WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Установлено, что во время роста биомассы микроорганизмы обычно потребляют больше кислорода, чем во время сверхсинтеза целевого метаболита. Принято говорить о критической концентрации кислорода, при которой наблюдается лимитация дыхания клеток. Для большинства аэробных микроорганизмов, растущих в сахарсодержащих субстратах, критическая концентрация кислорода 0,05—0,10 мг/л, что соответствует 3—8 % от полного на сыщения среды кислородом. Лимитация роста и физиологической деятельности клеток наблюдается при более высоких концентрациях кислорода: на средах с глюкозой рост дрожжей лимитиру­ется при О2 на уровне 20—25% от полного насыщения, в сре­дах с парафинами — при 50—60 % от полного насыщения. Даль­нейшее повышение интенсивности аэрации приводит к резким из­менениям физиологической деятельности клеток.

Таблица 8. Зависимость скорости абсорбции кислорода в воде от аэрации и перемешивания среды, мг/(л-мин)

Количество по-

Частота вращения мешалки, об/мин

даваемого воз-

духа в 1 мин,

(М3/(М3-МИИ)

0

500

800

1000

1200

0,35 1,3

4,0

7,5

14.5

15,1

0,65 3,5

7,3

12,1

19,1

22, i

1,00 6,0

10,0

15,0

23,0

24,0

1,30 7,5

13,9

18,0

26,0

28,0

1,60 11,0

15,5

20,0

27,0

29,0

* Для лабораторного ферментатора рабочей емкостью 8 л.

Оптимальной для роста биомассы считается концентрация кислорода 50—60 % от полного насыщения, для биосинтеза целевых метаболитов— 10—20%.

Вода составляет 80—90 % биомассы микроорганизмов. Для приготовления питательных сред требуется чистая бес­цветная вода, без привкуса, запаха и осадка, отвечающая требо­ваниям ГОСТа. В воде, используемой для приготовления питательных сред, должно содержаться не более 50 мл/л хлоридов и не более 60 мг/л сульфитов. Концентрации ионов метал­лов (в мг/л) не должны превышать следующих цифр: свинец — 0,2, мышьяк — 0,05, фтор — 1,5, цинк — 5,0, медь — 3,0.

СОСТАВЛЕНИЕ РЕЦЕПТУР ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД. Среды для культивирования микроорганизмов

Основной принцип составления рецептур питательных сред — удовлетворение физиологических потребностей микроорганизмов. В каталогах культур и в определителях указаны эти потребности, а также оптимальные значения рН и температуры. Задача специ­алиста, оптимизирующего состав среды для конкретного штамма — продуцента целевого продукта, — выбрать из перечня ис­точников углерода, азота, фосфора и других веществ наиболее оправданные в экономическом и экологическом отношении компоненты. С этой целью проводят лабораторные опыты, желательно с использованием методов математического планирования эк­сперимента.

Концентрация основного сырья определяется с учетом коэф­фициента его конверсии (Yp/s и Yx/s). При соблюдении оптимальных условий культивирования коэффициент конверсии в биомас­су (Yx) для метанола и глюкозы равен примерно 0,5; для этано­ла— 0,70 — 0,75; для гексадекана — 1,0— 1,1; для жидких парафинов — 1,2 — 1,3. Это означает, что в условиях периотшческ^-го культивирования для выращивания 30 г биомассы в 1 л среды в субстрат должны быть внесены 60 г метанола, 40 г этанола, 30 г гексадекана или 24 г жидких парафинов.

Концентрации метанола, превышающие 1,0%, или этанола, превышающие 1,5—2,0%, обычно токсичны для микроорганизмов. Глюкоза, сахароза, фруктоза и другие низкомолекулярные сахара в концентрациях более 7—8 % также тормозят рост большинства микроорганизмов, поэтому при необходимости эти вещества вводят в питательный субстрат постепенно, по мере ассимиляции.

Количество азотсодержащих веществ для конструктивного метаболизма определяют из содержания азота в биомассе и предполагаемого ее урожая, учитывая, что около 5 % азота остается неиспользованным. Кроме минерального азота ряд микроор­ганизмов усваивает азот белка, пептидов и аминокислот, внесен­ных в среду с органическим сырьем.

