540 likes | 665 Views
BIM - B Sc 200 9. A mikroba szaporodás alapösszefüggései. FERMENTÁCIÓS FOLYAMATOK ÉS MŰVELETEK. BIM SB 2001. BIM - B Sc 200 9. TÖRZS. S. S. TÁPANYAGOK. 2. i. KEVERÉS. OLTÓANYAG. 1. 2A. STERILEZÉS. 4A. ANYAGÁTADÁS. MÉRÉS. 5. MATEMATIKAI. ?. ?. ADATOK. MODELL. 3. 6.
E N D
BIM-BSc 2009 A mikroba szaporodás alapösszefüggései FERMENTÁCIÓS FOLYAMATOK ÉS MŰVELETEK
BIM SB 2001 BIM-BSc 2009 TÖRZS S S TÁPANYAGOK 2 i KEVERÉS OLTÓANYAG 1 2A STERILEZÉS 4A ANYAGÁTADÁS MÉRÉS 5 MATEMATIKAI ? ? ADATOK MODELL 3 6 SZABÁLYOZÁS REAKTOR VEZÉRLÉS TERMÉK FELDOLGOZÁSI 7 MŰVELETEK LEVEGÕZTETÉS 4B ANYAGÁTADÁS Mi kell egy termelő fermentációs folyamathoz?
BIM-BSc 2009 A VILÁG LEGKISEBB KÉMIKUSAI
BIM-BSc 2009 Saccharomyces cerevisiae Vibrio cholerae E.coli Aszexuális gombanövekedés Mucor circenelloides
BIM-BSc 2009 n=1 n=2 n=3 n=4 . . 1=X0*20 2=X0*21 A mikroba szaporodás alapösszefüggései 4=X0*22 8=X0*23 16=X0*24 n:a generációk száma X=X02n BINÁRISAN OSZTÓDÓ MIKROORGANIZMUS
BIM-BSc 2009 Sejtszám db/ml A mikroba szaporodás alapösszefüggései N, x a generációk száma Generációs idő - doubling time generation time Sejttömeg: sz.a. mg/ml, g/l,kg/m3 MONOD, 1942 μ: fajlagos növekedési sebesség
BIM-BSc 2009 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései FAJLAGOS NÖVEKEDÉSI SEBESSÉG h-1
BIM-BSc 2009 Jacques Monod A mikroba szaporodás alapösszefüggései μ és a generációs idő kapcsolata: Ν : fajlagos szaporodási sebesség
BIM-BSc 2009 x A mikroba szaporodás alapösszefüggései x0 t VALÓSÁG
x óra Exponenciális növekedés X0=2 és μ=0,5 VALÓSÁG
BIM-BSc 2009 x EXPONEN- CIÁLIS FÁZIS A mikroba szaporodás alapösszefüggései GYORSULÓ NÖVEKE- DÉSI SZAKASZ LAG SZAKASZ HANYATLÓ FÁZIS x0 t
BIM-BSc 2009 hany L stac Gy exp lg x exp pusztulási idő Élő sejtszám idő
BIM-BSc 2009 x x A mikroba szaporodás alapösszefüggései x0 t μ t
BIM-BSc 2009 m mmax mmax 2 Skritikus KS S MI AZ OKA A HANYATLÓ FÁZISNAK? • TÁPANYAG LIMITÁCIÓ • TOXIKUS METABOLIT TERMÉK(EK) • 3. HELYHIÁNY A mikroba szaporodás alapösszefüggései MONOD- modell KRITIKUS KONCENTRÁCIÓ FOGALMA LIMITÁLÓ SZUBSZTRÁT
BIM-BSc 2009 ~~ ~~ m mmax m mmax C-forrás N-forrás KSC SkrC S0C KSN SkrN S0N FERM.IDEJE FERM.IDEJE FERM.IDEJE FERM.IDEJE mmax ~~ ~~ m m mmax O2 VITAMIN-forrás KSV KSO SkrO S0O S0V SkrV MELYIK S LESZ LIMITÁLÓ S ??? A mikrobaszaporodás alapösszefüggései LIMITÁLÓ SZUBSZTRÁT FOGALMA
BIM-BSc 2009 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései
BIM-BSc 2009 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 HOZAM: A mikrobaszaporodás alapösszefüggései MINDÍG IGAZ: Exponenciális és Hanyatló fázisban: megoldható diffegy.rendszer MONOD-modell egyenletei
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család Több limitáló szubsztrát interaktív vagy multiplikatív leírás: additív leírás súlyfüggvények nem interaktív leírás
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család KÉT LIMITÁLÓ S SPECIÁLIS ESETE C-forrás, oxigén Lineáris növekedés
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család SZUBSZTRÁT INHIBÍCIÓ
BIM-BSc 2009 m S MONOD modell-család Monod-modell „javításai” Teissier egyenlet Moser egyenlet Contois egyenlet mmax
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család
Primer anyagcsere termék Szekunder anyagcsere termék profázis idiofázis x x x P P P t t t μx μx μx μP μP μP t t t MONOD modell-család GAEDEN-féle termékképződési típusok
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család TERMÉKKÉPZŐDÉS KINETIKAI LEÍRÁSA LUEDEKING – PIRET MODELL I: 0és = 0 növekedéshez kötött termékképzõdés II: = 0és 0 növekedéshez nem kötött termékképzõdés III: 0 és0 vegyes típusú fermentáció.
