FERMENTÁCIÓS FOLYAMATOK ÉS MŰVELETEK

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

2001

FERMENTÁCIÓS FOLYAMATOK ÉS MŰVELETEK

E.coli Vibrio cholerae

Saccharomyces cerevisiae

Mucor circenelloides Aszexuális gombanövekedés

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

2001

BINÁRISAN OSZTÓDÓ MIKROORGANIZMUS

1=X₀*2⁰

2=X₀*2¹

4=X₀*2²

8=X₀*2³

16=X₀*2⁴

n=1

n=2

n=3

n=4

n:a generációk száma

. .

X=X₀2ⁿ

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

2001

t

n = t a generációk száma

Generációs idő - doubling time generation time

N, x

Sejtszám db/ml

Sejttömeg: sz.a.

mg/ml, g/l,kg/m³

n 0 t

t

0

2 x 2

x

x =

=

x dt .

dx = µ

µ: fajlagos növekedési sebesség

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

2001

x dt .

dx = µ

FAJLAGOS NÖVEKEDÉSI SEBESSÉG

dt dx x

≡ 1

µ ^h

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

2001

x dt .

dx = µ . N

dt

dN = ν

Ν

: fajlagos szaporodási sebesség

t 0 e x

x = ^µ N = N ₀ e ^{ν t}

µ és a generációs idő kapcsolata:

= ln µ 2 t

Jacques Monod

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

2001

x ∞

t

VALÓSÁG

x

t 0 e x x = ^µ

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

2001

x

x

t

LAG

SZAKASZ

GYORSULÓ NÖVEKE- DÉSI SZAKASZ

EXPONEN- CIÁLIS FÁZIS

HANYATLÓ FÁZIS

L Gy

exp hany

stac

pusztulási Élő sejtszám

idő

lg x exp

idő

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

2001

x

µ t

t

dt dx

x x

g

cot α = µ

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

A mikroba szaporodás alapösszefüggései

2001 MI AZ OKA A HANYATLÓ FÁZISNAK?

1. TÁPANYAG LIMITÁCIÓ

2. TOXIKUS METABOLIT TERMÉK(EK) 3. HELYHIÁNY

MONOD- modell

S K

S

S

max +

µ

= µ

µ µ

µ

2

Κ

S

S

KRITIKUS KONCENTRÁCIÓ FOGALMA LIMITÁLÓ SZUBSZTRÁT

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

LIMITÁLÓ SZUBSZTRÁT FOGALMA

µ µ

Κ

S

S

C-forrás

~ ~

FERM.IDEJE

µ µ

Κ

S

S

N-forrás

~ ~

FERM.IDEJE

µ

µ

Κ

S

S

O

~ ~

FERM.IDEJE

µ µ

Κ

S

S

VITAMIN

-forrás

~ ~

FERM.IDEJE

MELYIK SLESZ LIMITÁLÓ S ???

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

2001

dt dS x 1

dt dx x 1 S x dS Y

dx

s /

x

=

∆

= ∆

−

=

dt x r

= dx = µ

S x K

S Y

1 dt

r dS

S x K

S dt

r dx

S S / x S

S x

µ +

−

=

=

µ +

=

=

HOZAM:

MINDÍG IGAZ:

Exponenciális és Hanyatló fázisban:

MONOD-modell egyenletei

i s

/ x i

-Y vagy dS Y

dx

i

=

−

=

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

MONOD modell

MONOD modell- -család család BIM2

2002

MONOD modell

MONOD modell- -család család BIM2 2002

MONOD modell

MONOD modell- -család család BIM2 2002

Növekedéshez kötött Vegyes típus Növekedéshez nem kötött

x x x

P P P

µ

µ

µ

µ

µ

µ

GAEDEN-féle termékképződési típusok

Primer acs. termék Szekunder acs. termék

MONOD modell

MONOD modell- -család család BIM2 TERMÉKKÉPZŐDÉS KINETIKAI LEÍRÁSA 2002

LUEDEKING – PIRET MODELL r dP dt

dx dt x x

dP dt

P

P x

= = +

= = +

α β

µ αµ β 1

µ_P

µ_X β

tgφ=α φ

φ β

III.

I II.

I:

= 0 növekedéshez kötött termékképzõdés II:

= 0 és β>0 növekedéshez nem

kötött termékképzõdés III:

fermentáció.

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

2001

C-forrás és hasznosulás

x S x

S x

S

∆ + ∆

∆

= ∆

∆

∆

∆ S = ∆ S _c + ∆ S _E

Mire forditódik a C-forrás?

beépülés energiatermelés

szénhozam energiahozam

Eredő hozam

Y 1 Y

1 Y

1

E C x/s

+

=

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

2001

=

2

∆ x

α ^α

^{∆ S}

Sejttömeg C-tartalma Szubsztrát C-tartalma

0,46-0,5 50%

2 1 C c

S Y x

α

= α

∆ =

∆

Irjunk fel egy anyagmérleget a beépülő szénre

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

2001

Termék mennyiségébõl becsülhető Y

értéke

Asszimilált Disszimilált

Törzs Táptalaj szubsztrát hányad

% %

Streptococcus faecalis

anaerob tenyészet komplett 2 98 Saccharomyces cerevisiae komplett

anaerob tenyészet 2 98

aerob tenyészet 10 90

Aerobacter cloaceae minimál 55 45

EtOH élesztő, cukor

AcOH A.aceti, alkohol

NADH !!!

Glükonsav A.suboxydans, glükóz

1,2,3,

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

2001

∆ S = ∆ S _c + ∆ S _E

?

NÖVEKEDÉS FENNTARTÁS -maintenance

SEJTMOZGÁS OZMOTIKUS MUNKA

RENDEZETTSÉG FENNTARTÁSA II.főtétel reszintézis

Y x

S

x

S S

E

E g m

= =

+

∆

∆

∆

∆ ∆

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

2001

dS

dt Y dx

dt

x

= − 1 = − µ Y

dt dS dt dS Y µx dt

dS

E E

+

=

⎟ =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛

EG g

Y µx dt

dS = − mx

dt dS

−

=

µ x µ Y

x

Y mx

E EG

= +

1 1

Y Y

m

E EG

= +

µ

1 1

Y Y

m

E EG

= +

µ

!!!

modell

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

2001

1 1

Y Y

m

E EG

= +

µ

Fajlagos maintenance Koefficiens

g/gh =h

1 1 1

Y Y Y

m

x s / c EG

= + +

µ

Eredő hozamra:

m µ 1 1 Y

+ Y

Y_{x s/}

1 µ

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései

2001

RQ respirációs hányados

2 2

O CO 2

2

2 2

q q dt dO dt dCO O

CO = =

∆

∆

C

H

O

+ 6O

6CO

+ 6 H

O

C

H

O

+ CO

2 CH₃OH + 3 O₂ 2 CO₂ + 4H₂O C₂H₂O₄ + ½ O₂ 2CO₂ + H₂O

RQ_max=

RQ_max=2/3= 0,67 RQ_max=2/ ½ = 4

∞