Основные показатели, характеризующие эффективность процесса микробиологического синтеза биомассы дрожжей

Любые химические и биохимические процессы характеризуют стехиометрическими уравнениями. Известно общее стехиометрическое уравнение биосинтеза биомассы дрожжей на основе питательных веществ субстрата с получением продуктов метаболизма [14]:

где Sj - питательные вещества субстрата; Pj - продукты; АСБ - абсолютно сухая биомасса.

Обычно самое простое стехиометрическое уравнение биосинтеза биомассы дрожжей составляют с использованием в составе питательного субстрата следующих компонентов: глюкозы в качестве источника углерода и гидроксида аммония - источника азота (источником азота для дрожжей могут быть неорганические вещества). Для этого кроме состава потребляемого субстрата, элементного состава биомассы, состава образующихся продуктов необходимо знать расходные коэффициенты для субстрата и выхода продуктов, которые определяют экспериментально.

Расходный коэффициент для субстрата а1 равен отношению потребляемого субстрата - Д S к приросту биомассы - A X:

Экономический коэффициент (Yj) выхода биомассы дрожжей по исходному потребляемому веществу определяют по формуле:

Известно следующее стехиометрическое уравнение для биосинтеза 1г биомассы дрожжей [14]:

Для расчёта стехиометрического уравнения был принят теоретический экономический коэффициент 0,51, т.е. на 1 г А.С.Д. расходуется 1,9608 г глюкозы (1/0,51) и состав биомассы дрожжей: 46,0% С; 6,8% Н; 8,8% N; 33,1% О, что соответствует простейшей формуле CHi,78 N0,16 0054 [14].

В реальных условиях экономический коэффициент выхода биомассы дрожжей от расхода углеводов ниже теоретического и зависит от условий ферментации дрожжей: температуры, pH, концентрации субстрата и растворимого кислорода в культуральной среде в биореакторе, в культуральной среде устанавливается определённая концентрация растворимого кислорода в зависимости от следующих двух процессов: абсорбции кислорода культуральной жидкостью и скоростью потребления его микроорганизмами. Абсорбция кислорода культуральной средой зависит от следующих факторов: состава и pH среды, температуры и интенсивности перемешивания (массообмена) и др. Скорость потребления кислорода микроорганизмами зависит от штамма дрожжей, его физиологической активности и удельной скорости роста, адаптации к концентрации углеводов в данном субстрате, концентрации биомассы дрожжей, условий ферментации и изменяется в процессе культивирования [14].

Особенно важно знать при культивировании сахаромицетов, что даже в аэробных условиях, но при недостатке кислорода в среде снижается прирост биомассы дрожжей и они начинают продуцировать этиловый спирт (эффект Патера). Что недопустимо, с увеличением абсолютно сухих веществ (а.с.в.) и вязкости в среде растворимость кислорода снижается. Минимальная концентрация кислорода в среде, при которой не наблюдается снижение скорости поглощения кислорода дрожжами и возможна их нормальная жизнедеятельность, составляет 0,25-0,3 г/л [14].

Известно, что кроме углеводов и другие органические вещества (спирты, альдегиды, кислоты, аминокислоты) могут быть источником углерода для дрожжей при ферментации их в условиях сильной аэрации среды.

При культивировании дрожжей на не осветлённых крахмалсодержащих субстратах продукт содержит кроме инактивированной биомассы дрожжей остаточные вещества культуральной среды. Поэтому эффективность процесса ферментации оценивают по расходному коэффициенту исходного сырья от выхода продукта, а также по степени биоконверсии углеводов, качеству продукта: содержанию сырого протеина и белка по Барнштейну.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >