<< Chapter < Page Chapter >> Page >

μ = log 2 X 2 log 2 X 1 log 2 e t 2 t 1 size 12{μ= { {"log" rSub { size 8{2} } X rSub { size 8{2} } - "log" rSub { size 8{2} } X rSub { size 8{1} } } over {"log" rSub { size 8{2} } e left (t rSub { size 8{2} } - t rSub { size 8{1} } right )} } } {}

Trong điều kiện thí nghiệm có thể điều chỉnh sao cho tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn chỉ mẫn cảm, nghĩa là chỉ phụ thuộc vào một yếu tố. Trong trường hợp như vậy yếu tố đã cho là yếu tố hạn chế tốc độ sinh trưởng. Chất dinh dưỡng hạn chế có thể là đường, axit amin, chất vô cơ.

Mối quan hệ giữa các hằng số C và  với nồng độ chất dinh dưỡng hạn chế được biểu diễn qua các phương trình:

C = C max S K S + S size 12{C=C rSub { size 8{"max"} } { { left [S right ]} over {K rSub { size 8{S} } + left [S right ]} } } {}

μ = μ max S K S + S size 12{μ=μ rSub { size 8{"max"} } { { left [S right ]} over {K rSub { size 8{S} } + left [S right ]} } } {}

trong đó: Cmax và max - hằng số tốc độ phân chia và hằng số tốc độ sinh trưởng cực đại;

KS - hằng số bão hoà và S size 12{ left [S right ]} {} là nồng độ chất dinh dưỡng hạn chế.

Pha ổn định

Trong pha này quần thể vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động học. Số tế bào mới sinh ra bằng số tế bào cũ chết đi. Kết quả là số tế bào và cả sinh khối không tăng cũng không giảm.

Nguyên nhân tồn tại của pha ổn định là do sự tích luỹ các sản phẩm độc của trao đổi chất và việc cạn kiệt chất dinh dưỡng.

Sự tăng sinh khối tổng cộng tỷ lệ thuận với nồng độ ban đầu của chất dinh dưỡng hạn chế.

G = K.C

trong đó: G - độ tăng sinh khối tổng cộng;

C - nồng độ ban đầu của chất dinh dưỡng hạn chế;

K - hằng số hiệu suất:

K = G C size 12{K= { {G} over {C} } } {}

Hằng số hiệu suất K thường được biểu thị bằng số miligam chất khô đối với 1 mg chất dinh dưỡng. Đối với các loại đường, K thường dao động trong khoảng từ 0,20 đến 0,30 nghĩa là từ 100 g đường được tạo thành 20  30 mg khối lượng khô của tế bào. Lượng sinh khối đạt được trong pha ổn định gọi là hiệu suất hoặc sản lượng. Sản lượng phụ thuộc vào tính chất và số lượng các chất dinh dưỡng sử dụng và vào điều kiện nuôi cấy. Đó là sự sai khác giữa số lượng vi khuẩn cực đại và khối lượng vi khuẩn ban đầu (hình 1.9 ):

X = Xmax  Xo

Tỷ lệ sản lượng của tế bào đối với lượng cơ chất tiêu dùng có ý nghĩa rất quan trọng. Nếu biểu thị cả hai đại luợng thành đơn vị khối lượng và sẽ gọi tỷ lệ này (X/S) là hệ số kinh tế (Y). Nếu tính sản lượng ra gam và cơ chất tiêu dùng ra mol thì được gọi là hệ số kinh tế mol (Ym). Nếu biết con đường phân huỷ cơ chất đã cho và hiệu suất ATP do kết quả của sự phân huỷ này, có thể tính được sinh khối vi khuẩn (gam) đối với 1 mol ATP. Ta gọi đó là hệ số năng lượng (YATP).

Pha tử vong

Trong pha này số lượng tế bào có khả năng sống giảm theo luỹ thừa. Chưa có một quy luật chung cho pha tử vong. Sự chết của tế bào có thể nhanh hay chậm, có liên quan đến sự tự phân hay không tự phân. Trong trường hợp môi trường tích lũy các axit là nguyên nhân làm chết tế bào tương đối rõ thì nồng độ chất dinh dưỡng thấp dưới mức cần thiết và hậu quả là giảm hoạt tính trao đổi chất, phân huỷ dần dần các chất dự trữ và cuối cùng dẫn đến sự chết hàng loạt của tế bào. Ngoài đặc tính của bản thân chủng vi sinh vật, tính chất của các sản phẩm trao đổi chất tích luỹ lại cũng ảnh hưởng đến tiến trình của pha tử vong.

Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong quá trình nuôi cấy liên tục

Trong thực tiển sản xuất cần cung cấp cho vi sinh vật những điều kiện ổn định để trong một thời gian dài chúng vẫn có thể sinh trưởng trong pha log. Dĩ nhiên ở một mức độ nào đó có thể cấy chuyền tế bào nhiều lần vào môi trường dinh dưỡng mới. Đơn giản hơn nên đưa liên tục môi trường dinh dưỡng mới vào bình nuôi cấy vi khuẩn đồng thời loại khỏi bình một lượng tương ứng dịch vi khuẩn. Đây chính là cơ sở của phương pháp nuôi cấy liên tục trong các thiết bị nuôi cấy liên tục.

