Biomassezunahme und Substrataufnahme während des mikrobiellen Wachstums
Biomasse (X):
Startet nie bei 0 g/L.
Exponentielles Wachstum sichtbar, bis das Substrat fast verbraucht ist.
Substrat (S):
Verbrauch korreliert mit der Biomassebildung.
Bereits limitierend, bevor es 0 g/L erreicht, was zu einer Änderung des Wachstums führt.
Wachstumsrate (μ\muμ):
Konstant bei hoher Substratkonzentration (nullter Ordnung).
Starker Rückgang, wenn die Substratkonzentration nahe dem KS-Wert liegt.
Biomassebildungsrate während des exponentiellen Wachstums
Biomassebildungsrate (dXdt\frac{dX}{dt}dtdX):
Zunahme der Biomassebildungsrate aufgrund der Zunahme der Biomasse (Biokatalysator).
Erreicht ein Maximum, bevor das Substrat limitierend wird.
Danach wird nicht mehr der Biokatalysator, sondern das Substrat limitierend.
Autokatalytische chemische Reaktion
Eine autokatalytische Reaktion ist eine chemische Reaktion, bei der das Produkt der Reaktion als Katalysator für dieselbe Reaktion wirkt.
Beispielreaktion: A+R→R+R
Kontinuierliche Bildung des Katalysators führt zu einer Beschleunigung der Reaktion.
Reaktionsverlauf:
Zu Beginn ist der Katalysator limitierend.
Nachdem ein Maximum der Reaktionsgeschwindigkeit erreicht ist, wird das Edukt/Substrat limitierend.
Verschiedene Wachstumskinetiken basierend auf unterschiedlichen Annahmen
Ertragskoeffizient (Y)
Produktbildungstypen in mikrobiellen Kultivierungen
Wachstum-gekoppelt: Produktbildung durch wachsende Zellen.
Nicht-wachstumsassoziiert: Produktbildung durch stationäre Zellen.
Gemischt-wachstumsassoziiert: Produktbildung durch wachsende und stationäre Zellen.
Erhaltungsstoffwechsel
Erhaltung des Stoffwechsels dient der Aufrechterhaltung grundlegender intrazellulärer Funktionen, aber nicht der Biomassezunahme.
Substratverbrauch setzt sich aus Wachstums- und Erhaltungsstoffwechsel zusammen.
Wartungskoeffizient msm_sms beschreibt den Substratverbrauch für den Erhaltungsstoffwechsel.
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