Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния проблемы и постановка задач исследования 10
1.1. Предварительная оценка состояния проблемы 10
1.2. Бесприточное культивирование 12
1.2.1. Удельная скорость роста 12
1.2.2. Зависимость удельной скорости роста от концентрации субстрата 16
1.3. Влияние на кинетику размножения дрожжей концентрации биомассы
1.4. Пути интенсификации процесса культивирования 29
2. Экспериментальные исследования по периодическому аэробному культивированию дрожжей Saccharomyces cerevisiae в барботажном аппарате 37
2.1. Описание экспериментальной установки 37
2.2. Бесприточное культивирование 39
2.2.1. Методика проведения эксперимента 39
2.2.2. Результаты экспериментов 41
2.3. Культивирование с притоком мелассы 45
2.3.1. Методика проведения экспериментов 45
2.3.2. Результаты экспериментов 45
3. Обработка экспериментальных данных и выбор математической модели кинетики культивирования 52
3.1. Бесприточное культивирование в аппарате барботажного типа 52
3.1.1. Проверка уравнения Моно 53
3.1.2. Вывод уравнения кинетики 56
3.2. Культивирование с притоком мелассы 63
3.2.1. Культивирование в аппарате барботажного типа 63
3.2.2. Доливное культивирование в кожухотрубном струйно-инжекционном аппарате (КСИА) 70
Основные результаты работы и выводы 82
Литература 83
Приложения 92
- Удельная скорость роста
- Влияние на кинетику размножения дрожжей концентрации биомассы
- Методика проведения эксперимента
- Проверка уравнения Моно
Введение к работе
Актуальность темы. Потребность в пекарских дрожжах вырастает из года в год, поэтому увеличение производительности дрожжевых заводов задача важная и необходимая, и решена она может быть как за счет модернизации оборудования, так и совершенствования технологии производства. Так по данным материалов международной конференции по проблемам развития дрожжевой промышленности темп роста объема производства в 2000 г. составил 156 % к 1998 году. Такие темпы развития дрожжевой промышленности были достигнуты за счет технического перевооружения заводов, внедрения новых технологий и использования новых видов сырья. На конференции, в целях поиска новых путей развития дрожжевой промышленности, было принято решение по организации на дрожжевых заводах выпуска биологически активных веществ, что приведет к еще большему спросу на хлебопекарные дрожжи.
Одним из направлений в совершенствовании технологии является культивирование дрожжевых клеток до более высоких конечных концентраций их в культуральной жидкости по сравнению с тем, что достигнуто в настоящее время. Это направление стало развиваться в последние два десятилетия. Стремление повысить конечную концентрацию биомассы в дрожже-растительных аппаратах вполне понятно, так как это позволит без каких-либо серьезных финансовых вложений увеличить рентабельность предприятий, что в рыночных отношениях имеет первостепенное значение. Однако при переходе на культивирование при повышенных концентрациях биомассы приходится сталкиваться с целым рядом трудностей, как технологических, так и процессно-аппаратных.
Прежде всего возникает вопрос: каким образом скорость прироста биомассы будет меняться с изменением концентрации клеток в культуральной среде; во-вторых, увеличение концентрации требует увеличения подачи кислорода и субстрата. Отсюда возникают другие вопросы: как будет влиять
расход воздуха и кратность разбавления мелассы на развитие клеток. К сожалению, получить ответы на поставленные вопросы пока не удалось.
Видимо поэтому попытки вести процесс культивирования до высоких (более 50 кгАСБ/м или 200 кг/м в пересчете на дрожжи влажностью 75 %) конечных концентраций по существующим технологиям и в применяемых в настоящее время барботажных аппаратах часто заканчивались неудачей. Причиной тому является недостаток в научных исследованиях в области кинетики размножения клеток дрожжей Saccharomyces cerevisiae в условиях высокой стесненности и влияния на скорость их роста таких факторов, как кратность разбавления мелассы, расхода воздуха, концентрации самих клеток и т.п.