Giả sử có một bình nuôi cấy trong đó vi khuẩn đang sinh trưởng, phát triển. Liên tục bổ sung vào bình môi trường mới có thành phần không đổi. Thể tích bình nuôi cấy không đổi, nghĩa là lượng môi trường được bổ sung cân bằng với lượng môi trường đi ra cùng tốc độ.

Gọi thể tích bình là V (lít), tốc độ dòng môi trường đi vào là f (lít/h) thì tốc độ pha loãng (hệ số pha loãng) D sẽ là f/V. Đại lượng D biểu thị sự thay đổi thể tích sau 1 giờ.

Nếu vi khuẩn không sinh trưởng và phát triển, chúng sẽ bị rút khỏi bình nuôi cấy với tốc độ:

V = dx dt = DX size 12{V rSup { size 8{ - {}} } = - { {dx} over {dt} } = ital "DX"} {}

trong đó : X - là sinh khối tế bào, g/l.

Tốc độ sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong bình được biểu diễn bởi phương trình:

V + = dx dt = μX size 12{V rSup { size 8{+{}} } = { {dx} over {dt} } =μX} {}

Tốc độ thay đổi cuối cùng (tăng hoặc giảm) mật độ vi khuẩn trong nuôi cấy liên tục là sự sai khác giữa tốc độ tăng V + size 12{V rSup { size 8{+{}} } } {} và tốc độ giảm V size 12{V rSup { size 8{ - {}} } } {} :

V = V + V = dx dt = μ D X size 12{V=V rSup { size 8{+{}} } - V rSup { size 8{ - {}} } = { {dx} over {dt} } = left (μ - D right )X} {}

Nếu   D thì giá trị V = dx/dt có giá trị dương, nghĩa là mật độ vi khuẩn trong bình tăng, ngược lại nếu <D, V sẽ có giá trị âm và mật độ vi khuẩn trong bình giảm. Trong trường hợp đặc biệt  = D, ta có V = 0, nghĩa là mật độ tế bào không tăng không giảm theo thời gian, quần thể vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động học.

Nếu bình thí nghiệm có thiết bị duy trì sao cho  luôn luôn bằng D, ta sẽ thu được quần thể vi khuẩn sinh trưởng và phát triển theo luỹ thừa thường xuyên ở mật độ tế bào không đổi và không phụ thuộc vào thời gian. Trong trường hợp như vậy không những kích thước trung bình của tế bào mà cả môi trường nuôi cấy đều không đổi và không phụ thuộc vào thời gian. Điều này, một mặt tạo điều kiện cho việc nghiên cứu sinh trưởng và sinh lý của tế bào vi khuẩn, mặc khác cải thiện quá trình sản xuất sinh khối vi sinh vật ở quy mô công nghiệp.

Nuôi cấy tĩnh được coi như hệ thống đóng, quần thể tế bào sinh trưởng trong đó phải trải qua các pha mở đầu, logarit, ổn định và tử vong. Mỗi pha sinh trưởng được đặc trưng bởi những điều kiện nhất đinh. Việc tự động hoá các pha là khó thực hiện. Nuôi cấy liên tục, trái lại, là hệ thống mở có khuynh hướng dẫn đến việc thiết lập một cân bằng động học. Yếu tố thời gian ở đây, trong phạm vi nhất định, bị loại trừ. Tế bào được cung cấp những điều kiện không đổi, nhờ việc điều chỉnh tự động.

Có thể biểu thị bằng toán học quá trình nuôi cấy liên tục một cách đơn giản như sau:

V dx dt = QX o QX + V dx dt G size 12{V cdot left ( { {dx} over {dt} } right )= ital "QX" rSub { size 8{o} } - ital "QX"+V left ( - { {dx} over {dt} } right ) rSub { size 8{G} } } {}

V - thể tích dịch nuôi, l.

Q - hệ số dòng chảy, l/ h.

G - biểu thị tăng trưởng.

V dx dt = QS o QS + V ds dt C size 12{V cdot left ( { {dx} over {dt} } right )= ital "QS" rSub { size 8{o} } - ital "QS"+V left ( - { {ds} over {dt} } right ) rSub { size 8{C} } } {}

C - biểu thị tiêu hao.

Bởi vì ds dt C = 1 dx dt 1 X dx dt X = 1 Y X / S μX size 12{ - left ( { {ds} over {dt} } right ) rSub { size 8{C} } = left ( { { - 1} over { { {dx} over {dt} } } } right ) cdot left ( { {1} over {X} } cdot { {dx} over {dt} } right )X= { { - 1} over {Y rSub { size 8{ {X} slash {S} } } } } μX} {}

Yx/S = g sinh khối/ g cơ chất.

