Необходимо рассчитать количество компонентов питательной среды для накопления 1 кг молочнокислых бактерий.
1.Уравнение баланса по органогенным элементам.
CHmO+aNH3+bCb—> .УсСН 8О6 N4 +(1-ус)С02+сН20
2.Составляем предварительно рецептуру синтетической питательной среды для выращивания биомассы.
Компонент «С» — сахароза,
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ТГТУ 240902 ПЗ ПЗ |
компонент «N» — NH4N03,
компонент «О» — кислород воздуха,
компонент «Р» — фосфор,
компонент «S» — сера.
3.Составим стехиометрическое уравнение.
VaA+ VB B VcC+VDD+VHAH
4.Для расчета стехиометрических коэффециэнтов составим формулу биомассы молочнокислых бактерий
Элементарный состав биомассы: С — 53%, Н — 7%, N — 12%, О — 20%, Р — 3%, S — 1%, и золы — 4%. В первом приближении формула биомассы бактерий имеет вид: C4.42H7O1.25N0.86P0.1S0.03— В гипотетической молекуле биомассы не может быть дробных атомов, поэтому умножим коэффициенты на 100: C442H700O125N86P10S3— В стехиометрических расчётах допускается пренебрегать малоколичественными элементами (Р, S). Для расчётов принимают молекулярную массу такой, чтобы в ней оказался 1 г атом углерода. Для этого поделим на 442:
С1Н1.58O0.19N0.23
5.Производим расчёт С — моля биомассы молочнокислых бактерий.
ММс — моль=nсММс+ nнММн+nоММо+ nNMMN
ММС-моль=1* 12+1,58*1+0,19* 16+0,23*14=19,84
Расчёт С — моля субстрата определяют исходя из формулы сахарозы С12Н22О11 так же как и для С — моля биомассы. После деления коэффициентов на 12 она имеет вид: C1H1.83O0.92. Тогда молярная масса С — моля сахарозы, равна:
ММ’с-моль= 1 * 12+1,83 *1+ О,92* 16=28,55
6.Определяем теоретический выход биомассы по формуле:
Y= ММС — моль/ ММ’ с –моль
Подставив численные значения получим:
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ТГТУ 240902 ПЗ ПЗ |
Y=19,84/28,55=0,695
7.Фактический выход биомассы и реальных условий меньше и составляет обычно около 0,5.
8.Для определения количества субстрата затрачиваемого биомассой на энергетические нужды рассчитаем энергетический выход биомассы по формуле:
n=уs/ух
где ys, ух— энергия, заключенная в субстрате и биомассе соответственно. Расчёт величин ys и ух осуществляем, используя степень восстановленности по основным элементам углероду, водороду, кислороду и азоту.
9.Степень восстановленности С — моля сахарозы рассчитаем по формуле: ys=4m+ln-2p-3q
где, 4, 1, 2, 3 — числа свободных электродов, соответственно С, Н, О, N ., m, n, q,р — индексы атомов при углероде, водороде, кислороде и азоте соответственно.
Подставив численные значения, получим:
ys=4* 1+1 *1,83-2*0,92=3,99.
Аналогично рассчитаем степень восстановления биомассы:
ух=4*1+1*1,58-2*0,19-3*0,23=4,51
Рассчитаем энергетический выход:
n=3,99/4,51=0,885.
От этой величины можно перейти к обычному выходу биомассы:
YБ.М. = n * ММс-моль/ ММс-моль
YБ.М.=0,885* 19,84/28,55=0,615
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ТГТУ 240902 ПЗ ПЗ |
10.Составляем стехиометрическое уравнение для синтеза биомассы молочнокислых бактерий, исходя из теоретического выхода биомассы YБ.М.=0,615, т.е из 1 кг сахарозы образуется 0,615 кг биомассы. Принимаем что соотношение биомассы и молочной кислоты в результате биосинтеза составляет 1:3,тогда из 1 кг сахарозы образуется 0,17375 кг биомассы и 0,52125 кг молочной кислоты.
