Величины и расчетные параметры, применяемые для управления биотехнологическими процесами
| Измеряемые параметры | Расчеты на базе измерений |
| Концентрация основных субстратов и продуктов в культуральной среде (сахара, спирты, органические кислоты и пр.) | Продуктивность (кг/м3 ч) Удельная скорость роста, m(ч–1) Скорость потребления субстрата, rs (кг/кг∙ч) |
| Концентрации важнейших внутриклеточных компонентов (ферменты метаболизма углерода, ключевые метаболиты, АТФ, НАДФ и др.) Концентрация биомасс Состав микрофлоры в культуре. Концентрация растворенных О2 и СО2 в культуральной среде Концентрация целевого продукта | Скорость образования продукта, rp(кг/кг·ч) Экономический коэффициент, Yp, Yx (кг/кг) Объемный коэффициент массопередачи по кислороду, K vp (ч –1) Энергетический выход биосинтеза, h Теплопродукция Суммарный удельный расход сырья |
Критерии оценки эффективности процессов
1 Скорость роста продуцента dX / dt = m X, [г/л·ч],
где dX / dt – скорость роста, [г/л·ч],
Х – концентрация биомассы, [г/л],
m – коэффициент пропорциональности («удельная скорость роста»). [1/ч],
2 Продуктивность процесса П= r s Yp/s X [г/л·ч],
где r s – скорость потребления субстрата (метаболический коэффициент), [1/ч],
Yp/s – выход продукта (экономический коэффициент),
Yp/s = P /(S о – S), р – продукт, s – субстрат, [г/л].
3 Выход биомассы Yx/s = X /(S о – S),
где S и S о – конечная и исходная концентрации субстрата.
4 Непродуктивные затраты субстрата h = Y эксп. / Y теор. < 1.
(h) – это затраты энергии субстрата, которые не проявляются в приросте продукта.
Идеальный проточный реактор с полным перемешиванием (ПРПП)
Основ. аппарат. эл-том биотехн.пр-са- биореактор.
ПРПП предназначен для непрерывного культивирования популяций клеток.
(3)
- кол-во молей 
в единице объема культуры;
-кол-во образовавшихся в реакции молей 
в единице объема культуры за единицу времени
(6)
F-объемная скорость потока р-ра пит. вещ-в и вытекающего потока
объем культуры
-концентрация компонента в реакционной смеси и вытекающем потоке
- молярная концентрация компонента в потоке питательных вещ-в
D- скорость разведения
(ч –1) (7)
D- скорость разведения
F-объемная скорость потока р-ра пит. вещ-в и вытекающего потока
объем культуры
Кинетика сбалансированного роста
Моделирование и анализ кинетики роста популяций клеток мы начнем с неструктурированных моделей, в которых биофаза характеризуется только величиной клеточной массы или численной концентрацией. Уравнение материального баланса клеточной массы для ПРПП в стационарном состоянии будет выглядеть следующим образом:
(8)
-клеточная масса в единице объема культуры
удельная скорость роста клеток
D- скорость разведения
Часто поступающий в проточный реактор поток раствора питательных веществ состоит только из стерильного питательного вещества, так что Xf = 0. В таком случае из уравнения (7.8) следует, что отличная от нуля популяция клеток может существовать в стационарном состоянии только при
(ч –1)
D- скорость разведения
- удельная скорость роста клеток (9)