К сожалению работ, в которых были бы представлены результаты исследований влияния указанных факторов на скорость роста клеток, не достаточно, чтобы делать какие-либо определенные выводы. Можно обратить внимание на работы авторов, исследовавших культивирование дрожжей Saccharomyces cerevisiae доливным методом в струйно-инжекционном абсорбере (КСИА) [4; 27; 49; 56; 72; 73], где показана принципиальная возможность культивирования пекарских дрожжей до конечных концентраций
хк = 100^-120 кгАСБ/м и даны общие сведения о связи удельной скорости
роста с их концентрацией в среде. Однако глубокого анализа результатов экспериментов на предмет поиска зависимостей, описывающих кинетику роста клеток, сделано не было. Было только установлено, что с увеличением концентрации биомассы от 5 до 30 кгАСБ/м удельная скорость роста ц
снижается от 0,35 до 0,091 1/ч и остается на этом уровне до х = 90 кгАСБ/м3, после чего вновь падает до ц = 0,04-;-0,05 1/ч и остается постоянной до
х = 120кгАСБ/м (АСБ - абсолютно сухая биомасса). По сути авторы указанных работ ставили своей задачей проверить возможность культивирования
дрожжей при высоких концентрациях биомассы и работоспособность нового кожухотрубного струйно-инжекционного аппарата.
Однако, несмотря на положительные стороны, КСИА имеет один существенный недостаток, связанный с затратами энергии на циркуляцию жидкости и создание высокой кинетической энергии жидкой струи, обеспечивающей в зоне аэрации культуральной жидкости высокое значение поверхности контакта фаз и, как следствие этого, высокую скорость растворения кислорода. Если к тому же учесть, что время пребывания жидкости в емкости-накопителе биомассы не должно превышать 40-60 сек., то становится очевидным - применение КСИА ограничено сравнительно малыми объемами. Например, если попытаться применить струйную аэрацию в существую-
щих барботажных аппаратах объемом 200 м , то, при необходимом напоре насоса 15-20 м.в.ст., мощность двигателя (при КПД = 0,7) должна быть равна 950 +- НООквт. Применение на дрожжевых заводах оборудования с такой мощностью, в настоящее время, вряд ли возможно. Поэтому использование КСИА ограничено объемом аппарата не более 20-КЗО м3, т.е. он может быть применен на стадии производства чистых культур дрожжей, что также немаловажно, т.к. увеличение конечной концентрации требует увеличения количества засевной культуры.
Указанные обстоятельства заставляют задуматься над тем, а нельзя ли провести культивирование при высоких концентрациях биомассы в обычных, применяемых на заводах, барботажных аппаратах, основное достоинство которых заключается в простоте и надежности? Какие условия для этого необходимо создать?
Чтобы ответить на поставленные вопросы необходимо провести детальные исследования кинетики культивирования дрожжей периодическим методом, как без притока субстрата, так и с притоком.
Исследование бесприточного метода культивирования важно еще и потому, что в производственных условиях он применяется на начальных ста-
днях, и хотя эта стадия не является лимитирующей в общем процессе культивирования дрожжей, вопросы повышения выхода дрожжей, увеличения скорости роста так же представляют практический интерес, как и на конечной стадии, осуществляемой доливным или отъемно-доливным способом.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является установление кинетических закономерностей роста дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae в культиваторах барботажного и струйно-инжекционного типа при периодическом культивировании с притоком и без притока питательных веществ, и установление влияния на скорость прироста биомассы кратности разбавления мелассы и расхода воздуха.
В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
провести анализ литературы по кинетике культивирования микроорганизмов, отвечающей цели данной работы;
на основе литературных данных и своих собственных исследований составить математическую модель кинетики роста популяции клеток, учитывающей изменение кратности разбавления мелассы и расхода воздуха;
провести экспериментальные исследования на модели барботажного дрожжерастительного аппарата периодическим методом с притоком и без притока субстрата и сравнить данные результаты с имеющимися данными, полученными в аппаратах иной конструкции;
на основе собственных экспериментальных данных, полученных в барботажном аппарате, и уже имеющихся результатов исследований в аппаратах других типов, определить численные значения эмпирических коэффициентов, входящих в математическую модель;
провести сравнительную оценку аппаратов барботажного и струй-но-инжекционного типов.
Научная новизна. Научная новизна заключается:
в установлении кинетических закономерностей культивирования пекарских дрожжей периодическим методом без подачи и с подачей субстрата в культуральную среду при различных значениях начальной и конечной концентрации биомассы, различных расходах воздуха и кратности разбавления мелассы;
в выводе уравнения кинетики, позволяющего учесть влияние кратности разбавления мелассы и расхода воздуха на скорость прироста биомассы и прогнозировать ведение технологического процесса;
в экспериментальной проверке математической модели и получении на основе опытов численных значений эмпирических коэффициентов.
Практическая значимость. Результаты исследований использовались при расчете технологических режимов культивирования дрожжей на лабораторном стенде объемом 0,01 м .
