Produttività della fermentazione
Il termine più semplice per definire la produttività è la produttività volumetrica, detta q, ovvero la quantità di prodotto formato per unità di tempo e per volume.
Quando si vuole confrontare il tasso di produttività di due microrganismi diversi, occorre tenere in considerazione il fatto che questi potrebbero avere una velocità di crescita diversa. La produttività specifica, detta r, è la quantità di prodotto formato per unità di tempo per grammi di PS (peso secco). Si calcola con la seguente formula:
La produttività specifica dipende sia dalla resa (quanto prodotto si ottiene in rapporto alla biomassa) che dalla velocità di crescita delle cellule (quanta biomassa viene generata). È legata alla produttività volumetrica attraverso la concentrazione della biomassa.
La produzione volumetrica dipende dalla concentrazione della biomassa. Nella fermentazione discontinua la concentrazione di biomassa aumenta, perciò la produttività non è costante. La stima della produttività volumetrica complessiva si calcola come la massima concentrazione di prodotto divisa per il tempo necessario per raggiungere tale concentrazione.
Spesso la produttività e la resa non vanno di pari passo, perciò bisogna effettuare una scelta. Una migliore resa rende il processo più economico (occorre infatti meno substrato per ottenere la stessa quantità di prodotto), ma una maggiore produttività significa una produzione in tempi più rapidi e, di conseguenza, la possibilità di avvalersi di impianti di minori dimensioni. In termini generali, la resa è più importante per i prodotti di basso valore (es. composti chimici prodotti in grandi quantità) mentre la produttività risulta più importante per i composti di alto valore (es. farmaci).
Abbreviazioni
x: concentrazione di biomassa prodotta
PS: peso secco, una misura della biomassa
Y: fattore di resa
SR: concentrazione iniziale del substrato
s: concentrazione residua del substrato
p: concentrazione del prodotto
qp: tasso specifico di formazione del prodotto (mg prodotto g-1 biomassa h-1)
Yxp: resa del prodotto in termini di biomassa (g prodotto g-1 biomassa)