Кинетические кривые роста микроорганизмов в закрытых системах

 

Государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального

           образования «Уральская государственная медицинская академия»

Министерства здравоохранения  и социального развития Российской Федерации    кафедра фармации

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

 

 

 

Тема контрольной  работы                      вариант № 67

По дисциплине                                     Биотехнология

По специальности                                      Фармация

 

 

 

 

 

 

 

                                               Работу выполнила  

                                               Факультет фармацевтический, форма  обучения заочная

                                               Курс  6                                   № группы 695 

                                               Преподаватель

                                               Оценка                                   Дата

 

 

 

 

 

 

Челябинск, 2012 год

30.Кинетические кривые роста микроорганизмов в закрытых системах.

Кинетические кривые роста микроорганизмов  в закрытых системах (периодическое  культивирование) имеют сложный  характер (рис 1.1). Выделяют несколько  фаз в развитии культуры.

 После  введения инокулята обычно наблюдают индукционный период (лаг-фазу) (1), в течение которого не происходит сколько-нибудь заметного увеличения числа клеток или образования каких-либо продуктов. В этот период перестраивается метаболизм клетки, синтезируются ферменты, специфичные к использованию новых субстратов, активируется биосинтез белка.

 Индукционный  период сменяется фазой экспоненциального  роста (2), в течение которой  быстро накапливаются биомасса  и продукты разных реакций.  Эта фаза достаточно строго  описывается экспоненциальной кривой.

 В  замкнутой системе экспоненциальная  фаза роста не может развиваться  неограниченно. Как правило, она  переходит в фазу линейного  роста (3), характеризующуюся равномерным  во времени линейным ростом  культуры, имеет место отклонение  от точек в сторону меньших  значений количества клеток или  продуктов, что служит экспериментальным  критерием перехода культуры  в линейную фазу роста.

 Фаза  линейного роста может смениться  весьма непродолжительным периодом, в течение которого скорость  роста культуры снижается до  нуля. Это фаза замедления роста  (4).

 В  некоторых случаях рост культуры  может переходить в достаточно  устойчивую по продолжительности  стационарную фазу. В этих условиях  культура развивается в режиме  постоянства общего числа клеток. Режим характеризуется достаточно  высокими скоростями отмирания  клеток. При этом скорость прироста  биомассы полностью компенсируется  скоростью гибели и лизиса  клеток.

 Если  система полностью истощается  по субстрату или накопление  ингибирующих рост продуктов  является значительным, то скорость  прироста биомассы становится  равной нулю, происходят существенные  физиологические изменения клеток  и, как правило, наблюдается фаза отмирания культуры , сопровождаемая часто полным лизисом клеток.

Принципиальной  особенностью кинетики микробных популяций  является зависимость скорости роста  культуры от концентрации одного или  нескольких наиболее важных компонентов  среды, обеспечивающих биосинтетическую основу метаболизма. Эти компоненты, получившие название лимитирующих субстратов, в определенной степени регулируют скорость роста популяции.В результате экспериментальных исследований зависимости роста культур микроорганизмов были обнаружены две особенности:

 

a. Скорость изменения числа микроорганизмов  в режиме его роста (в экспоненциальной  фазе) линейно связана с концентрацией клеток в системе

где N- это  число клеток; ?- коэффициент пропорциональности,получивший название удельной скорости роста, имеет размерность обратного времени. Предполагается, что ? не зависит от времени в исследуемом интервале. Собственно это уравнение в интегральной форме и представляет собой уравнение экспоненциального роста. Его интегрирование при начальном условии t=0, приводит к функции.

b. Было  найдено, что в большинстве  случаев значение удельной скорости  роста зависит от концентрации  лимитирующего субстрата и эта  зависимость может быть представлена  в форме ,где - предельная максимальная удельная скорость роста; - параметр, получивший название константы сродства субстрата к микроорганизму.

Впервые на зависимость скорости роста культуры от концентрации субстрата обратил  внимание Моно, поэтому уравнение (3) получило название уравнения Моно. По своей форме это уравнение  соответствует зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата (уравнение Михаэлиса - Мент)

 

 

60.контроль состава технологических процессов газов.

Контроль состава и влажности  газов.