Уs[сахароза] Х+ Ур[молочная кислота]
1000/342[сахароза]-* 173,75[биомасса]/19,84+521,25[молочная кислота]/90
2,92[S] 8,76[Х]+5,79[Р]
0,333[S] [X]+0,661[P]
Значения индексов для Сахаров (С12Н22О11,):Ms=12 . Ns=22 . Ps=l 1. Значения индексов для молочной кислоты (С3Н606): mр=3 . nр=6 . рр=3. Общее стехиометрическое соотношение обмена веществ имеет вид:
Vs[S] +V02[O2]+ NH3[NH3] X+Vp[P]+VCO2[C02]+Vh2o[H20]
Тогда уравнение баланса будет иметь вид:
Vs*Ms=l+Vp*mp+VCO2
Vs*Ns+VNH3*3=l,8+VP*nP+VH20*2
Vs*Ps+VO2*2=0,5+Vp*Pp+VCO2*2+VH2o*1
Vs*gs+VNH3 =0,2+Vp*gp
Подставив численные значения, получим:
0,333*12=1+0,661*3+VCO2
0,333*22+VNH3*3=1,8+0,661*6+VH20*2
0,333*11+VO2*2=0,5+0,661 *3+VCO2*2+VH2o*l
0,333*0+VNH3 =0,2+0,661*0
VСО2=1,013
2*VН2О-3*Vnh3=1,56
2*V02— VН2О=0,846
VNH3=0,2
VCO2=l,013
VH2O=1,08
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ТГТУ 240902 ПЗ ПЗ |
VO2=0,963
VNH3=0,2
Общее стехиометрическое соотношение обмена веществ имеет вид:
0,33 [С12Н22О11] +0,963 [02]+ 0,2[NH3] С1Н21,58О0,19N0,23 +0,661[С3Н6О3]+
+1,013 [С02]+1,08 [Н20]
11.Чтобы получить 1 кг молочной кислоты, необходимо
n=m/M= 1000кг/90кг/кмоль= 11,11 кмоль
По уравнению реакции имеем, что количество:
n[С12Н22О11] — 5,597 . n[02]=16,19кмоль . n[NН3]=3,36кмоль
12.Зная содержание сахарозы в мелассе(52%),получим:
n[С12Н22О11] — 5,597*342=1941,174кг.
тогда
m[мелассы]= 100* 1914,174/52=3681,1 кг.
13.Зная содержание NH3 в NH4N03, рассчитаем массу NH4NO3:
m[NH3]=0,23 * 17=3,91 кг,
тогда
17/80=3,91/ m[NH4N03],=> . m[NH4N03]=18,4 кг.
14.Масса кислорода 16,19*32=518,08 кг. Источником кислорода служит воздух. Содержание кислорода в воздухе составляет 23,3%(масс.)
mO2=518,08*100/23,3=2223,5 кг
Плотность воздуха при 0°С равна р= 1,293, тогда при 20°С: р=1,293*(273/273+20)
р= 1,205 кг/м3
Необходимый объем воздуха:
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ТГТУ 240902 ПЗ ПЗ |
V= mO2/p
V=2223,5/1,205=1845,2м3
Список используемых источников.
1.Иванова Л.А, Войно Л.И, Иванова И.С.Пищевая биотехнология.
Книга 2.М.:Колое, 2008,-471 с.
2. Барабанщиков А.В.Молочное дело.2-е изд.М.: Агропромиздат, 1998,- 224
3.Рогов И.А.Пищевая биотехнология М.: Колос, 2004,-340 с.
4.Храмцов А.Г.Молочный сахар. М.:Колос, 2004,-97 с.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ТГТУ 240902 ПЗ ПЗ |
5.Цветков В.В. Пищевые кислоты. М.:Колос, 2001,-314с.