Точную потребность микроорганизмов в минеральном питании выясняют, культивируя их на строго синтетических средах, состоящих из компонентов в чистом виде (перекристаллизованные соли) и дистиллированной воды. Потребность в минеральных элементах, необходимых для выращивания биомассы (30 г/л), перечислена ниже.

Компонент Концентрация, г/л

Источник азота — (NH4)2SO4 12

Источник фосфора — KHUPO4 1,3

Источник магния — MgSQt 1,5

Макроэлементы Fe, Са, Mg По 10-3

Микроэлементы Си, Со, Zn, Mo, Mn По 10-4

Таким образом, для составления рецептур все компоненты должны быть взяты в соотношениях, пропорциональных потребностям культивируемого микроорганизма, и с учетом предполага­емого урожая биомассы. Рецептуры составляют, пользуясь сле­дующей формулой:

C1/A1=C2/A2=C3/A3 = S0

где С — концентрация компонента i в сбалансированной питательной среде (i=1,2 /г); A— коэффициент конверсии компонента / для выбранной культуры; So — заданный запас компонентов в среде, в единицах концентрации биомассы.

Соблюдение данного правила обеспечивает разработку состава сред, сбалансированных по всем компонентам, и более или менее полную ассимиляцию всех ингредиентов среды во время ферментации.

Для ауксотрофных микроорганизмов необходимую концентрацию дефицитных факторов подсчитывают с учетом потребностей выращиваемой культуры. В 1 г сухой биомассы метионин- и треониндефицитного мутанта Brevibacterium flavum содержится 7 мг треонина и 15 мг метионина. Соответственно для выращивания, например, 20 г биомассы этого мутанта в 1 л среды питательный субстрат должен содержать 30 мг% метионина и 14 мг% треони­на, которые вносят с комплексным обогатителем. Тиаминдефицитный мутант Candida lipolytica для синтеза 1 г биомассы требует 0,09 мкг тиамина, для выращивания биомассы 20 г/л среда должна содержать 18 мкг треонина.

Для прототрофных культур, которые получают интенсификаторы роста, оптимальные дозы выбранного комплексного стимуля­тора устанавливают экспериментальным путем для каждой кон­кретной системы культивирования.

Побочные ингредиенты. Для приготовления питательных сред, как правило, используют технические и нестандартные продукты, содержащие разного рода примеси, которые также влияют на рост и биосинтетическую активность продуцента. Примеси и побоч­ные продукты могут положительно влиять на процесс ферментации (белки, аминокислоты, органические кислоты, минеральные вещества и др.), но могут оказать и тормозящее влияние. Допустимые концентрации некоторых потенциально вредных при­месей для дрожжей представлены в табл. 10.

Таблица 10. Концентрация (в %) некоторых примесей, ингибирующих дрожжи Saccharomyces cerevisiae

Примеси

Рост за-

Рост по-

Примеси

Рост за-

Рост подав-

держи-

давляет-

держи-

ляется

вается

ся

вается

Органические кис-

Нитриты

0,0005

Лоты

Формалин

0,09

щавелевая

0.001

од

Фтористый натрий

0,002

муравьиная

0,0085

0,2

Тяжелые металлы

уксусная

0,02

0,2

медь

0,005

масляная

0,005

0,05

серебро

0,000001

молочная

1,35

МЫШЬЯК

0,0005

Оксид серы

0,0025

Среды для выращивания клеток растений и животных

Помимо источников углерода, азота и других минеральных компонентов, среда для клеток многоклеточных организмов содержит специфические стимуляторы и регуляторы роста. Клетки растений, как правило, требуют индолуксусную кислоту, кинетин и гиббереллиновую кислоту. Клетки животных нуждаются в росто­вых веществах и незаменимых аминокислотах. Клетки растений и животных более чувствительны, чем микроорганизмы, к присут­ствию посторонних ингредиентов, поэтому требуют химически чистых компонентов среды. Общая характеристика сред для культивирования клеток растений и животных приведена в табл. 11.

Таблица 11. Состав сред (в мг/л) для клеток животных и растений

Компоненты

Клетки животных

Клетки растений

CaCl2-2HsO

185—264

150—440

Fe(NO3h-9H2O FeSO,.7H2O

0,03—0,1

27—28

KCI

320—440

KNO3

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.