Результаты исследования переданы в Санкт-Петербургский институт управления и пищевых технологий для составления технологических регламентов производства пекарских дрожжей на различных стадиях культивирования.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на НТК профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов СПбГУНиПТ в 2005, 2006 и 2007 гг; на международных НПК «Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы»; г. Калининград, 2006 г.
По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в т.ч. 1 работа в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложений.
Удельная скорость роста
В основе моделей периодического бесприточного культивирования микроорганизмов лежит уравнение экспоненциального роста клеток, базирующегося на следующих положениях: объем культиватора неограничен, дефицит питания и влияние факторов, связанных с жизнедеятельностью клеток, отсутствует. В этом случае предполагается [14; 19; 21], что прирост биомассы Ах за малый промежуток времени Ах прямо пропорционален количеству биомассы, находящейся в данный момент времени в культуральной среде, т.е.
Как справедливо отмечается в работе [19] Моно без каких-либо доказательств прировнял значения р: и pi. Однако в действительности дело обстоит иначе. Как показывают опыты локальные значения р; меняются во времени. При развитии популяций это изменение носит часто волновой характер [1; 9; 49].
При небольшом количестве клеток в культуральной среде их деление происходит синхронно, и количество биомассы увеличивается скачкообразно. Если количество клеток увеличится вдвое, то согласно уравнению (1.2), р = 1п2/т. Для пекарских дрожжей время удвоения одиночной клетки составляет порядка полутора часов [21; 49] и максимальное значение р не может превышать 0,46 1/ч. При развитии популяции клеток синхронность исчезает и изменение JJ, во времени приобретает волновой характер. Что касается средней скорости, то в зависимости от условий культивирования она может снижаться, возрастать и в частном случае оставаться постоянной.
Значения \х и jl можно принять равными в небольшом промежутке времени. Обычно в экспериментальных исследованиях при культивировании дрожжей Ат принимают равной 1 часу. В этом промежутке можно принять ju = Jl = const. Отношение Х/+1 /Xj = а - называется коэффициентом прироста и тогда при Ат = 1 ц = In а.
Выбор интервала времени Ат диктуется возможностью точного измерения концентрации биомассы. При слишком малом значении Ат изменение X будет столь мало и ошибка в ее определении будет столь велика, что делать какие либо выводы из таких измерений будет невозможно. Кроме того со снижением Ат количество анализируемых проб увеличится и финансовые и временные затраты на эксперимент возрастут.
По поводу уравнения возникают два вопроса: что принимать за \хт и второй - является ли К $ величиной постоянной или переменной. Во многих работах отмечается, что уравнение Моно вида (1.4) лишь в исключительных случаях отвечает опытным данным [9; 10; 14; 16; 19; 27].
Согласно уравнению (1.4) при S - оо ц — оо. Однако эксперименты этого не подтверждают, т.к. удельная скорость роста зависит еще и от наличия в культуральной среде продуктов метаболизма и в реальных условиях наблюдается не только размножение клеток, но и их гибель. Уравнение, учитывающее влияние на ц продуктов метаболизма, носит название Моно Иерусалимского [16; 21]
Влияние на кинетику размножения дрожжей концентрации биомассы
Вопросы взаимоотношения клеток внутри популяции уже давно привлекают внимание биологов. Довольно подробно анализ работ по данной проблеме можно найти в работах [1; 10; 19; 35; 39]. Так в монографии [19] обращается внимание на то, что первым кто попытался объяснить природу и механизм взаимовлияния особей на их развитие, был Ферхюльст. По его представлениям с увеличением численности клеток учащаются их встречи, возрастает конкуренция за субстрат, возрастает число погибших клеток из-за недостатка питания, вследствие чего снижается удельная скорость роста, что видно из уравнения (1.4). Согласно Ферхюльсту рост популяции должен подчиняться экспоненциальному закону (1.3), но при этом ц должно быть функцией концентрации клеток. Но такое положение возможно только при периодическом бесприточном культивировании в стационарной фазе работы, когда начинает сказываться дефицит субстрата. В экспоненциальной фазе такого недостатка еще не ощущается. Поэтому согласно другим исследователям причиной снижения скорости роста является наличие в культуральной среде токсичных продуктов метаболизма.
Таким образом, существуют две точки зрения на причины снижения ji. Согласно первой - снижение ц объясняется числом погибших клеток, согласно второй - всевозрастающим действием токсичных продуктов метаболизма. Общим для той и другой точек зрения является то обстоятельство, что при X - 00 , ц — 0.
