sebesség

2 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 m3/h h-1 Higítási sebesség Dilution rate m3 h Átlagos tartózkodási idő Mean residence time

3 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Egy limitáló szubsztrát esetében ( ha a MONOD modell érvényes): Az állandósult állapot Szükséges és elégséges feltétele Állandósult állapotban μ=D KEMOSZTÁT

4 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 S x J , D 3 2 1 J=D . 03 02 01 tg a kemosztát rendszer mindig szubsztrát limitben mûködik KORLÁTOZOTTAN KIEGYENSÚLYOZOTT NÖVEKEDÉS (a hanyatló fázisnak felel meg!!!)

5 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 KEMOSZTÁT KONTROLL VÁLTOZÓI V CSAK TECHNIKAI KORLÁTJA VAN f D  μmax=DC S CSAK TECHNIKAI KORLÁTJA VAN: oldhatóság

6 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 PRODUKTIVITÁS: = max!!!

7 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Tranziens viselkedés 1.Indulás: áttérés a szakaszoról folytonosra Mindíg csak itt üzemelhet!!!

8

9 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 2. Ugrás v. Egyéb zavarás hatása: D, S0, T, pH... Stabilitás m mmax 2 KS Skritikus S MONOD monostabil (!!!)

10 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 I II III IV V VI S x(t) S(t) I fölémegy alámegy [x0,S0] II monoton nő monoton csökken III monoton nő fölémegy st-st IV alatta fölémegy V monoton csökken monoton nő VI monoton csökken alámegy x MONOSTABIL KEMOSZTÁT

11 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Szubsztrátinhibíció bistabil m mmax S S P 2 1 3 x = stabil állandósult állapot =stabil pont, kimosódás =instabil pont S0

12 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
Tartózkodási idő Hármas esély FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ BIM SB 2002 TARTÓZKODÁSI IDŐ ELOSZLÁS Hármas esély t=0 időben m0 t=t időben m :m0 dF a t és t + dt közé eső tartózkodási idejű anyaghányad. t.i.eloszlás sűrűségfüggvénye a tartózkodási idõ eloszlás függvénye.

13 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Az a hányad, amelynek ti-je t1 és t2 közé esik Tartózkodási idő eloszlásfüggvénye

14 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 0 és t között a rendszerben tartózkodó anyaghányad t és  között a rendszerben tartózkodó anyaghányad 0-tól  ideig a teljes anyagmennyiség kikerül a rendszerből

15 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Térfogatcserék hatása a folytonos kemosztát fermentációra (a tartózkodási idõ eloszlás értelmezése) térfogatcsere 1-F* F** Dt=0,2 h 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 t = 1/D

16 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Szakaszos fermentáció idődiagramja

17 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Szakaszos és folytonos rendszer összehasonlítása Szakaszos fermentáció idődiagramja CIKLUSIDŐ

18 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 xmax/x ln(xmax /x0): 1,6 - 4,6. A tl órát igényel, generációs idő óra max: 0,1-0,6 tlmax > (1-12). Jkemosztát /J szakaszos tg h tl=10 h tl=20 h 3 7 9 1,5 14 1,0 12 18

19 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Eltérések a kemosztáttól Nagy sebességgel képződő Intermedier termékek (Pyr,AcOH,...) D0,25DC

20 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 N-tartalom,sejtszám 1 x D Y 2 N,S limitáció 3 x x Y RNS Y 0,25D D D C D C Mg 2+ ,K + ,PO 3- limitáció C/energia limitáció 4 x 4 x 5 N-forrás, vagy a kénforrás a limitáló tényező Kisebb D-nél a C/en forrás feleslegben van: Tartaléktápanyagok szintézise (poliszaharidok,lipidek, β-OH-butirát) D komplex tápoldat-nemkemosztát falnövekedés D

21 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 x D RNS Y 3 Mg 2+ ,K + ,PO 4 3- limitáció 1 2 x x Y Y 0,25D D D C D C N,S limitáció C/energia limitáció x D 4 komplex tápoldat-nemkemosztát x D falnövekedés 5

22 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 x D falnövekedés 5 DC>μmax is elérhető!

23 x D x 0,25DC DC Y C/energia forrás limitál N,S limitáció
RNS-tartalom N,S limitáció Mg2+, K+, PO43- limitáció fenntartás Extracelluláris termékek N-tartalom, sejtszám

24 x D falnövekedés komplex tápoldat, nem-kemosztát

25 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Nem tökéletes keveredés bypass-

26 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 Kemosztát tervezése 1.Szakaszos kinetika ismeretében: μmax, Y, KS D 2.Szakaszos növekedési görbe (és deriváltja) ismeretében A B dx/dt tga=mmax a x dx/dt tga=mmax a x D D x x Választunk elmenőt, milyen Legyen a D? Választunk D-t, mi az elmenő?

27 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
dx/dt tgα=μmax a x α A B Választunk D-t, mi az elmenő? Választunk elmenőt, milyen Legyen a D? D

28 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
BIM SB 2002 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, sör Kutatás: kinetika, optimálás, tranziensek De: szekunder nem, bár penicillin...laborszinten

29 FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ
OPTIMÁLÁS BIM SB 2002 T: hőmérséklet tápoldat... x,J… T2 T1 állandósult állapot2 T3 állandósult állapot1 állandósult állapot3 idő

30 Bonyolultabb kemosztátok
egyáramú többlépcsős

31 Tervezés: dx/dt tga=mmax a x D1 D2 x1 x2 x3 D3

32 többáramú többlépcsős
V 1 x S 2 3 f =f +f 02 03

33 V f S (1+ a )f (1- α x xS fh= xh

34 S dializátor kemosztát táptalaj
Speciális kemosztát: integrált rendszer membrán modullal (pl. dialízis tenyésztés) S f X P táptalaj kemosztát dializátor