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család toxikus metabolit termékek hatása: sok termék: EtOH, tejsav... HINSHELWOOD - modell FRIEDMAN és GADEN modellje Lactobacillus delbrückii tejsavfermentációjára P’ = P vagy I Aiba és munkatársai modellje
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család Kompetitív termék inhibíció Nemkompetitív termék inhibíció EtOH ha >5%
BIM-BSc 2009 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései TÁPOLDATOK, TÁPTALAJOK HOZAMKIFEJEZÉS ÁLTALÁNOSITÁSA
BIM-BSc 2009 C-forrás és hasznosulás Mire forditódik a C-forrás? energiatermelés beépülés A mikrobaszaporodás alapösszefüggései Eredő hozam energiahozam szénhozam
BIM-BSc 2009 Irjunk fel egy anyagmérleget a beépülő szénre A mikrobaszaporodás alapösszefüggései Sejttömeg C-tartalma Szubsztrát C-tartalma 0,46-0,5 50% Glükóz:0,4
BIM-BSc 2009 Termék mennyiségébõl becsülhető YE értéke EtOH élesztő, cukor AcOH A.aceti, alkohol NADH !!! Glükonsav A.suboxydans, glükóz A mikrobaszaporodás alapösszefüggései 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 minimál55 45 1,2,3,
BIM-BSc 2009 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései ? NÖVEKEDÉS FENNTARTÁS -maintenance SEJTMOZGÁS OZMOTIKUS MUNKA RENDEZETTSÉG FENNTARTÁSA II.főtétel reszintézis
BIM-BSc 2009 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései !!! modell
BIM-BSc 2009 Fajlagos maintenance Koefficiens g/gh =h-1 A mikrobaszaporodás alapösszefüggései Eredő hozamra:
BIM-BSc 2009 MONOD modell-család EREDETILEG ÁLLANDÓ Y „hozamkonstans”, de....
SZUBSZTRÁT TELJES FELVETT SZÉN TELJES FELVETT C KÖZVETLENÜL SEJTBE ÉPÜLT SZÉN Aanyagcsere során Felszabadult CO2 TERMÉK C TELJES CO2 TERMELÉS Sejt CO2 FIXÁLÁSSAL SEJTBEÉPÜLT SZÉN Termék GÁZFÁZISBAN MÉRHETŐ CO2
BIM-BSc 2009 g/mol ATP-hozam mol/mol 10,5 g/mol g/mol (8,3-32) A mikrobaszaporodás alapösszefüggései tenyésztésifajlagos maintenance körülmények koefficiensek m mATP Aerobacter cloaceae aerob, glükóz 0,094 14 Saccharomyces cerevisiae anaerob glükóz 0,036 0,52 + 0,1 mol/dm3 NaCl Saccharomyces cerevisiae anaerob, glükóz +1,0 mol/dm3 NaCl 0,360 2,2 Penicillium chrysogenumaerob 0.,022 3,2 Lactobacillus caseiaerob, glükóz 0,135 1,5
BIM-BSc 2009 Oxidatív foszforilezés hatékonysága mol/gatom „P/O hányados” A mikrobaszaporodás alapösszefüggései 3/1=3 NADH + H+ + 1/2O2 + 3 ADP + 3 H3PO4 NAD+ + 3 ATP + 4 H2O
BIM-BSc 2009 METABOLIKUS HŐTERMELÉS A mikrobaszaporodás alapösszefüggései SEJTTÖMEG ÉGÉSHŐ SZUBSZTR.ÉGÉSHŐ HŐ(TERMELÉSI)HOZAM csak ha nincs extracelluláris metabolit termelés ha van....
BIM-BSc 2009 RQ respirációs hányados A mikrobaszaporodás alapösszefüggései C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6 H2O RQmax = 1 2C2H5OH + 6 O2 4 CO2 + 6 H2O RQmax =4/6= 0,67 C6H12O6C2H5OH + CO2 RQmax = RQmax =2/3= 0,67 2 CH3OH + 3 O2 2 CO2 + 4H2O C2H2O4 + ½ O2 2CO2 + H2O RQmax =2/ ½ = 4
BIM-BSc 2009 PÉLDA (116) Becsüljük meg, hogy mekkora a P/O hányados egy Aerobacter aerogenes folytonos tenyésztése során, ha szintetikus, glükóz alapú tápoldatot használunk. Méréseket végeztünk a mikroba aerob és anaerob tenyésztése során. A mikroba anaerob körülmények között ecetsavat termel. EREDMÉNYEK: ANAEROB tenyésztés: =0,4 h-1. Fajlagos glükóz fogyási sebesség QS=0,0154 mol/g.h Fajlagos acetát képződési sebesség QA=0,0102 mol/g.h Eredő hozam YX/S=0,144g/g. AEROB tenyésztés: : =0,4 h-1. QS=0,0062 mol/g.h Eredő hozam YX/S=0,36g/g. Fajlagos légzési sebesség QO2=0,01078 mol/g.h A mikrobaszaporodás alapösszefüggései