Produktivität der Fermentation
Der einfachste Begriff für Produktivität ist die volumetrische Produktivität, genannt q, und ist die Menge des pro Zeit und Volumen gebildeten Produkts.
Wenn man die Produktionsrate von zwei verschiedenen Mikroorganismen vergleichen will, muss man berücksichtigen, dass die Wachstumsrate der beiden Organismen unterschiedlich sein kann. Die spezifische Produktivität, genannt r, ist die Menge des pro Zeit gebildeten Produkts pro g DW. Sie lässt sich wie folgt berechnen:
Die spezifische Produktivität ist sowohl vom Ertrag (wie viel Produkt wird im Verhältnis zur Biomasse erzeugt) als auch davon abhängig, wie schnell die Zellen wachsen (wie viel Biomasse wird erzeugt). Sie ist mit der volumetrischen Produktivität und der Konzentration der Biomasse verbunden.
Die volumetrische Produktion ist abhängig von der Biomassekonzentration. Bei der Batch-Fermentation wächst die Biomassekonzentration, und somit ist die Produktivität nicht konstant. Wenn man eine Schätzung über die volumetrische Gesamtproduktivität vornehmen möchte, wird diese als maximale Produktkonzentration, geteilt durch die Zeit bis zum Erreichen dieser Konzentration, berechnet.
Häufig besteht ein Kompromiss zwischen Produktivität und Ertrag. Eine höhere Ausbeute macht den Prozess billiger (es wird weniger Substrat benötigt, um dieselbe Menge an Produkt herzustellen), aber eine höhere Produktivität bedeutet eine schnellere Produktion und damit kleinere Produktionsanlagen. Als Faustregel kann man sagen, dass die Ausbeute bei geringwertigen Produkten (z. B. Massenchemikalien) und die Produktivität bei hochwertigen Produkten (z. B. Pharmazeutika) am wichtigsten ist.
Abkürzungen
x: Konzentration der erzeugten Biomasse
DW: Trockengewicht (engl. dry weight), ein Maß für die Biomasse
Y: Ertragsfaktor
SR: Ausgangssubstratkonzentration
s: Restsubstratkonzentration
p: Produktkonzentration
qp: spezifische Geschwindigkeit der Produktbildung (mg Produkt g-1 Biomasse h-1)
Yxp: Ertrag des Produkts in Form von Biomasse (g Produkt g-1 Biomasse)