Для правильного  проведения различных технологических  процессов необходимо определять содержание в газовой смеси углекислого  газа, оксида углерода, водорода, кислорода, сероводорода, метана, хлора и других компонентов. Кроме того, воздух производственных помещений контролируют на содержание ядовитых и взрывоопасных примесей.

 Состав  газа выражают в процентах  от общего объема газовой смеси.  Приборы для контроля состава  газовой смеси подразделяют на  переносные неавтоматические газоанализаторы,  используемые в лабораторной  практике, а также для контрольных  измерений и проверки стационарных  автоматических газоанализаторов (в  данном учебнике не рассматриваются), и стационарные автоматические, применяемые в промышленных условиях. По принципу действия стационарные  газоанализаторы подразделяют на химические, электрические, магнитные и оптико-акустические. Последние применяют редко, поэтому они в учебнике не рассматриваются. Химические газоанализаторы для определения процентного содержания отдельных компонентов в анализируемой газовой смеси основаны на поглощении компонентов газовой смеси соответствующими химическими реактивами. По сокращению объема смеси определяют процентное содержание в ней компонента. Горючие газы (например, сернистые) выделяют из смеси методом дожигания с последующим поглощением продуктов их сгорания реактивами.

 Автоматический  химический газоанализатор предназначен для определения содержания углекислого газа СО2 в газовой смеси.

 

 

 

 

 

Рис. 10.23. Автоматический химический газоанализатор: 1 - электрический привод; 2 - редуктор; 3 - плунжер; 4 - цилиндр; 5 - волюметр; 6, 16, 17 - клапаны; 7- увлажнитель; 8 - фильтр; 9, 14 - колокола; 10 - диаграммная лента; 11 - перо; 12 - винт; 13 - воронка; 15 - поглощающий сосуд.

Электрический привод 1 через редуктор 2 периодически перемещает вверх и вниз плунжер 3 в цилиндре 4. Перемещаясь вниз, плунжер вытесняет ртуть в  сообщающийся с ним сосуд —  волюметр 5 (сосуд для первичного отмеривания анализируемого газа) —  и в выхлопной клапан 17. При  повышении уровня ртути газ из волюметра вытесняется и через  клапан 16 поступает в сосуд 15 с  раствором щелочи, которая поглощает  из него весь диоксид углерода, остальной  газ удаляется в атмосферу  через клапан 17.

 Когда  ртуть в волюметре 5 поднимется  до суженной части и перекроет  клапан 17, анализируемый газ из  верхней части, имеющей определенный  объем, пропускается через сосуд  15 и поступает под колокола 9 и  14 измерительной части прибора,  находящиеся в жидкости. Первым  поднимается колокол 14, наполняемый  постоянным объемом газа. Остаток  газа поступает под колокол  9, уровень поднятия которого зависит  от объема газа, оставшегося непогло­щенным. Количество этого остатка характеризуется  прямой линией на диаграммной  ленте 10, которая перемещается  часовым механизмом. Высота отрезка  прямой линии, записанной пером  11 на диаграммной ленте от нулевой  линии, указывает концентрацию  диоксида углерода CО2 в анализируемой  газовой смеси.

 

 

 При ходе плунжера 3 вверх  ртуть в клапане 17 и волюметре  5 опускается и засасывается новая  порция газовой смеси, которая  последовательно пропускается через  фильтр 8, увлажнитель 7 и клапан 6. Одновременно открывается клапан 17, через который газ из-под  колоколов 9 и 14 удаляется в  атмосферу. Плунжер 3, достигнув  верхнего положения, направляется  вниз, и цикл измерения повторяется.  Высоту подъема колокола 14 регулируют  винтом 12. Жидкость в камеры колоколов  14 и 9 и волюметр 5 заливают через  воронки 13.

 

 Автоматические химические  газоанализаторы имеют ряд недостатков,  основными из которых являются  периодичность действия и значительный  расход реактивов, теряющих после нескольких анализов свою поглотительную способность, вследствие чего их приходится заменять новыми.

Электрические газоанализаторы на диоксид углерода. Действие газоанализаторов на диоксид  углерода основано на сравнении теплопроводности газовой смеси и воздуха при  одинаковой температуре. Теплопроводность газовой среды зависит от содержания в ней СО2, которое определяют измерением сопротивления нагретых проводников, помещенных в воздушную и газовую среды.

