 DVf ffV

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ ^{BIM SB}

P₁ P₂ 2002

S_o S,X

S,X

Friss tápoldat CSTR “leerjedt”

fermentlé P- szivattyú

f f

V

sejttömeg:

i-edik szubsztrát:

V dx

dt V dx

dt f x

növekedés

  

  .

V dS

dt fS fS

Y

dx dt

i i i

x S_i növekedés

   

 

, 

0 1/

V D f 

Higítási sebesség

V D f 

m

/h m

h

D t

1  ^h

Higítási sebesség Dilution rate

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ ^{BIM SB}

2002

 

dx

dt x Dx D x S

K S D x

S

    

 



  

 

  

Állandósult

állapotban = 0

dt dS és dt 0

dx 

 

dS

dt D S S x



   Y

D S

K S

D

S

D

   

max



max

illetve S = K

 

x Y S S Y S K D D

   





  

 

0 0



 

D S S x

0    Y

Egy limitáló szubsztrát esetében ( ha a MONOD modell érvényes):

μ=D

Az állandósult állapot Szükséges és elégséges feltétele

KEMOSZTÁT

KEMOSZTÁT

S x J, , S x,

D D

x x ₃

x ₂ x ₁

J=D

x

S

S03

S02 S01 S₀

t_g

    

 

D S

S K

kritikus

S

max 0 max

0

a kemosztát rendszer mindig szubsztrát limitben mûködik KORLÁTOZOTTAN KIEGYENSÚLYOZOTT NÖVEKEDÉS

(a hanyatló fázisnak felel meg!!!)

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ ^{BIM SB}

2002

KEMOSZTÁT KONTROLL VÁLTOZÓI KEMOSZTÁT KONTROLL VÁLTOZÓI

V CSAK TECHNIKAI KORLÁTJA VAN

f

D  μ_max=D_C

S₀ CSAK TECHNIKAI KORLÁTJA VAN:

oldhatóság

D

D



TRANZIENS

D

SZAKASZOS INDULÁS

D X

t Tranziens viselkedés

1.Indulás: áttérés a szakaszosról folytonosra

Mindíg csak Mindíg csak itt üzemelhet!!!

itt üzemelhet!!!

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ ^{BIM SB} Térfogatcserék hatása a folytonos kemosztát fermentációra 2002

(a tartózkodási idõ eloszlás értelmezése)

térfogatcsere 1-F* F**

Dt=0,2 h^-1. 5 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

1.1 0.0 Y

X 200

1

0,5

0 t (h)

0 1 2 3 4

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

1-F

0,367

TÉRFOGATCSERÉK SZÁMA

t = 1/D

Eltérések a kemosztáttól

x

D x

D x

D x

D

x

D

0,25D_C D_C

Y

Y

RNS

Y

1 2 3

C/energia limitáció N,S limitáció Mg²⁺,K⁺,PO₄^3-limitáció

4

komplex tápoldat-nemkemosztát falnövekedés

 



 



  



 





 





 



  







μ m Y

1 Y

1

D μ

D S K

x

μ μx m Y

1 Y

S 1 S

dt D dS

EG C

max 0 S

EG C

0

Nagy sebességgel képződő Intermedier termékek (Pyr,AcOH,...)

D0,25D_C

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ ^{BIM SB}

2002

x

D

x

D x

D

x

0,25DC D_C D

Y RNS

Y

1 3

C/energia limitáció

x

D

Y

2

N,S limitáció Mg²⁺,K⁺,PO₄^3-limitáció

4

komplex tápoldat-nemkemosztát falnövekedés

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)

x

0,25DC D_C D

Y

1

C/energia limitáció

x

D

Y

2

N,S limitáció

x

D

falnövekedés

x 5

D 4

komplex tápoldat-nemkemosztát

x

D

RNS

Y

3

Mg²⁺,K⁺,PO₄^3-limitáció

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ ^{BIM SB}

2002 x

falnövekedés D 5

   

Dx x x

D S S x x Y

f

f x S

 

  

 

 

0

/

D x

x

  





 1 

D

>μ

is elérhető!

Nem tökéletes keveredés Nem tökéletes keveredés

bypass-

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ ^{BIM SB}

2002

Kemosztát tervezése

1.Szakaszos kinetika ismeretében: μ_max, Y, K_S D

2.Szakaszos növekedési görbe (és deriváltja) ismeretében

dx /d t

tg=



x

dx /d t

tg=



x

A B

Választunk D-t, mi az elmenő? Választunk elmenőt, milyen Legyen a D?

D D

x

D D

x

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

Kutatás: kinetika, optimálás, tranziensek

De: szekunder nem, bár penicillin...laborszinten

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ ^{BIM SB}

2002

T₁ T₂

T₃

T: hőmérséklet tápoldat...

OPTIMÁLÁS

egyáramú többlépcsős

V₁

x₁

S₁

V₂

x₂ S₂

V₃

x₃

S₃ f

S₀

f f f

x₁S₁ x₂ S₂ x₃ S₃

1 2 3

többáramú többlépcsős

V₁

x₁

S₁

V₂

x₂ S₂

V₃

x₃

S₃ f

S₀

f₁ f₂=f₁+f₀₂ f₃=f₂+f₀₃ x₁ S₁ x₂ S₂ x₃ S₃

1 2 3

f₀₂ S₀₂

f₀₃ S₀₃

Tervezés:

dx /d t

tg=



x D₁

D₂

x₁ x₂ x₂x₃ D₃

V f

S₀

(1+)f

(1-)f

f

x S

x S

Kemosztát rendszerek visszatáplálással

FOLYTONOS FERMENTÁCIÓ ^{BIM SB}

2002

Speciális kemosztát: dialízis tenyésztés

S

S

X P

X

P

táptalaj dializátor fermentor

Auxosztátok

pH-auxosztát