Закономерности процесса культивирования аэробных микроорганизмов в одно- и двухсекционном биореакторе

• Автор: Харитонова, Людмила Юрьевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 184 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Классификация биотехнологических процессов

1.2. Обзор кинетических зависимостей

1.3. Аппаратурное оформление процессов глубинного культивирования микроорганизмов.

1.4. Математические модели роста микроорганизмов в биореакторах.

1.5. Элементы качественной теории исследования дифференциальных УРАВНЕНИЙ

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. ДИАМИКА ФЕРМЕНТЕРА НЕПРЕРЫВНО О ДЕЙСТВИЯ КИНЕ

ТИКА МОНО МОНО.
2.1. Математическая модель динамического режима ферментера .
2.2. Стационарные состояния ферментера
2.3. Чувствительность информационных каналов ферментера
2.4. Расчет степени устойчивости процесса культивирования
2.5. Влияние управляющих воздействий на степень устойчивости процесса культивирования
2.6. Качественное исследование системы культивирования
2.7. Выводы.
3. РЕЖИМЫ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ ОГРА
НИЧЕНИЯХ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПЕРЕМЕННЫЕ
3.1. Стационарные состояния процесс а культивирования в биореакторе ПРИ ОГРАНИЧЕНИИ и0,2у
3.2. Стационарные состояния процесса культивирования в биореакторе ПРИ ОГРАНИЧЕНИЯХ И0,2м и к 0,.
3.3. Стационарные состояния процесса культивирования в биореакторе в условиях ограничений м0,2мЛ ек 0, и о2
3.4. Выводы
4. ДИНАМИКА ФЕРМЕНТЕРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ КИНЕ
ТИКА ЭНДРЮСА М
4.1. Математическая модель динамического режима ферментера
4.2. Стационарные состояния ферментера.
4.3. Расчет степени устойчивости процесса культивирования
4.4. Качественное исследование системы культивирования
4.5. Выводы
5. ДИНАМИКА ПРОЦЕССА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ В СЕКЦИОННОМ
ФЕРМЕНТЕРЕ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ.
5.1. Математические модели первой и второй секций ферментера .
5.2. Стационарные состояния секционного ферментера.
5.3. Сравнение различных соотношений объемов секций ферментера .
5.4. Расчет степени устойчивости процесса в секционном ферментере .
5.5. Выводы
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Так, Мозер [7] предложил уравнение (зависимость 2, табл. Таблица 1. Моно. Однако Годи [5] показал, исходя из анализа экспериментального магериала, что уравнение Мозера не имеет преимуществ перед зависимостью Моно. Уравнение Эндрюса (зависимость 3) используется для описания ингибирования роста или биосинтеза высокими концентрациями субстрата. Такое уравнение описывает зависимость скорости роста Propionibacterium schermanii от концентрации лактата []. В статье [5] исследована модель Эндрюса при наличии отмирания микроорганизмов. Крылов Ю. М. и соавторы [], К. Пэрт [8], Э. В этом уравнении К- коэффициент активатора, К2 - коэффициент, показывающий во сколько раз р>рт при S—»со. В этом случае при 5=0. Для аэробных микроорганизмов аналогичные уравнения применяются для описания зависимости скорости роста микроорганизмов и от концентрации кислорода С [0]. В ряде процессов микробиологического синтеза на скорость роста клеток и оказывают влияние продукты метаболизма. Наиболее раннее выражение представлено Хиншельвудом в работе [1]. Иерусалимский II. Д. предложил кинетическое уравнение, учитывающее влияние ингибирующих продуктов по неконкурентному типу на примере процесса синтеза с участием Propionibacterium schermanii []. В публикации [1] использовали более сложную форму кинетического уравнения Иерусалимского. Аиба С. Изучалось влияние продуктов метаболизма на процессы культивирования и биосинтеза с участием одного вида [6,5] и двух видов микроорганизмов [5-6]. Многофакторные кинетические уравнения. Из рассмотренных ранее однофакторных уравнений, описывающих влияние субстрата и кислорода, могут быть построены соответствующие многофакторные зависимости В частности, используются следующие мультипликативные зависимости: Моно-Моно [7-8, 0, 8, 3, 0], Эндрюса - Моно [8-9,3], Эндрюса - Эндрюса [2], Пэрта - Моно [8]. Возможно использование и других сочетаний (например, уравнения, учитывающие влияние двух субстратов и продукта, субстрата и двух продуктов, двух субстратов и двух продуктов [,0,7]). Достаточно подробный обзор кинетических зависимостей, учитывающих влияние двух субстратов, приведен в [4], графические представления мультипликативных выражений показаны в издании []. Разработанная Иерусалимским концепция «узкого места» позволила, создать целый ряд моделей, в которых учитывалось влияние концентраций субстратов, температуры, pH и других факторов []. В соответствии с этим вся биомасса рассматривается как гомогенная среда с протекающими в ней биохимическими процессами, общая скорость протекания которых определяется наиболее медленной реакцией. Но процессы, в которых на удельную скорость роста клеток воздействуют одновременно два субстрата, не объясняются, поскольку считается, что другой субстрат, начинает действовать только, когда он становится лимитирующим []. Появились кинетические зависимости, основанные на различных механизмах ферментативной кинетики, учитывающие одновременное влияние двух субстратов. Некоторые из таких уравнений, учитывающих зависимость удельной скорости ц от концентраций субстрата и кислорода, приведены в таблице 1. Двойное метанол - кислородное лимитирование описано с помощью ферментативной схемы с образованием тройного фермент-субстратного комплекса (уравнение 1) []. Это уравнение отличается от зависимости Моно тем, что коэффициент К$гК! А^. Для описания одновременного влияния кислорода и углеродного субстрата предложено уравнение 2 []. Считая, что лимитирующим звеном является окисление цитохромов, в результате которого выделяется эквивалентное количество АТФ, находили уравнение удельной скорости роста. Таблица 1. Продолжение таблицы 1. При культивировании на двух субстратах одного назначения, проявляется эффект диауксии (двухфазный рост), обусловленный изменением метаболического механизма в процессе роста. При диауксии клетки сначала усваивают один источник углерода, а затем, когда это питательное вещество исчерпывается, клетки переключаются на усвоение другого источника углерода [,9]. Для описания такого процесса используется уравнение 3 [4]. Зависимость 4 (табл.