Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Параметры кривой роста микроорганизмов и получение целевого продукта

Определение фаз и стадий развития микробной популяции в питательной среде в условиях периодичной культуры имеет не только теоретическое но и большое практическое значение. Так, определяя режимы хранения микробов, рекомендуется использовать культуры в конце фазы логарифмического роста, поскольку они обладают наибольшей жизнеспособностью. Для изготовления вакцин, диагностикумов и любых антигенов используют микробные культуры на определенной фазе кривой роста.

Изучение процесса развития микробной популяции в периодической системе культивирования фактически является началом научно-практической работы по микробиологическому синтезу тех или иных продуктов. С этой целью определяется динамика накопления биомассы, или целевого продукта метаболизма, а так же потребление исходного основного сырья (субстрата). Для этого периодически берут пробы из развивающейся культуры с частотой, обеспечивающей возможность установления основных фаз развития микробной популяции. Заканчивают исследования после прекращения роста микробной культуры и максимального накопления целевого продукта.

Если при сравнении параметров кривых роста число микроорганизмов (или их биомассы) и накоплением целевого продукта имеется прямая связ, то это свидетельствует о результате биосинтеза его в экспоненционную фазу. Такой продукт микробного метаболизма называют первичным. При отсутствии такой корреляции целевой продукт обычно синтезируется в стационарной фазе и фазе отмирания, т.е. рост микробов заторможен и выросшая биомасса может еще перерабатывать оставшийся неиспользованный субстрат. Этот продукт относят ко второй фазе, а сам процесс синтеза его нередко имеет катаболитический характер и связан с возникновением экстремальных условий для микробной популяции. Но иногда целевой продукт второй фазы начинает синтезироваться еще в лог-фазе, так что подразделение процессов на одно- и двухфазные не носит абсолютного характера.

Наличие вторичных продуктов (метаболитов) в отличие от первичных в большинстве своем для жизни микроба-продуцента необязательно. Типичными продуктами второй фазы роста культур являются антибиотики. Вторичными могут быть и продукты энергетического метаболизма. Например, у некоторых бродильных микроорганизмов продуктами первичного метаболизма углеводов часто являются органические кислоты, но при ингибировании роста, создающимися условиями среды, вместо них образуются нейтральные вещества – спирты, кетоны, являщиеся часто целевыми продуктами. Такая двухразность брожения была открыта В.Н.Шапошниковым и распространена затем на другие процессы микробного биосинтеза.

Во вторую фазу может осуществляться и сверхсинтез продуктов первой фазы (например, витаминов).

При культивировании микроорганизмов, с какой бы целью оно не проводилось, важным является определение таких характеристик, как эффективность или скорость роста, и экономический коэффициент культивирования, или выход биомассы.

Скорость роста характеризуется чаще всего удельной скоростью роста, обозначаемой М. Удельная скорость роста (µ) – отношение числа или веса (в граммах) образовавшихся за единицу времени клеток к общему числу или весу (в граммах) клеток. Обычно µ выражают в доле прироста за 1 час. Таким образом,

µ = *

где dx – прирост биомассы за единицу времени = Х₂-Х₁

dt – промежуток времени, за который определяется dx;

х – общее число клеток на момент времени T₂.

Удельная скорость роста микроорганизмов, когда это необходимо рассчитывается для любой фазы развития периодической культуры, но чаще всего она определяется для фазы логарифмического роста, в которой кривая роста имеет линейный характер.

Максимально возможную скорость роста культуры в данных условиях обозначают µ _ш. Очевидно, что µ, определенная в фазу логарифмического роста стремится к µ _м.

Иногда бывает необходимым определять валовую (общую) скорость роста V, которая характеризует абсолютный прирост биомассы за единицу времени:

V=

Как µ так и V характеризуют данную культуру в данных условиях культивирования и не являются количественной характеристикой штамма.

Скорость роста может характеризоваться также временем удвоения количества биомассы или числа клеток – g (или временем генерации):

g = t_удв. = =

где ln – натуральный логарифм.

Экономический коэффициент культивирования или выхода биомассы обозначают «Y» и определяют как отношение веса (в граммах) или числа образованных клеток к весу (в граммах) или концентрации потребленного питательного субстрата.

Y=

где - увеличение количества биомассы, соответствующее потреблению субстрата в количестве .

У периодических культур определяется средняя величина за период роста. Вычтя из количества выросшей биомассы «Х» количество посевного материала «Х₀» и поделив количество потребленного питательного вещества, получим:

Y_ср. =

где S₀ – концентрация питательного вещества в исходной среде;

S – остаточная концентрация питательного вещества.

Экономический коэффициент может определяться за резные сроки культивирования. Обычно конкретный штамм характеризуют по

Y_ср. =

в период фазы логарифмического роста. При замедлении скорости роста в лог – фазу вследствие недостатка какого – либо компонента питательной среды (лимитирования) или из-за накопления неблагоприятных для роста метаболитов в среде (ингибирования) экономический коэффициент снижается. Экономический коэффициент может рассчитываться в отношении потребления любого субстрата, прежде всего углеродного, а также и в отношении кислорода и вообще любого компонента питания.