Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
У водородокисляющих бактерий зависимость дыхания от растворенного кислорода не снималась. Однако есть данные, позволяющие оценить Со2крит для удельной скорости роста. Так, И. Гото и др. [Goto е. а., 1977] для штамма 9-5 показали, что экспоненциальный рост продолжается вплоть до момента полного исчерпывания кислорода из среды, которое наступает при концентрации клеток в культуре 7,4 г/л. Подобные же
38
наблюдения сделаны Р. РобраШоЬга е. а., 1972] для штамма Н-20. По-видимому, в этих случаях Со2Крит лежит ниже предела возможностей кларковского электрода, с помощью которого проводились измерения, т. е. ниже 0,05 мм Hg.
О. А. Шмелев-Шампанов и др. (1976) нашли величину Со2крит для удельной скорости роста около 0,1 атм (0,116 -Ю-3 М) при х — 4 г/л, а при х = 8 г/л она была еще выше — 0,18 атм (0,2 -Ю-3М). Хотя во всех трех случаях измерения проведены на клетках, разброс данных очень велик. Очевидно, что экспериментальных данных по влиянию растворенного кислорода на рост явно недостаточно, чтобы сделать какой-либо окончательный вывод.
Чтобы обеспечить оптимальную концентрацию кислорода, необходим его постоянный приток из газовой фазы. Скорость переноса 04 из газовой фазы в жидкую описывается выражением
Р = Ка(Со - С), (7)
где kLa — коэффициент массопередачи, характеризующий эффективность перемешивания; С0 — концентрация 02 в жидкости, находящейся в равновесии с газом; С — текущая концентрация 02 в жидкости.
Согласно закону Генри—Дальтона, C0 = Hq2 -р02, где р02 — парциальное давление 02 в газовой фазе; Но2 — константа Генри. Таким образом, при заданных условиях культивирования скорость роста зависит от р02.
Опыт работы с периодическими культурами показал, что в первые часы роста бактерии нуждаются в пония?енных концентрациях кислорода в газовой фазе. По мере увеличения плотности необходимая для сохранения максимальной скорости роста концентрация кислорода повышается. Это хорошо ил- • люстрирует рис. 17, взятый из работы Шлегеля [Schlegel е. а.,
1961]. Аналогичные результаты получены японскими учеными Для штамма 9-5 [Goto е. а.,
1977].
Зависимость интенсивности роста от концентрации 02 в га-
Рис. 17. Зависимость роста бактерий от концентрации О., в газе (Р02) при различных концентрациях клеток (650 об/мин, 10% С02, остальное водород, t° = 28°, pH 6,8).
39
уи,ч'
0,4-
0,3 -0,2-0,1-
, . ,--------------,-----!----!------!-----j
О 5 10 15 20 25 30 35 40 02,°/о
Рис. 18. Зависимость скорости роста водородных бактерий от р02 при kLa = 450 ч-1 (1) и kLa = 1800 ч"1 (2).
зовой фазе определена и у непрерывных культур водородных бактерий. На рис. 18 представлены эти зависимости, взятые из работы Я. В. Войтович и др. (1971) и Я. В. Семенова, Т. А. Петровой (1978). Они получены на одном и том же штамме A. eutrophus Z-1, но на установках с разными коэффициентами массо-передачи (450 и 1800 ч-1 соответственно), что сказывается на местоположении кривых (х (р02).
Рис. 18 подтверждает экстремальный характер зависимости роста водородных бактерий от кислорода. Кривые, полученные при кЬа = 450 ч-1, имеют зоны оптимума с более заметным сдвигом в сторону возрастания с повышением плотности культуры и в целом смещены в область повышенных концентраций 02. Для каждой точки кривых рис. 18 справедливо
dCldt = 0 = Z>.#o2-Р02 + кЬа-Н02 (р02 - С02) -
— х'Яо2 — D-Ho2-C02, (8)
где D — скорость разбавления; qQ% — удельная скорость поглощения 02 культурой; Со2 — парциальное давление 02 в жидкости; р02 — парциальное давление 02 в газе.
Для слаборастворимых газов, каким является 02, члены
уравнения D-Hq2-р02 и DHo2Cq2 много меньше второго и
третьего членов правой части уравнения.
В условиях лимита по 02 величина Со2 близка к 0, поэтому для точек, лежащих на левых склонах кривых, уравнение (8) преобразовываем в следующее:
ff-кьа-р02 = х-до2 (9)
или
H-kL о - р02 = {ix/vo, (Ю]
40
Согласно (10), при постоянных величинах х, у и kLa зависимость (х (рОа) должна быть линейной в зоне лимитирования. Если известна величина у, кривые (х (р02) позволяют найти коэффициент массопередачи установки кЬа и Со2крит по уравнению (8).
Количественную оценку константы урожая по 02 можно найти у различных авторов.Наиболее систематическое исследование зависимости величины уо2 от условий газового питания проведено JI. Бонджерсом [Bongers, 1970 а, б] и П. И. Пономаревым и Ю. JI. Гуревичем (1977).
Показателем эффективности превращения энергии JI. Бонджерсом принято отношение поглощенных клетками 02 и COg (О/С). На штамме Alcaligenes eutrophus Z-1 им показано, что максимальная эффективность 0/С=2,5 наблюдается в оптимальных для роста условиях. Эффективность почти не изменяется при лимитировании кислородом и незначительно уменьшается при лимитировании водородом, что, естественно, объясняется контролем катаболической активности над синтетическим процессом. Лимитирование по С02 вызывает существенное снижение эффективности использования энергии. В этом случае при полном прекращении роста сохраняется 40% окислительной активности. По данным Т. Моринаги и др. [Morinaga е. а., 1978], величина уо2 почти не меняется с изменением D в хемостатной культуре и слабо зависит от типа лимитирования, составляя в среднем 0,3 при лимитировании кислородом и водородом и 0,44 г/г — углекислотой.
