Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
В связи с тем, что состав природного газа непостоянен, процесс роста метилотрофов неустойчив, а это осложняет управление им. Сравнение ростовых показателей водородокисляю-Щих и метанокисляющих микроорганизмов показывает возможность организации более эффективной и интенсивной технологии производства биомассы водородных бактерий. Это Позволяет рассматривать их наряду с метанокисляющими бактериями как перспективный продуцент микробного белка на природном газе через его конверсию на водород и углекислоту.
4*
51
Глава 5
МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ ВОДОРОДНЫХ БАКТЕРИЙ
Для обеспечения интенсивного процесса бактериального синтеза необходимо поддерживать оптимальные физико-химические параметры культуры. Важную роль при этом играет режим минерального питания, так как химические параметры существенно влияют на скорость и биохимическую направленность микробного синтеза.
Вопрос о физиологической роли минеральных элементов в живой клетке и организме в целом широко изучается в последнее время. Современная литература содержит много работ, свидетельствующих о тесной связи условий внешней среды, особенно ее химического состава, и физиолого-биохимических свойств клеток. Известно, что минеральные элементы влияют на ход ферментативных реакций в клетках, обмен различных соединений и формообразовательные процессы. Усвоение минеральных элементов связано с образованием основных клеточных компонентов — нуклеиновых кислот и белков, а также полисахаридов и липидов.
Вопрос о минеральном питании водородных бактерий до недавнего времени оставался слабо изученным. Имеющиеся в литературе сведения отрывочны и относятся в основном к непроточной культуре. Известно, например, что водородные бактерии в качестве источника серы используют сульфаты, восстанавливая их до H2S [Niklewski, 1914; Беляева, 1950J. Г. Кальтвассер [Kaltwasser, 1962], изучая влияние концентрации фосфора в среде на рост водородных бактерий, установил, что клетки, выросшие при дефиците фосфора, прекращают рост по исчерпании его запасов в среде. В таких клетках отсутствуют полифосфаты, а содержание фосфора в них в 10 раз ниже нормального. При автотрофпом росте водородным бактериям необходимы железо и никель в концентрациях 10_6 и 3-10~7 М соответственно [Bartha, Ordal, 1964], а также кобальт и молибден, которые активируют гидрогеназы. Р. Репаске, Э. Репаске [Repaske, Repaske, 1976] установили количественные потребности в минеральных элементах плотной накопительной культуры Alcaligenes eutrophus.
Общепринятой для выращивания водородных бактерий в периодической культуре стала солевая среда Г. Казерера в модификации Г. Шлегеля [Schlegel е. а., 1961], которая представляет собой сильный фосфатный буфер с добавлением некоторых солей: хлористого аммония, сернокислого магния и др. Основные ее недостатки — неравномерное потребление анионов и катионов по ходу роста культуры и чрезвычайная нагруженность фосфатами. Применяются также варианты этой среды, в которых хлористый аммоний заменен мочевиной. В этом случае
52
исключается накопление ионов хлора в культуральной среде, это, в свою очередь, позволяет снизить количество фосфатов в питательном растворе [Foster, Litchfield, 1964; Коваленкова и др-, 19711.
Среди предложенных методов стабилизации условий минерального питания микроорганизмов интересен принцип сбалансированных сред. Под последними понимают такие растворы, которые по соотношению элементов копируют содержание минеральных компонентов в биомассе [Ketchum, 1954; Кузнецов, Семененко, 1966; Кузнецов, 1967]. При выращивании микроорганизмов на сбалансированных питательных средах с урожаем биомассы из раствора одновременно выносятся все минеральные элементы пропорционально урожаю, это существенно облегчает стабилизацию состава сред и делает их более экономичными. Для создания сбалансированной среды прежде всего необходима информация о потребностях культуры в биогенных элементах и характере влияния концентраций этих элементов в околоклеточной среде на скорость роста бактерий. Следует подчеркнуть, что для изучения зависимости между факторами внешней среды и физиологическими функциями микроорганизмов приемлем только проточный метод их культивирования, позволяющий неограниченно долго поддерживать состояние активного роста и размножения клеток при заданных параметрах процесса. Основной недостаток периодической культуры — застойность, несменяемость субстрата, при которых нарастание биомассы сопровождается потреблением питательных веществ, изменением pH среды и накоплением в ней продуктов обмена.
Для стабилизации окружающих условий и морфофизиологических свойств клеток применяют проточные среды, позволяющие создавать оптимальные и стационарные условия для размножения микроорганизмов. Проточный метод культивирования характеризуется непрерывной подачей питательной среды микроорганизмам со скоростью, соответствующей скорости их размножения в данных условиях. При этом из культиватора происходит отток культуральной жидкости, так что объем культуры остается неизменным. Непрерывное культивирование протекает в условиях установившегося режима, когда микробная популяция и ее продукты наиболее однородны. Применение непрерывных процессов существенно облегчает изучение кинетики биосинтеза в целом и его отдельных реакций, а также создает возможность эффективного и рационального регулирования процесса культивирования.
