Основы биохимической инженерии Часть 1 - Бейли Дж., Оллис Д. 1989
Процессы переноса в биотехнологических системах
Неньютоновские жидкости
Растворы высокомолекулярных веществ
Некоторые микроорганизмы выделяют в среду полисахариды и родственные биополимеры, а также их производные, например ксантан, полиальгиновую кислоту и пуллулан. Ксантан широко применяется для придания необходимой вязкости продукции пищевой промышленности и стабилизации суспензий, а в будущем, возможно, будет использоваться и при разработке нефтяных месторождений. Выделяемые в среду биополимеры придают культуральному бульону свойства неньютоновской жидкости; обычно поведение таких жидких сред описывается уравнением (8.92) при n < 1 (псевдопластичное поведение).
В периодическом процессе изменение концентрации биополимеров во времени приводит к тому, что свойства жидкой среды, а следовательно, и параметры явлений переноса (массо- и теплообмена) также изменяются во времени. Поскольку в уравнениях, описывающих поведение неньютоновских жидкостей, коэффициенты переноса обычно выражают через параметры степенной модели n и η0, то естественно попытаться найти определенную зависимость между концентрацией биополимера и этими реологическими параметрами.
В случае ксантана эта зависимость выражается уравнением
η0 = A ⋅ [Р]B (8.97)
Здесь В ≈ 2,5, [Р] — концентрация полимера.
При росте некоторых внеклеточных биополимеров показатель степени n и вязкость η0 изменяются во времени в соответствии со следующим уравнением:
ln η0(t) = C + D ⋅ n(t) (8.98)
Если зависимость [Р] от t известна из какой-либо биологической кинетической модели, то уравнения (8.97) и (8.98) позволяют без особых затруднений описать и зависимости n(t) и η0[Р(t)]. Последние в свою очередь могут быть использованы для расчета коэффициентов тепло- и массопередачи, а также параметров смешения и потребляемой мощности [39, 40].