Наиболее подробный анализ уравнений, устанавливающих связь между удельной скоростью роста и концентрацией биомассы, приводится в работе [14]. Пожалуй, наибольший интерес для нас представляет уравнение вида где \im - максимальная скорость, к которой стремится \х при д: — 0. Величины [im,b,n должны быть найдены экспериментально.
В работе [14] приводятся несколько вариантов математических моделей, описывающих функцию \i(x), одной из которых является уравнение (1.11). Согласно работе [14] показатель степени п может меняться от п = О и выше. При п = О получаем \i = const. В случае п Ф О возможны два крайних варианта. При х -» 0 ц —»\хт, т.е. мы, по сути, приходим к скорости деления одиночной клетки. Так как по данным работы [49] минимальное время удвоения клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae составляет примерно 1,5 часа, то наибольшая удельная скорость \im = In 2/1,5 = 0,462 1/ч. Вопрос о том, будет ли скорость деления одиночной клетки меняться (а если будет, то как) в зависимости от состояния культуральнои среды остается открытым.
Второй крайний случай соответствует х-»оо и Д. — M-min =0. Безусловно, само понятие «бесконечно большая концентрация» лишено какого-либо реального смысла, однако возникает вопрос, для каких значений х может происходить размножение клеток. Опыты работ [4; 56; 71; 72; 73] показали, что с ростом х JJ, — [imm = const -ф 0. Тогда невольно напрашивается ответ, что клетки будут делиться в любых условиях, если к ним будут подводиться питательные вещества, но при отсутствии влияния на размножение дрожжей других метаболитов (альдегидов, высших спиртов, кетонов и т.п.). Если при каких-то условиях их подвод станет невозможным, то вопрос о культивировании просто отпадет.
Факт установления постоянства \1 при х - оо говорит о том, что ни та, ни другая точки зрения не объясняют причин падения скорости роста клеток с увеличением их концентрации в культуральнои жидкости. Или вернее, обе точки зрения правомерны при определенных условиях. Анализ опытов работ [4; 56; 72; 73] показал, что при сбалансированном питании гибель клеток если и имеет место, то незначительна и не связана напрямую с ростом концентрации.
Что касается токсичных продуктов метаболизма, то при аэробном культивировании пекарских дрожжей, при соблюдении всех технологических и санитарных норм, основной их них СОг интенсивно десорбируется из культуральнои жидкости и уносится отработанным воздухом, а другие (спирты, альдегиды и т.п.) образуются не в столь большом количестве, чтобы серьезно влиять на удельную скорость. Можно предположить, не отрицая полностью предыдущие точки зрения, что причина снижения скорости роста кроется еще и в изменении физических свойств культуральной жидкости. Дело в том, что увеличение концентрации клеток приводит к изменению физических свойств культуральной жидкости, представляющую собой дрожжевую суспензию. Прежде всего возрастают плотность и вязкость среды. Последняя особенно отрицательно сказывается на массообмене между клеткой и жидкостью и жидкостью и воздухом. Поэтому клетки в условиях стесненности испытывают недостаток в субстрате, несмотря на то, что в растворе его вполне достаточно, плюс к этому еще и недостаток кислорода.
Существуют два основных пути интенсификации процесса культивирования: во-первых, за счет совершенствования технологии культивирования; во-вторых, за счет конструктивного совершенствования дрожжерасти-тельных аппаратов, что, в конечном итоге, связано с изменением гидродинамики движения культуральной среды в культиваторе.
В свою очередь совершенствование технологии может идти по двум направлениям: первое - использование внутренних резервов самих клеток; второе - создание внешних комфортных условий развития клеток. К первому направлению можно отнести применение различного рода стимуляторов роста [49; 64], которые интенсифицируют процессы внутриклеточного синтеза. По данным работ [10; 82] самым медленным процессом является репликация структур микробной клетки. Причем в общем цикле метаболических процессов наиболее узким местом является фракция рибосомальной РНК, которая контролирует рост клеток. В тоже время скорость образования молекул белков зависит от наличия ферментов, синтез которых не происходит постоянно в процессе репликации клеток. Так синтез а-глюкозидазы, играющей важную роль во внутриклеточном обмене веществ, происходит за очень малый промежуток времени, а потом в течение большей части цикла репродукции больше не образуется [10].
Задачей стимуляторов роста и является восполнение недостатков в ферментах, образующихся внутри клетки. Однако следует иметь в виду, что попытки увеличить интенсивность прироста биомассы только за счет внутренних резервов клетки могут закончиться неудачей, если не обеспечить внешние условия для подвода питательных веществ к клетке из культураль-ной жидкости. На этих вопросах мы остановимся несколько позднее.
