Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Динамика минеральных элементов в условиях проточного тУрбидостатного культивирования описана И. И. Гительзо-в°м и др. (1965).
Рассмотрим некоторые основные моменты. Пусть вначале пРоцесса культивирования микроорганизмов в культиватор
53
помещена микробная суспензия, в которой концентрация какого-либо минерального элемента составляет С0, а концентрация этого же элемента в биомассе Скл. В культиватор непрерывно поступает свежая питательная среда с концентрацией рассматриваемого элемента СПИт- Непрерывно из культиватора выводится эквивалентное притоку среды количество суспензии клеток. Тогда динамика концентрации элемента в процессе культивирования опишется дифференциальным уравнением:
dC = к{Сиш — Скл x)dt — kCdt, (24)
где к — доля объема культуры, обмениваемая за единицу времени при непрерывном доливе среды и сливе суспензии. Выражение Cnmidt отражает непрерывный приток элемента в культиватор с питательной средой; Скл xdt — непрерывный вынос элемента в среде, окружающей клетки в культиваторе и уходящей на слив вместе с клетками (далее эта остаточная концентрация элемента обозначается как Сф). Решая уравнепие
(24), получим
Cj = (Спит Скл х) -j- [С0 (Сцих СКл x)]e~kt, (25)
где Ct — изменяющаяся во времени концентрация элементов в околоклеточной среде.
Остаточная концентрация элементов в среде есть функция времени, прошедшего от начала культивирования. При достаточно больших значениях t второй член правой части уравнения
(25) утрачивает свое значение и в пределе концентрация элемента Сф не зависит от времени:
lim Ct = СпиТ — СщрГ. (26)
t-*oo
Это значение остаточной концентрации элемента может быть названо предельной остаточной концентрацией:
Сф = Спит — С цл х. (27)
Уравнение (27), выражая динамику минеральных элементов, при непрерывном турбидостатном культивировании микроорганизмов позволяет рассчитывать концентрацию любого элемента в питательной среде по потребностям в нем клеток, оптимальную концентрацию элемента в околоклеточной среде и коэффициент использования элемента культурой:
Р — Скл Ж/Спит, (28)
где Р — коэффициент использования элемента культурой, %•
54
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА ВОДОРОДНЫХ БАКТЕРИЙ НА РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКАХ АЗОТА
Трудности поддержания стационарного состояния химических параметров среды проявляются прежде всего в отношении азота. Потребность в нем у водородных бактерий на порядок превышает потребности в остальных элементах питания, поэтому избирательная сорбция клетками азота среды вызывает изменение величины pH за пределы оптимальных условий роста.
Вопрос об азотном питании водородных бактерий наиболее изучен. Известно, например, что азот может ассимилироваться Alcaligenes eutrophus в виде ионов различной степени восста-новленности от NH4 , до NOjf, а также в карбамидной форме [Atkinson, 1955; Repaske, 1962]. Показано, что рост водородных бактерий на нитратах идет медленнее, чем на восстановленных формах. Нитрит, гидразин и гадроксиламин не поддерживают роста, так как ингибируют окислительно-восстановительные реакции в клетке [Atkinson, 1955]. Обычно для выращивания водородных бактерий в качестве источника азота применяют соли аммония и мочевину [Kaserer, 1906; Repaske, 1962; Schlegel е. а., 1961; Foster, Litchfield, 1964; Иванова, 1969], оптимальная концентрация которых для проточной культуры бактерий находится в диапазоне 0,01—0,03 М/л. Установлено, что у Alcaligenes аммоний включается в обмен с помощью фермента глутаматдегидрогеназы [Joseph, Wixom, 1970]. При росте на мочевине в водородных бактериях индуцированно синтезируется уреаза, которая гидролизует мочевину до аммиака и углекислоты:
(NH2),CO + 2НаО Н2С03 + 2NH3,
или
(NH2)2CO + Н20 ур-33--> С02 + 2NH3.
Активность уреазы зависит от концентрации внешнего источника азота в среде. Ионы аммония репрессируют образование этого фермента, а отсутствие их или исчерпание азота в среде индуцирует образование уреазы в клетках и повышает ее активность [Konig е. а., 1966; Konig, Schlegel, 1967].
Сравнительное исследование различных источников азота с Точки зрения их пригодности в проточной стационарной системе культивирования бактерий A. eutrophus Z-1 выполнено в работе Т. Г. Кеслер и др. (1974а). В качестве источника азота авторы исследовали нитрат калия, нитрат аммония, хлористый аммоний и мочевину (табл. 4 и 5).
Нитрат калия как трудноусваиваемая форма азота для бактерий не обеспечивает интенсивного и стационарного роста
55
Таблица 4
Культивирование водородных бактерий в проточных условиях на различных источниках азота
Источник азота Содержание N в среде, мг И. ч 1 Число генераций культуры Содержание N в клетках, мг/г Утилизация N, %
на 1 г биомассы остаточное на 1 л
KN03 150 80—60 0,185 7,0 109 80
138 60—40 0,180 8,2 — 90
NH4C1 200 160—300 0,290 7,5 — 55
144 70—60 0,225 6,5 120 80
nh4no3 130 80—20 0,305 13,0 120 96
(NH2)2CO 140 80—40 0,300 12,0 126 92
A. eutrophus Z-1. Удельная скорость роста бактерий на этом источнике азота не превышает 0,180—0,185 ч-1; при этом в клетках содержание азотсодержащих веществ снижается за счет повышенного синтеза безазотистого запасного вещества — поли-(3-оксимасляной кислоты (ПОМК). Недостаток нитратной формы питания — необходимость катионного противовеса к нитратному аниону. Обычно для этих целей используют калий, но так как потребности в нем у водородных бактерий на порядок ниже, чем в азоте, то оптимальная исходная питательная среда в процессе культивирования разбалансируется по pH.
