Биотехнология малотоннажного производства микробного протеина - Стахеев И.В.
ISBN 5-343-00786-4
Скачать (прямая ссылка):
переработка на дрожжи более концентрированных сред позволит свести до
минимума дорогостоящую биологическую очистку сточных вод (Калюжный и ДР.,
1971).
Существует мнение (Денисенко, 1974), что переработка среды с высоким
содержанием РВ весьма рациональна. Вместе с тем в литературе имеется
много данных, указывающих на трудности микробиологической переработки
питательных сред с повышенной концентрацией сахаров (Калюжный и др.,
1971; Семушина и др., 1974,
1979). Выполнение этой задачи невозможно без подбора устойчивых урожайных
штаммов, неспособных к спирто-образованию. Подбор штаммов дрожжей,
способных расти в концентрированных гидролизатах, ведется методом
ступенчатого отбора и автоселекции на протоке спонтанных форм, активных
по накоплению биомассы и устойчивых к ингибиторам гидролизных сред
(Семушина, Монахова и др., 1974).
С целью увеличения продуктивности штаммов предполагается применение
индуцированной селекции с использованием мутагенных факторов, таких, как
УФ лучи, гидроксиламин, этиленимин, камфора, митозньге яды (Курт и др.,
1975). В результате селекции изменяются параметры роста отобранных
штаммов: возрастают экономический коэффициент, удельная скорость роста,
глубина утилизации органических веществ гидролизата и продуктивность
дрожжей (Семушина и др., 1979). Большое внимание уделяется получению
полиплоидных штаммов дрожжей. Сообщалось (Курт и др., 1975), что в случае
образования полиплоидных форм происходит скачкообразное кратное
увеличение числа хромосом в клетке, изменяющее ее биохимические свойства
и увеличивающее выход биомассы и содержание белка.
Работы по непрерывному культивированию одноклеточных аэробных
микроорганизмов в жидких гомогенных
36
питательных средах в 60-х годах обобщены в Институте микробиологии
Академии наук Чехословакии (Малек, Фенцл, 1968). Важный вывод этих
исследований состоит в том, что продуктивность непрерывного процесса
синтеза биомассы пропорциональна плотности популяции микроорганизма.
Применительно к дрожжам экспериментально доказана практическая
возможность достижения плотности популяции 80 г (с 25% СВ) в 1 л
питательной среды из мелассы. Увеличение концентрации микроорганизма в
среде важно и при периодическом культивировании: оно уменьшает или
снижает до нуля лаг-фазу и тем самым сокращает продолжительность цикла.
Вместе с тем основные закономерности культивирования при больших
концентрациях одноклеточных микроорганизмов изучены недостаточно.
Максимальная плотность биомассы, которая может быть достигнута в данной
среде, определяется одним из четырех условий (Перт, 1978): количеством
лимитирующего субстрата (в том числе кислорода), накоплением
ингибирующего продукта, максимальной плотностью упаковки биомассы,
отмиранием клеток. В отношении бактерий существовало мнение, что
максимальная плотность бактерий в культуре определяется требованиями к
биологическому пространству и обусловлена концентрацией компонентов
среды, особенно кислорода, или наличием ингибирующего продукта. Если
ингибирования нет, популяция остается жизнеспособной, и в случае
осуществления доставки элементов питания концентрация биомассы
ограничивается только максимально возможной плотностью упаковки (числом
клеток в 1 см3), которая составляет около 1012/1/, где V - объем
индивидуальной клетки. Максимальная плотность упаковки дрожжей Sac-
charomyces cerevisiae, вычисленная по этой формуле, составляет 5,6-109
клеток/см3, т. е. 1000 г/л (в расчете на влажные дрожжи).
Таким образом, основным техническим препятствием к увеличению плотности
микробной популяции одноклеточных является недостаток растворенного в
среде кислорода. Он наблюдается в разных системах аэрации при повышении
концентрации, например, дрожжей до 28- 48 г/л (с 25% СВ). Во многих
системах культиваторов дальнейшее увеличение плотности популяции
оказывается экономически невыгодным из-за возрастающего во много раз
расхода воздуха.
37
Проблема обеспечения культур микроорганизмов кислородом воздуха при
глубинном выращивании биомассы приобрела особое значение с 40-х годов. С
ее решением связана практическая необходимость получения в промышленном
масштабе микробной биомассы, антибиотиков и ферментов. Отъемно-доливной
метод культивирования, примененный к дрожжам, лишь частично решил эту
проблему путем регулирования потребности культуры в кислороде за счет
отбора биомассы и долива свежей среды. Разработанный в СССР на базе
установки типа "АНКУМ" метод продленной периодической культуры дрожжей с
дискретной автоматической добавкой элементов питания по мере их
потребления, названный квази-непрерывным, совмещающий в себе особенности
периодического и хемостатного культивирования (Работнова,
1977), позволяет получать среды в широком диапазоне концентраций с
различной степенью насыщения кислородом (Шкидченко, 1973). Выращивание в
квазинепрерыв-ном режиме одноклеточных водорослей с целью получения
белковой биомассы в условиях плотностата нашло широкое развитие в работах