К второму направлению относится подбор оптимальных температурных режимов. Как известно для дрожжей Saccharomyces cerevisiae она составляет 30+32 С [12; 21; 35; 49]. При культивировании при высоких концентрациях биомассы, с целью снижения вязкости среды, температуру можно поднять до 35+36 С. При этом каких-либо отрицательных последствий не наблюдалось [4; 56].
Попытки интенсифицировать процесс культивирования за счет применения режима переменных температур был предпринят авторами работ [25; 26]. Ими установлено, что периодическое изменение температуры от 20 С до 30 С и обратно через каждый час не ускорило развитие клеток по сравнению с режимом постоянной температуры Т= 30 С. О недостатках работ [25; 26] говорилось ранее.
Методика проведения эксперимента
При культивировании безприточным методом с принудительной подачей воздуха использовалась меласса с содержанием сахара 47,2 %. Температура во время культивирования поддерживалась постоянной, равной 32±1С; рН-среда - в пределах 4,2- 4,6. Источниками азотного и фосфорного питания служили сульфат аммония и диаммоний фосфат, которые подавались в аппарат в виде 20 % водных растворов. Дефицит калия и магния в мелассе восполнялся за счет внесения MgSC 4 и КС1. В качестве стимулятора роста использовали дестиобиотин. Для регулирования рН куль-туральной жидкости использовались либо серная кислота (для понижения рН), либо водный раствор аммиака (для повышения), которые подавались вручную. Азотное и фосфорное питание осуществлялось из расчета содержания в дрожжах 1,8 % азота и 0,6 % Р2О5. В ходе процесса культивирования постоянно контролировались: температура культуральной жидкости fK(C), подача воздуха в аппарат Qr; ежечасно, для контроля за процессом роста дрожжей, отбирались пробы для определения концентрации биомассы X (кг/м ) и рН среды, а также для микроскопического анализа за физиологическим состоянием клеток. Накопление дрожжеиитределялось следующим образом: в пробирку отбиралась проба объемом Vnp =20 см3, далее она центрифугировалась для отделения биомассы, промывалась, вновь центрифугировалась для отделения воды и далее переносилась в, предварительно высушенную и взвешенную, бюксу. Проба высушивалась в сушильном шкафу в течение 24 часов при t = 105С. Количество проб для оценки концентрации биомассы бралось не менее трех.
Экспериментальные данные представлялись в виде графиков и таблиц. На рис. 2.2. изображены наиболее характерные графики изменения концентрации биомассы во времени при различных удельных расходах воздуха и кратности разбавления мелассы. На рис. 2.3. представлены графики изменения во времени концентрации дрожжей влажностью 75 % и концентрации сахара при двух кратностях разбавления мелассы Крм= 8,4 и 20,4 и удельных расходах воздуха 31,4; 92,8 м3/м3-ч.
Цели исследований те же, что и без притока, но дополнительно ставилась задача сравнить результаты экспериментов в барботажном аппарате с данными, полученными в КСИА [4; 27; 56; 72; 73], некоторые из которых будут приведены в следующей главе.
Культивирование с притоком проводилось на той же установке, что и без притока. Заранее задавалась программа, по которой составлялся график ежечасной подачи мелассы с кратностью разбавления 8 кг/кг и необходимых солей из расчета 100 % выхода дрожжей; задавались коэффициенты почасового прироста биомассы, временем культивирования и конечной концентрацией биомассы.
Начальный засев дрожжей был постоянным АЮД = 0,56 кг, что соответствовало начальной концентрации дрожжей хн = 97,5 кг/м3 влажностью 75 %. Такая величина начальной концентрации биомассы взята из соображения сравнения, в дальнейшем, кинетик культивирования в барботажном аппарате и КСИА. Объем культуральной жидкости в процессе культивирования менялся от 0.0057 м до 0.0072 м . Начальная кратность разбавления мелассы составляла 68 кг/кг мелассы.
На рис. 2,5 показано изменение абсолютного значения массы дрожжей в аппарате в процессе культивирования; на рис. 2.6 это же изменение в относительном выражении; на рис. 2.7 изменение концентрации биомассы показано в безразмерном виде. На рис. 2.7 изменение безразмерной концентрации биомассы и концентрации сахара во времени. Из графика видно, что концентрация сахара снижается настольно незначительно, что можно считать ее постоянной и говорить об отсутствии дефицита углеводного питания. Наличие лаг-фазы в первые два часа наблюдается во всех опытах, однако наи-более ярко она выражена при q = 34,7 м /м -ч.
