Кинетические характеристики процесса биосинтеза.

КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА

Кинетические характеристики процесса отражают скорость протекания биохимических гтревращений. Эти превращения, естественно, отражаются на всех указанных участниках процесса — биомассе, продукте и субстрате.

Киветические показатели роста биомассы. Важным показателем процесса является скорость роста биомассы. Хотя сам вид кривой очень похож для различных микроорганизмов, время ферментации существенно различается. Для быстрорастущих бактерий весь цикл может закончиться за несколько

часов, а для мицелиальных микроорганизмов или изолированных клеток растений время составляет недели и месяцы.

дая описания скорости роста используется такая характеристика, как общая скорость роста. Этот показатель не вполне отражает физиологическое состояние биомассы в процессе его роста.

В первом процессе исходная концентрация биомассы меньше, во втором — больше. Поэтому хотя абсолютный прирост биомассы АХ за одинаковое время А (такой же, относительный прирост АХ/Х0 различается существенно: впервом случае количество биомассы возрастает в несколько раз по отношению к начальному, а во втором — по отношению к начальной биомассе рост составляет всего 20—30%. Ясно, что биомасса «работает в этих двух процессах по-разному, хотя и «выдает» одинаковое количество продукции за то же время.

Обычно больший интерес д.ля характеристики интенсивности роста представляет не величина , а удельная скорость роста в

пересчете на единицу биомассы (ведь рост биомассы пропорционален концентрации клеток):

Классификация процессов ферментации

По признаку целевого продукта процесса ферментация может быть следующих типов: 1) ферментация, в которой целевым продуктом является сама биомасса микроорганизмов; именно такие процессы часто обозначают словами «культивирование», «выращивание»; 2) целевым продуктом является не сама биомасса, а продукты метаболизма — внеклеточные или внутриклеточные; такие процессы часто называют процессами биосинтеза; 3) задачей ферментации является угилизация определенных компонентов исходной среды; к таким процессам относятся биоокясление, метановое брожение, биокомпостирование и биодегралация. Исходную среду в процессах ферментации или ее основной компонент часто обозначают словом субстрат. По основной- фазе, в которой протекает процесс ферментации, различаются: 1) поверхностная (твердофазная) ферментация (культивирование на агаровых средах, на зерне, производство сыра и колбас, биокомпостирование и др.); 2) глубинная (жидкофазная) ферментация, где бтiомасса микроорганизмов суспендирована в жидкой питательной среде, через которую при необходимости продувается воздух или другие газы; 3) газофазная ферментация, в которой процесс протекает на твердом носителе, где закрепляются микроорганизмы, но сами частицы носителя взвешеньт в потоке газа, насыщенном аэрозолем питательной среды. Надо сказать, что подобный способ ферментации используется довольно редко, в основном при очистке газов от вредных и одорирующих примесей. По отношению к кислороду- различают аэробнуто, анаэробную и факультативно-анаэробную ферментацию по аналогии с классификапией самих микрооргаiизмов. По отношению к свету — световая (фототрофная) и темновая (хемотрофная) ферментация. По степени защищенности от посторонней микрофлоры — асептическая, условно асептическая и неасептическая ферментация. Иногда асептическую ферментацию называют стерильной, что не- верно: в среде есть целевые микроорганизмы, но нет чужеродньтх. В условно асептической ферментации допускается некоторый уровень попадания посторонней микрофлоры, которая способна сосуществовать с основной или по содержанию не превышает определенного предела. По числу видов микроорганизмов - различают ферментации на основе монокультуры (или чистой культуры) и смешанное культивировацие, в котором осуществляется совместное развитие ассоциации двух или более культур. По способу организации - процессы ферментации могут быть: периодические; непрерывные; многопиклические; отьемно-доливные; периодические с подпиткой субстрата; полунепрерывные с подпиткой субстрата. Все эти виды ферментации (по способу их организации) легко идентифицировать но способу

загрузки сырья и выгрузки продукта.

В периодических процессах загрузка сырья и посевного материала в аппарат производится единовременно, затем в аппарате в течение определенного времени идет процесс, а после его завершения полученная ферментапионная жидкость выгружается из аппарата. В непрерывных процессах загрузка и выгрузка среды протекают непрерывно и одновременно, причем скорость подачи в аппарат свежей питательной среды равна скорости отбора из аппарата ферментационной жидкости. В итоге объем среды в аппарате сохраняется постоянным в течение длительного времени (рис. 4.2), теоретически —бесконечно, а практически — до какой-нибудь неполадки. Многоциклические процессы в основном напоминают периодические, но при выгрузке в аппарате оставляется часть ферментационной жидкости, которая служит посевньтм материалом для следующей ферментации (цикла), и только после этого добавляется свежая питательная среда. Такая организация процесса позволяет обойтись без специальной стадии приготовления посевного материала. В отьемно-доливных процессах ферментация в промежугках между загрузкой и разгрузкой аппарата протекает как периодическая, но после некоторого времени, определяемого по состоянию процесса, часть ферментативной ной среды вьггружают и заменяю свежей средой. В сравнении с многоциклическим процессом здесь меньше отбираемая часть жидкости, но зато и интервалы между отборам меньше и число отбор гораздо больше. Процесс при таких частых отборах и добавления среды протекает по- другому, чем в строго периодическом процессе, и часто имеет лучшие характеристики, а не только обеспечивает экономию на посевном материале.

В периодическом процессе с подпиткой субстрата часть среды загружается в начале ферментаии, а другая часть добавляется Непрерывно по мере протекания процесса (рис. 4.5). Естественным завершением процесса является переполнение аппарата, поэтому необходимо переходить на строго периодический процесс с максимальным объемом среды и быстро завершать его. Полунепрерывные процессы с подпиткой субстрата являются сочетанием оггьемно-доливных и подпиточньгх. В рассмотренном процессе с подпиткой после достижения определенного состояния происходит отбор части ферментационной жидкости из аппарата, а затем постепенное добавление субстрата до нового заполнения аппарата. В результате удается снять с одного аппарата во много раз больше культуральной жидкости, да и процесс при этом протекает значительно интенсивнее. Следует отметить, что во всех случаях здесь имеется в виду основной материальный поток жидкости. Воздух, например, для аэробной ферментации добавляется непрерывно даже и в периодических процессах, то же часто бывает при добавлении щелочи для регулирования величины рН или жидкого пеногасителя.