CINETICA DI UTILIZZAZIONE DEL SUBSTRATO FORMAZIONE DI PRODOTTO E PRODUZIONE DI BIOMASSA

1. CINETICA DI UTILIZZAZIONE DEL SUBSTRATO FORMAZIONE DI PRODOTTO E PRODUZIONE DI BIOMASSA Cioè che determina la velocità di crescita della biomassa

5. CRESCITA DELLA MASSA CELLULARE IN UNA COLTIVAZIONE DISCONTINUA La crescita della massa cellulare in un ambiente delimitato come quantità di substrato organico e sali nutritivi ha un andamento nel tempo come riportato in figura:

6. Tale andamento, a partire dall’inoculo, indica una fase iniziale di latenza (lag) in cui non si hanno modificazioni nella coltura. Tale fase è tanto più lunga quanto meno i microorganismi sono selezionati per quell’ambiente e quel tipo di substrato (nella fase lag i microorga-nismi sintetizzano enzimi e cofattori adatti per il nuovo ambiente). Alla fine della fase lag la popolazione dei microorganismi si è ben adattata al nuovo ambiente. Le cellule possono quindi moltiplicarsi rapidamente. Nella fase di crescita rapida il numero delle cellule aumenta esponenzialmente nel tempo (fase di crescita esponenziale o logaritmica).

7. SIGNIFICATO DI mmax Quando la crescita delle cellule avviene in presenza di un substrato che si mantiene a concentrazione sempre molto elevata, risulta: Dove t=0 al termine della fase lag.

8. Considerando cellule che si riproducono per scissione binaria: t=0 Prima generazione tg Seconda generazione 2tg tempo Il numero di cellule dopo n generazioni sarà:

9. Il tempo di generazione tg è dato dal rapporto tra il tempo t ed il numero di generazioni che hanno luogo in quel dato tempo: Da cui:

10. cioè Quando la biomassa si accresce secondo la Si parla di crescita esponenziale

11. Quando il substrato diventa esiguo, e pertanto limitante, la velocità specifica di crescita non è più massima, ma è funzione della concentrazione di substrato presente. Inoltre è presumibile che da questo stadio una frazione di cellule inizi a morire per cui l’incremento di cellule sarà dato dalla differenza fra velocità di crescita e di morte: Morte delle cellule: Dove Kd= velocità specifica di morte cellulare

12. Si raggiunge una fase stazionaria quando il termine di crescita eguaglia quello di morte: m(S)=kd Kd>m La produzione diventa quindi negativa quando Ovviamente i processi batch vengono interrotti prima che questo si verifichi.

13. EFFETTO DI TOSSINE La crescita delle cellule può cessare anche a seguito dell’accumulo di una tossina (prodotta dalle cellule stesse) che abbassa la velocità di crescita: Dove CT è la concentrazione di tossina. Se la velocità di formazione della tossina è proporzionale all’accumulo di biomassa:

18. UTILIZZAZIONE DEL SUBSTRATO Quando YX/S è costante, la velocità di consumo del substrato può essere derivata direttamente dalla velocità di crescita della biomassa: =cost FORMAZIONE DI PRODOTTO In questo caso la velocità di formazione del prodotto diventa: