CO 2 OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS glükóz (6 C-atom) G-6-P F-6-P F-1,6-diP Gliceraldehid-P (3C-atom) PEP Pyr Ac-CoA ATP ADP ATP ADP 1,3-diP-glicerát ADP ATP ATP 3-P-glicerát ADP 2-P-glicerát 2H 2H BIM SB LÉGZÉS AZ OXIGÉN SZEREPE Oxálacetát citrát 2H Malát Cis-akonitát NAD 2H Fumarát CO 2 Szukcinát 2H CO 2 i-citrát α keto-glutarát 2H koenzimq 2*3 CO 2 + 5*2H = C 6 H 12 O 6
OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS BIM SB FP 2 2e - 1/2O 2 KJ NAD FP 1 KoenzimQ cyt b cyt c cyt a cyt a 3 2H + H 2 O 0,4 NAD 168 84 ATP Q 0,27 V 51,2 kj b ATP c 0,22 V 41,6 kj a ATP 0,53 V 100 kj -0,8 ADP + P i ATP + H 2 O G ο =+7,3 kcal =30,7 kj a 3 VÉGS ELEKTRONAKCEPTOR
OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS Az oxigén is lehet limitáló szubsztrát BIM SB A mikrobák oxigénigényét két módon lehet megadni: 1. légzési sebesség = dc dt 2. fajlagos légzési sebesség [ mmol O 2 / dm 3.h], [kg O 2 / m 3.h] Q dc = 1 [ h x dt -1 ] dx dt = c µ max KO2 + c x x YO = c
dc dt OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS 1 dx = = Y dc O 1 Y O µ max K O 2 c + c x BIM SB Q 1 dc = = x dt 1 Y O µ max K O 2 c + c 1 1 = + Y Y O m O max OG µ Q Q max
OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS BIM SB Q Q max =µ max /Y O Q Q max els rend kinetika nulladrend kinetika Q Q c max K K O2 C kr C O 2
OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS BIM SB A glükóz és oxigén, mint szubsztrátok összehasonlítása (Saccharomyces cerevisiae) Glükóz Oxigén Koncentráció a fermentlében 1% 104 mg/dm3 7 mg/dm3 Kritikus koncentráció 50 mg/dm3 0,7 mg/dm Fajlagos felhasználási sebesség 580 mg/g.h 208 mg/g.h
OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS Oxigénátadás tápoldatban BIM SB k l δ g O 2 C mikroba flokkulum k g δ l gomba pellet egyedi sejt
OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS dc dt ( * C) = K a C L BIM SB ( ) L C = C * 1 e K a. t C C * dc dt K L a.c * t t
OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS Fermentációs körülmények között BIM SB oldódási sebesség fogyasztási sebesség dc dt ( * ) = K a C C xq L dc = 0 K a * dt ( C C) xq L =
OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS BIM SB egyensúlyi C 100% 100% C * C * 1 2 3 min 10 20 óra
OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS BIM SB 2001 KEVERÕMÛ LEVEGÕELOSZTÓ
dc dt leveg ztetés2 ( * ) = K a C C xq L Mit l függ és hogyan a telítési oxigén koncentráció, C*? Mit l függ és hogyan a K L? Mit l függ és hogyan az a? Mit l függ és hogyan a K l a?
MIVEL NÖVELHETN VELHET C* ÉRTÉKE? ÖSSZNYOMÁS p O2 GÁZÖSSZETÉTEL TISZTA OXIGÉN H MÉRSÉKLET TÁPOLDATÖSSZETÉTELTEL
CALDERBANK és MOO-YOUNG LEVEG ZTETÉS A legtöbb 3 laboratóriumi és ipari leveg ztetett reaktorban a buborékok csoportokban, fürtökben mozognak fel vagy/és le, a buborékok egymással is kölcsönhatásban vannak (hatnak egymás mozgására. ((egyenként, egymástól függetlenül felszálló buborékokkal operáló esete a valóságban ritka)) Sh kldb = = D d b < 2,5 mm O 2 1 1 3 0, 31Gr 3Sc Sh hidrofil anyagok kicsiny kyukak (szinterezett, buborékkolonnák) d b >2,5 mm k Ld b = = D O 2 tiszta víz szitatányér 1 0, 42Gr 3Sc 1 2 Gr = Sc = felhajtóerõ belsõ súrlódási erõ momentum diffuzivitás tömeg diffuzivitás 3 d ρg ρ µ µ ρd ( ) 3 d ρ g ρ ρ l l g 2 2 l b µ l µ l ρ D O2
felhajtóerõ viszkózus visszatartó erõ b u b o r é k á t m é r õ n õ d b
a = H 6 0 d b GÁZVISSZATARTÁS= Hold up = GÁZTÉRFOGAT ÖSSZTÉRFOGAT Hogyan lehet növelni?
Oxigénátadás kevert reaktorban steril tömítés habtörõ hûtõvíz spirál törõlap flat blade turbinakeverõ
MSG, JAPÁN HOFU 63420 GALLON 100 FEET
A keverés szerepe, funkciói: -energiabevitel a folyadékba MOZGATÁS H P/V K L a -a leveg ztet gáz diszpergálása a folyadékban - BUBORÉKKÉPZÉS, ANYAGÁTADÁS -a gáz- és folyadékfázis elválasztása FORDÍTOTT A.ÁTADÁS CO 2 -a fermentlé oldott és nem oldott komponenseinek jó elkeverése ÁLTALÁNOS KEVEREDÉSI FUNKCIÓ szubsztrátok, termékek...
d w h r propellerkeverõ d s d i egyenes lapátú nyitott turbinakeverõ (flat blade) lapátkeverõ
keverõ primer folyadék áramlás szekunder folyadék áramlás buborékmozgás kis gázsebességnél buborékmozgás nagy gázsebességnél
2002 állandó geometriájú bioreaktorra 5 m P = A D N 3 ρ Re Fr i n teljesítményszám (Ne=Newton-szám vagy Eu=Euler-szám) : N P P = = A Re 5 D N 3 ρ i m Fr n
LEVEG ZTETÉSSEL P csökken 3 F m / s 2 Di π 2 m látszólagos felületi(lineáris) légsebesség Na = = 4 = kever ker ületi sebessége ND π m / s i F ND 3 i Jó g/f diszperzió rossz g/f diszperzió Pg = f ( Na ) P 0,25-0,4 P g /P flooding elárasztás LEVEGÕZTETÉSI SZÁM*10 2 Q/ND i 3
K a L P g V 0, 4 v 0, 4 0, 5 s N labor fermentorokra K a L P g V α β 0, 5 s v N általánosan α β mérett l függ állandók, 0,3 0,95 0,50 67