When Do Two‐Stage Processes Outperform One‐Stage Processes?
Notice bibliographique
Résumé
Apart from product yield and titer, volumetric productivity is a key performance indicator for many biotechnological processes. Due to the inherent trade-off between the production of biomass as catalyst and of the actual target product, yield and volumetric productivity cannot be optimized simultaneously. Therefore, in combination with genetic techniques for dynamic regulation of metabolic fluxes, two-stage fermentations (TSFs) with separated growth and production phase have recently gained much interest because of their potential to improve the productivity of bioprocesses while still allowing high product yields. However, despite some successful case studies, so far it has not been discussed and analyzed systematically whether or under which conditions a TSF guarantees superior productivity compared to one-stage fermentation (OSF). In this study, we use mathematical models to demonstrate that the volumetric productivity of a TSF is not automatically better than of a corresponding OSF. Our analysis reveals that the sharp decrease of the specific substrate uptake rate usually observed in (non-growth) production phases severely impacts the volumetric productivity and thus raises a big challenge for designing competitive TSF processes. We discuss possible approaches such as enforced ATP wasting to improve substrate utilization rates in the production phase by which TSF processes can become superior to OSF. We also analyze additional factors influencing the relative performance of OSF and TSF and show that OSF processes can be more appropriate if a high product yield is an economic constraint. In conclusion, a careful assessment of the trade-offs between substrate uptake rates, yields, and productivity is necessary when deciding for OSF vs. TSF processes.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,007 | 0,013 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,005 | 0,007 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».