Chemostat-Bioreaktor

Erweiterte Suche

Zwei Chemostaten

Die Chemostat-Kultur ist eine verbreitete Methode der Kultur von Mikroorganismen. Im Gegensatz zur Batch-Kultur (statische Kultur) ist sie eine Form der kontinuierlichen Kultur von Bakterien oder Phytoplankton.

Ein Chemostat ist ein Kulturgefäß, in das kontinuierlich und mit konstanter Rate (Flussrate) Nährmedium zugeführt wird. Im gleichen Maße wie frisches Nährmedium zugeführt wird, wird verbrauchtes Medium inklusive der darin suspendierten Organismen über einen Überlauf entfernt. Dies simuliert die Mortalitätsrate natürlicher Populationen. Ist die Durchflussrate im Chemostaten kleiner als die maximale Wachstumsrate der kultivierten Organismen, so stellt sich ein Fließgleichgewicht (steady-state) ein, bei dem die Bruttowachstumsrate der Verlustrate entspricht. Die Anzahl Organismen pro Volumen bleibt somit konstant, und ist, sollten doch einmal Schwankungen auftreten, selbstregulierend. Sinkt die Populationsdichte, werden weniger Nährstoffe verbraucht, das heißt die Nährstoffkonzentration steigt. Daraus folgt wiederum ein Anstieg der Individuenzahl, der wiederum eine Verringerung der Nährstoffmenge pro Volumen nach sich zieht usw.

Mittels der Chemostatkultur können Parameter der Populationsentwicklung modellhaft untersucht werden.

Bestimmung der optimalen Verdünnungsrate

Um die optimale Verdünnungsrate bestimmen zu können müssen die Parameter so bestimmt werden, dass die Produktionsrate maximiert wird. Die Produktionsrate ist das Produkt aus der Verweilzeit D[h-1](Austauschzeit für das Reaktorvolumen) und der Biomasse Konzentration x. Die Produktionsrate erreicht ihr Maxium nahe der kritischen Durchflussrate Dkrit. ab dieser der Reaktor ausgeschwämmt wird und bildet dort ein Maxium. Da die Konzentration der Biomasse im Reaktor konstant bleiben soll gilt µ(Wachstumsrate) =Dder Verweilzeit.

Es gilt für die maximale Produktionsrate:

$ d(D*x)/dD = 0 $

Die maximale Produktive Verdünnungsrate des Chemostaten ist definiert durch:

$ D_{opt} = \mu_{max} \cdot \biggl( 1- \sqrt{\frac{K_s}{K_s+S_{ein}}\ } \biggr) $

mit Sein dem Konzentrationseintrag und Ks der Monod Konstante. Dopt liegt hierbei nahe der kritischen Durchflussrate Dkrit.. [1]

Einzelnachweise

  • Fachzeitschriften-Artikel Proc. N.A.S. 1950, 36, S. 708–719. doi:10.1073/pnas.36.12.708
  1. Horst Chmiel (2006. Bioprozesstechnik 2.Auflage, Springer Spektrum ISBN 3-8274-1607-8

Diese Artikel könnten dir auch gefallen

Die letzten News aus den Naturwissenschaften

16.06.2021
Sterne
Helligkeitseinbruch von Beteigeuze
Als der helle, orangefarbene Stern Beteigeuze im Sternbild Orion Ende 2019 und Anfang 2020 merklich dunkler wurde, war die Astronomie-Gemeinschaft verblüfft.
15.06.2021
Festkörperphysik - Quantenphysik - Teilchenphysik
Das Elektronenkarussell
Die Photoemission ist eine Eigenschaft unter anderem von Metallen, die Elektronen aussenden, wenn sie mit Licht bestrahlt werden.
15.06.2021
Festkörperphysik - Quantenoptik
Ultrakurze Verzögerung
Trifft Licht auf Materie geht das an deren Elektronen nicht spurlos vorüber.
14.06.2021
Galaxien
Entdeckung der größten Rotationsbewegung im Universum
D
11.06.2021
Sonnensysteme - Planeten - Sterne
Die Taktgeber der Sonne
Nicht nur der prägnante 11-Jahres-Zyklus, auch alle weiteren periodischen Aktivitätsschwankungen der Sonne können durch Anziehungskräfte der Planeten getaktet sein.
09.06.2021
Galaxien - Sterne - Schwarze_Löcher
Wenn Schwarze Löcher den Weg für die Sternentstehung in Satellitengalaxien freimachen
Eine Kombination von systematischen Beobachtungen mit kosmologischen Simulationen hat gezeigt, dass Schwarze Löcher überraschenderweise bestimmten Galaxien helfen können, neue Sterne zu bilden.
09.06.2021
Monde - Astrobiologie
Flüssiges Wasser auf Monden sternenloser Planeten
Monde sternenloser Planeten können eine Atmosphäre haben und flüssiges Wasser speichern.
03.06.2021
Planeten - Astrophysik - Elektrodynamik
Solar Orbiter: Neues vom ungewöhnlichen Magnetfeld der Venus
Solar Orbiter ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der NASA, die bahnbrechende neue Erkenntnisse über die Sonne liefern wird.
03.06.2021
Festkörperphysik - Quantenphysik
Quantenbits aus Löchern
Wissenschafter haben ein neues und vielversprechendes Qubit gefunden – an einem Ort, an dem es nichts gibt.
03.06.2021
Supernovae - Astrophysik - Teilchenphysik
Gammablitz aus der kosmischen Nachbarschaft
Die hellsten Explosionen des Universums sind möglicherweise stärkere Teilchenbeschleuniger als gedacht: Das zeigt eine außergewöhnlich detaillierte Beobachtung eines solchen kosmischen Gammastrahlungsblitzes.