 Определение  содержания в газах суммы оксида  углерода и водорода основано  на измерении сопротивления электрического  проводника, изменяющегося вследствие  его нагревания при сгорании  этих газов. Эти газоанализаторы  применяют редко, поэтому в  данном учебнике их не рассматривают.

При наличии  в дымовых газах водорода и  диоксида серы электрические газоанализаторы  дают значительную погрешность. Поэтому  в некоторых приборах этого типа предусматривается дополнительная электропечь для дожигания несгоревшего водорода, а диоксид серы из анализируемой  смеси удаляют с помощью сернистого фильтра.

 Для  правильной работы газоанализатора  температура анализируемой смеси  должна быть близка к температуре  помещения, в котором установлен  преобразователь прибора. Перед  поступлением в преобразователь газовая смесь охлаждается в холодильнике, а образующийся при этом конденсат удаляется в конденсационный сосуд.

 Типовая  установка электрического газоанализатора  на диоксид углерода: 1 - керамический  фильтр; 2 - газозаборная трубка; 3 - газовый кран: 4, 5 - водяной и ватный фильтры; 6 - печь для дожигания водорода; 7 - холодильник; 8 - преобразователь для анализа газа на содержание СО2; 9 - показывающий прибор; 10 -источник питания; 11 - миллиамперметр; 12 - водяной предохранитель; 13 - водоструйный насос-эжектор; 14 - U-образный манометр; 15 - отвод для заливки воды; 16 - дренажный сосуд.

 Электрохимические  газоанализаторы на кислород. Действие  их основано на электрохимической  реакции, вызывающей образование  тока в электролите при взаимодействии  кислорода газовой смеси с  электродом. Ток, протекающий по  внешней цепи электролита, пропорционален  концентрации кислорода в газовой  смеси. В составе газовой смеси  не должно быть электрохимически активных газов (хлора, оксидов азота, сероводорода). Электрохимический газоанализатор ГЛ-5108 (рис. 10.25) состоит из преобразователя, увлажнителя с гидрозатвором, реакционной камеры теплообменника со сборником конденсата, электролизера, электроблока и вторичного прибора.

 Электрохимический  газоанализатор на кислород типа 171-5108: 1 - баллон с водородом; 2 - ареометр; 3 - кран-переключатель; 4 - реактор; 5 -теплообменник  со сборником конденсата; 6 - контрольный  электролизер; 7 - преобразователь; 8 - увлажнитель; 9 - электролизер; 10 - реакционная камера  с измерительным патроном и  анодом; 11 - гидрозатвор; 12 - бак с  дистиллированной водой.

 

 

В преобразователе анализируемая  или контрольная газовая смесь  проходит через гальваническую камеру, состоящую из увлажнителя 8, предназначенного для сокращения концентрации электролита  в реакционной камере, и реакционной  камеры, заполненной электролитом. В камере находится измерительный  патрон с серебряным катодом и  свинцовым анодом, с которыми взаимодействует кислород газовой смеси.

 

 После преобразователя 7 газ  проходит через гидрозатвор 11, сообщающийся с баком 12 дистиллированной  воды, и через кран-переключатель  3 возвращается в технологическую  газовую линию. Гидрозатвор защищает  реакционную камеру 10 от попадания  в нее атмосферного кислорода.

В корпусе  размещены поддон для слива электролита  из преобразователя гальванической камеры и нагреватель. В состав электроблока входят стабилизатор напряжения, усилитель или компенсационный мост.

 Магнитные  газоанализаторы на кислород  применяют для непрерывного определения  процентного содержания кислорода  в продуктах горения промыш­ленных печей и топок, в системах воздушно-кислородного дутья мартеновских и других печей, а также в газовой смеси на кислородных станциях. Работа этих приборов основана на так называемом парамагнитном свойстве кислорода втягиваться в магнитное поле в отличие от других газов (диамагнитных), обладающих значительно меньшей магнитной восприимчивостью. Магнитные газоанализаторы измеряют не саму магнитную восприимчивость, а ее изменение при повышении температуры.