생물화학공학 기말 써머리

소개글

생물화학공학 기말 써머리에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Chapter4

● Metabolic regulation

● Small molecules가 cell membrane을 통해 이동하는 기작

Chapter6

● Nutrient

● Autocatalytic reaction

● Normalization (보정화)

● Batch Growth

● Quantifying Growth Kinetics

● Continuous culture (100% 가동율)

Chapter7 양론 계수 구하기

● Definitions

● 양론 계수 계산

● biochemical

본문내용

ls 만 추가됨.
dX
= (μ - D)X
dt
⇒ steady state라는 뜻은 dX/dt = 0 이고, 이는 곧 μ = D 라는 뜻이다.
: Growth rate = Dilution rate (성장률만큼 product를 remove 해야 함.)
μ = D =
μmS
→
S=
KsD
Ks+S
μm-D
S가 D에 의해 control 됨.
* if. D > μm, cells는 washed out 된다.
Material balance on the limiting substrate
가정 : no endogenous metabolism (simplify를 위해)
Supply rate (Flow-in)
-
Removal rate (Flow-out)
-
Consumption rate for cell growth
-
Death rate
= Accumulation
* qp : extracellular product의 specific rate
FS0
(g/h)
-
FS
(g/h)
+
(VRμX)
1
-
VRqpX
1
= VR
dS
(g S/h)
YMX/S
YP/S
dt
cell growth rate × (Maximum yield coefficient)-1
* Death rate는 cell mass를 감소시키기 위해 endogenous metabolism을 포함한다.
※ 만약 extracellular product formation이 무시되고, system이 steady state라면.
VRqpX / YP/S = 0VR dS/dt = 0
S0-S =
μX
YMX/S
X = YMX/S ( S0 - S ) ⇒ X= YMX/S ( S0 -
KSD
)
μm-D
※ D의 값에 따라 X와 S의 값이 변화됨.
Endogenous metabolism을 고려한 경우(반영)
D = μ - kd or μ = D + kd 가 됨 : endogenous metabolism을 반영할 경우 cell mass에 의해 감소하기 때문에
D(S0-S) =
(D + kd)X
YMX/S
⇒ 1
=
1
+
mS
YAPX/S
YMX/S
D
* YMX/S : maximum yield coefficient (넣어준 substrate가 모두 cell mass가 됨을 의미함.) - endogenous metabolism or maintenance energy 고려 ×
* YAPX/S : growth condition에 따른 yield coefficient
* mS : kd/YMX/S - S에 대한 maintenance coefficient
※ Unstructured model : S가 cell mass로 바뀌고, 이것이 endogenous metabolism을 위해서 degradation이 되어 이용되는 concept
※ Structured model : S가 intracellular S가 되어서 직접 maintenance energy로 소모되는 concept
X = YMX/S(S0 - S)
D
= YMX/S{S0 -
KS(D +kd)
}
D
D+kd
μm-D-kd
D+kd
※ F에 의해 D가 control 되고, D에 의해 X & S가 control 됨. (D↑ → wash가 잘되어 cell 농도가 감소, D↓ → cell 농도가 ↑) ⇒ F에 의해 X & S가 control 됨.
maintenance를 유지하기 위해 endogenous metabolism을 추가로 반영하여 extracellular product을 고려한 경우
가정 : S가 바로 P로 되고, cell이 그 촉매작용을 한다.
Material balance on product (P)
In - Out + Formation
= Accumulation
FP0 - FP +VRqpX
= VR
dP
dt
P0 = 0 (=0) steady state
⇒ DP = qPX : cell이 생성될때 product가 얼마나 생기는지.
Material balance on substrate
X = YMX/S(S0 - S)(
D
D+kd+qp
YMX/S
YP/S
※ D(=F/VR)에 의해 S, X, P가 변함
⇒ productivity (mass/vol) - cells (intracellular enzymes) : D X = (g cells/Lh)
- extracellular product (antibiotics) : D P =
(g product/Lh)
최대한의 생산성을 위해 Optimal Dilution Rate (D)의 결정
d(DX)
= 0 or
d(DP)
=0
dD
dD
※ D < μm : if. D > μm (wash out됨)
⇒ S0 ≫ KS ⇒ Dopt = μm
Chapter7 양론 계수 구하기
Definitions
YMX/S : 전반적인 substrate yield coefficient.
YX/SATP : ATP yield coefficient
1
=
1
+
mATP
YAPX/ATP
YMX/ATP
D
1
=
1
=
mO2
YAPX/O2
YMX/O2
D
Respiratory quotient (RQ) = CO2/O2 : metabolic state의 indication
P/O ratio = g mol P/ g atom O : 산소 1mole당 phosphate bonds를 형성하는 ratio
H/O ratio = Proton/oxygen ratio : 산소 1mole이 내놓는 H+의 수
양론 계수 계산
※ 양론 계수를 구하기 위해
主. elemental balance로 식을 만든다.
degree of reduction으로 식을 만든다.
Elemental balances
: C, H, O, N이 major component
Degree of reduction (γ)
: γC=4, γH=1, γN=-3, γO=-2, γP=5, γS=6
degree of reduction은 항상 carbon 1mole을 기준으로 함.
biochemical 반응식을 안다면, 다른 substrate를 이용했을 때 다른 fermentation에서의 yield를 비교하여 substrate를 결정할 수 있다. 뿐만 아니라 bioreactor를 DESIGN할 수 있다.

키워드

양론 계수,   Unstructured, Non segregated Models,   Passive diffusion,   Feedback inhibition,   Batch Growth,   Unstructured model,   Monod equation,   The logistic equation