Berechnung/Kinetik des Substratverbrauchs in Batch- und Continuous-Kulturen

Das Verständnis der Kinetik des Substratverbrauchs ist für die Optimierung des mikrobiellen Wachstums in Bioreaktoren von wesentlicher Bedeutung. Es beinhaltet die Analyse, wie Substrate im Laufe der Zeit sowohl in Batch- als auch in kontinuierlichen Kulturen verwendet werden. Dieses Wissen hilft bei der Steuerung von Prozessparametern und der Verbesserung der Produktausbeuten.

Substratverbrauch in Batchkulturen

In Batchkulturen werden Substrate verbraucht, wenn Mikroorganismen wachsen, bis Nährstoffe erschöpft sind oder sich hemmende Substanzen ansammeln Die Substratverbrauchsrate kann mit kinetischen Gleichungen wie Monod-Kinetik modelliert werden, die die Substratkonzentration mit der mikrobiellen Wachstumsrate in Beziehung setzen.

Die Monod-Gleichung wird ausgedrückt als:

μ = μmax * (S / (Ks + S))

Dabei ist μ die spezifische Wachstumsrate, μmax die maximale spezifische Wachstumsrate, S die Substratkonzentration und Ks die Halbsättigungskonstante.

Substratverbrauch in kontinuierlichen Kulturen

Bei kontinuierlichen Kulturen werden Substrate kontinuierlich zugeführt, und das System erreicht einen stationären Zustand. Der Substratverbrauch hängt von der Verdünnungsrate und der mikrobiellen Biomassekonzentration ab. Der Prozess wird oft mit dem Chemostat-Modell beschrieben.

Die stationäre Substratkonzentration (S) kann mit der Gleichung berechnet werden:

S = (K[s * D) / (μ[max - D)

Berechnung des Substratverbrauchs

Die Substratverbrauchsrate (qS) wird oft ausgedrückt als:

qS = (D * Sin - S) / X

Dabei ist D die Verdünnungsrate, Sin die Substratkonzentration im Feed, S die Restsubstratkonzentration und X die Biomassekonzentration.