Возвращаясь к рис. 2.5 и 2.6, можно отметить, что линии тд (т) и х(т) в экспоненциальной фазе имеют одинаковый угол наклона, т.е. темп прироста биомассы в экспоненциальной фазе роста клеток не зависит от удельного расхода воздуха. В то же время эти линии расслаиваются, т.е. при т = const прирост биомассы, иначе скорость роста, увеличивается с расходом воздуха.
Сравнивая рис. 2.4 и 2.7, можно заметить, что зависимости концентрации биомассы от расхода воздуха ( при т = const) при доливном и бесприточном культивировании выглядят несколько по-разному. Для наглядности на рис. 2.8 приведены графики x{q) при т = 5 ч.
Как видно из рис. 2.8, при доливном культивировании снижение расхода воздуха (при q = 60) более резко сказывается на падении концентрации биомассы, чем при бесприточном. Связано это скорее всего с недостатком кислорода. Это и понятно, так как при доливном культивировании концентрация биомассы была значительно выше, что требовало и большего количества кислорода. Поэтому снижение расхода воздуха отрицательно сказывается более резко при высоких значениях х, чем при низких. Связан такой эффект с увеличением вязкости среды и снижением степени ее турбулизации, что приводит к падению удельной поверхности контакта фаз в системе газ-жидкость и, как следствие этого, падению скорости абсорбции кислорода [68; 70].
Проверка уравнения Моно
Опытные данные по бесприточному культивированию, представленные в графическом виде на рис. 2.2, 2,3 и 2.4, использовались для определения локальных и средних значений удельной скорости роста клеток, которые соответственно рассчитывались из уравнений (1.1) и (1.3).
Обращает внимание, в большинстве случаев, колебательный характер изменения значений [і, обусловленный, видимо, с цикличностью размножения популяции клеток, что отмечалось многими исследователями [3; 10; 49], с некоторым снижением ц в процессе культивирования. Последнее, скорее всего, связано с падением концентрации субстрата, накоплением этанола и изменением физических свойств среды.
Строгой зависимости между локальной удельной скоростью и концентрацией субстрата установить не удалось. Обработка опытных данных по формуле Моно [21] показала, что константа насыщения К$ не является величиной постоянной и зависит от условий культивирования. Этот факт не нов и подтверждается многими исследователями [9; 14].
При расчетах \і по формуле за максимальную скорость \im принималось ее наибольшее значение в данном опыте. Оказалось, что К$ меняется в широких пределах, и никакой закономерности в изменении К$ в зависимости от удельного расхода воздуха и кратности разбавления мелассы не прослеживается, что естественно, т.к. лимита по субстрату не было. На рис. 3.2. представлено сравнение опытных значений хб с рассчитанными по уравнению (1.3) при значениях ц, указанных в таблице 3.1. Из графиков видно, что каждый из опытов с высокой степенью точности описывается уравнением (1.3) при соответствующих значениях Д, но единого кинетического уравнения, которое бы дало возможность с достаточной для практических расчетов точностью определить хб при любых значениях Крм и q, получить не удалось.
При обработке экспериментальных данных доливного культивирования имеются свои особенности, по сравнению с бесприточным. Поскольку объем среды меняется, то при постоянном расходе воздуха будет меняться и удельный расход q. Поэтому на графиках 2.5 - 2.7 указаны средние значения q за период культивирования. В остальном же обработка экспериментальных данных велась по тому же методу, что и при бесприточном культивировании. Сначала проверялась возможность использования экспоненциального уравнения.
Для описания кинетики прироста биомассы одним уравнением попытаемся использовать те же зависимости (3.8) и (3.12), что были получены при бесприточном культивировании. Результаты оказались следующими: для вычисления удельной скорости относительного прироста биомассы у можно воспользоваться уравнением (3.8), но при определении ут необходимо ввести некоторые коррективы в коэффициенты, входящие в уравнение (3.9). Эти коррективы связаны, видимо, с двумя факторами. Первый фактор обусловлен тем, что при доливном культивировании кратность разбавления мелассы в аппарате переменна во времени. В нашем конкретном случае Крм меняется от 68 до 8, т.е. конечное ее значение равняется кратности разбавления мелассы, подаваемой в аппарат, но концентрация сахара в аппарате в процессе культивирования почти не меняется (рис. 2.7).
