1.   The yeast S. cerevisiae with a composition of CH1.54O0.75N0.18   undergoes anaerobic fermentation to generate water, ethanol and carbon dioxide from glucose and   ammonia.

a.    Set up the carbon and degree of reduction balances

b.    Given the following measured yields:  YXGlucose  = 8.04, YX  Ethanol = 4.59, YXcarbon dioxide = 2.17, YXwater=0.375, YXAmmonia  = 0.18. Do the carbon and degree of       reduction balances close? Units of all yield coefficients are in C-moles or   moles per C-mole biomass.

c.    If not, can you suggest reasons in a sentence or two why the balances may not close?  Keep in mind the direction of the deviation when making your                suggestion.

d.  Assume there’s a missing component (measurement) with a yield YXMiss, and a   degree of reduction coefficient KXMiss . Rewrite the balances and calculate YXMiss, and KXMiss . Based on your results, what component do you think is missing or    what measurement is inaccurate?

2.   This same S. cerevisiae species, with a composition of CH1.30O1.0N0.3,  undergoes aerobic growth with the following yields: YXGlucose  = 1.6,  YXcarbon dioxide = 0.6, YXwater=1.40, YXAmmonia  = 0.3, YXoxygen  = 1.0.

a.    What is the heat generated (kJ) per C-mole of biomass? per gram of biomass? Hc。biomass = 560 kJ / C-mole biomass. The heat content of pure O2  is zero          and other values were derived in class.

b.    If the growth rate is 0.25 hr-1  what is the specific rate of heat production in kJ/C-mole biomass?

c.    If the biomass concentration is 30 g/L, what will be the heat production rate in a 60m3  bioreactor?

d.    Given the average energy yield on oxygen we derived in class, estimate the   heat production rate using this parameter.  Is this number close to the one in

(c)? If not, why?

3.   An aerobic batch fermentation is conducted at 37°C . Transient experiments with a temporary  nitrogen purge show that kl ac= 0.22 mol/L-hour. The culture has a doubling time tD  of 45  minutes during exponential growth and an oxygen yield coefficient = 0.50 grams cells/g O2 .

a.    What is the specific growth rate, μ, during exponential growth? μ =