Effect of cell membrane on optimal temperature profiles in the biotransformation with parallel endoenzyme deactivation

Abstract

Rozważono okresowy proces biotransformacji przebiegający w obecności komórek drobnoustrojów wykazujących aktywność enzymu ulegającego dezaktywacji równoległej. W oparciu o klasyczną metodę rachunku wariacyjnego określono optymalne warunki temperaturowe zapewniające minimalny czas przebiegu procesu. Wykazano, że zastosowanie komórek drobnoustrojów spowalnia szybkość przebiegu rozkładu nadtlenku wodoru powodując przesunięcie początkowej temperatury profilów optymalnych w kierunku wyższych wartości. Przesuniecie to jest tym wyraźniejsze, im niższa jest przenikalność błony komórkowej. W konsekwencji obserwuje wydłużenie czasu przebiegu procesu optymalnego, przy czym dolne ograniczenie temperaturowe staje się nieaktywne.A batch biotransformation process running in the presence of microorganisms cells revealing a specified enzyme activity was considered. The parallel deactivation of enzyme was taken into account. Based on variational calculus computations the optimal temperature conditions ensuring minimum duration time were determined. It was proved that the application of microorganisms cells results in slowing down the reaction rate and shifting the initial temperature of stationary profile to higher values. They are more pronounced when the lower is the permeability of membrane cell. In consequence, the extension of process duration time is observed along the sections of optimal profile while the lower temperature constraint usually becomes inactiv