Thay thế vào và coi ds dt = 0 size 12{ { {ds} over {dt} } =0} {} , ta có :

Y X / S = dx ds = X S 0 S size 12{Y rSub { size 8{ {X} slash {S} } } = { {dx} over {ds} } = { {X} over {S rSub { size 8{0} } - S} } } {}

Ở trạng thái ổn định, hiệu suất sinh trưởng có thể biểu đạt bằng lượng sinh khối X và nồng độ cơ chất S. Theo mô hình của Monod thì:

μ = D = μm S K S + S S = K S D μm D alignl { stack { size 12{μ=D=μm { {S} over {K rSub { size 8{S} } +S} } } {} #S=K rSub { size 8{S} } left ( { {D} over {μm - D} } right ) {} } } {}

Thay thế vào công thức tính YX/S, ta có:

X = Y X / S S o S = Y X / S S o K S D μm D size 12{X=Y rSub { size 8{ {X} slash {S} } } left (S rSub { size 8{o} } - S right )=Y rSub { size 8{ {X} slash {S} } } left [S rSub { size 8{o} } - K rSub { size 8{S} } left ( { {D} over {μm - D} } right ) right ]} {}

Suy ra đơn vị thời gian để thu được sinh khối là:

D x = DY X / S S o K S D μm D size 12{D rSub { size 8{x} } = ital "DY" rSub { size 8{ {X} slash {S} } } left [S rSub { size 8{o} } - K rSub { size 8{S} } left ( { {D} over {μm - D} } right ) right ]} {}

Đồng thời có thể biết được lúc:

D m = μm 1 k S k S + S o size 12{D rSub { size 8{m} } =μm left (1 - sqrt { { {k rSub { size 8{S} } } over {k rSub { size 8{S} } +S rSub { size 8{o} } } } } right )} {} thì DX là sinh khối cực đại.

Questions & Answers

what does nano mean?
Anassong Reply
nano basically means 10^(-9). nanometer is a unit to measure length.
Bharti
do you think it's worthwhile in the long term to study the effects and possibilities of nanotechnology on viral treatment?
Damian Reply
absolutely yes
Daniel
how to know photocatalytic properties of tio2 nanoparticles...what to do now
Akash Reply
it is a goid question and i want to know the answer as well
Maciej
characteristics of micro business
Abigail
for teaching engĺish at school how nano technology help us
Anassong
Do somebody tell me a best nano engineering book for beginners?
s. Reply
what is fullerene does it is used to make bukky balls
Devang Reply
are you nano engineer ?
s.
fullerene is a bucky ball aka Carbon 60 molecule. It was name by the architect Fuller. He design the geodesic dome. it resembles a soccer ball.
Tarell
what is the actual application of fullerenes nowadays?
Damian
That is a great question Damian. best way to answer that question is to Google it. there are hundreds of applications for buck minister fullerenes, from medical to aerospace. you can also find plenty of research papers that will give you great detail on the potential applications of fullerenes.
Tarell
what is the Synthesis, properties,and applications of carbon nano chemistry
Abhijith Reply
Mostly, they use nano carbon for electronics and for materials to be strengthened.
Virgil
is Bucky paper clear?
CYNTHIA
so some one know about replacing silicon atom with phosphorous in semiconductors device?
s. Reply
Yeah, it is a pain to say the least. You basically have to heat the substarte up to around 1000 degrees celcius then pass phosphene gas over top of it, which is explosive and toxic by the way, under very low pressure.
Harper
Do you know which machine is used to that process?
s.
how to fabricate graphene ink ?
SUYASH Reply
for screen printed electrodes ?
SUYASH
What is lattice structure?
s. Reply
of graphene you mean?
Ebrahim
or in general
Ebrahim
in general
s.
Graphene has a hexagonal structure
tahir
On having this app for quite a bit time, Haven't realised there's a chat room in it.
Cied
what is biological synthesis of nanoparticles
Sanket Reply
what's the easiest and fastest way to the synthesize AgNP?
Damian Reply
China
Cied
types of nano material
abeetha Reply
I start with an easy one. carbon nanotubes woven into a long filament like a string
Porter
many many of nanotubes
Porter
what is the k.e before it land
Yasmin
what is the function of carbon nanotubes?
Cesar
I'm interested in nanotube
Uday
what is nanomaterials​ and their applications of sensors.
Ramkumar Reply
what is nano technology
Sravani Reply
what is system testing?
AMJAD
preparation of nanomaterial
Victor Reply
how did you get the value of 2000N.What calculations are needed to arrive at it
Smarajit Reply
Privacy Information Security Software Version 1.1a
Good
Got questions? Join the online conversation and get instant answers!
QuizOver.com Reply

Get the best Algebra and trigonometry course in your pocket!





Source:  OpenStax, Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp. OpenStax CNX. Jul 29, 2009 Download for free at http://cnx.org/content/col10752/1.1
Google Play and the Google Play logo are trademarks of Google Inc.

Notification Switch

Would you like to follow the 'Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp' conversation and receive update notifications?

Ask