Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
При культивировании Alcaligenes на аммиачной селитре, в которой калий замещен более целесообразно нагруженным катионом NH3+ > имеет место выраженная избирательность бактерий к восстановленной форме азота как наиболее доступной. Клетки утилизируют нитратную форму азота только после исчерпывания из среды аммония. Двухфазность, характеризующая процесс потребления азота культурой, в проточной системе приводит к резкому колебанию pH среды. Удельная скорость
Таблица 5
Биохимический состав водородных бактерий в зависимости от источника
азота, % от сух. в-ва
Источник азота «Сырой» протеин Белки Углеводы Поли-р- оксимас- ляная кислота РНК+ДНК свобод- ные ЛИПИД1 1 Й сс к 2 В 2 о В >1 С0 S S f»» о
KNOg 68,0 65,0 10,4 2,7 12,6 0,8 4,6 5,4
NH4C1 75,4 71,9 6,3 0,6 13,8 0,8 4,6 5,4
nh4no, 75,6 71,5 5,6 1,3 14,6 0,9 4,4 5,3
(NH2)2CO 78,7 73,5 6,6 0,7 14,2 0,7 4,5 5,2
56
роста бактерий при питании аммиачной селитрой достигает 0,305 ч-1, количество азотсодержащих веществ в клетках в этих условиях составляет 75,6%. Использование в качестве источника азота хлористого аммония обеспечивает интенсивный рост водородных бактерий при высокой степени усвоения азотного субстрата. Однако применение хлористого аммония приводит к накоплению в околоклеточной среде хлора и ее под-кислению, поэтому возникает необходимость в коррекции и стабилизации активной реакции культуральной среды.
Оказалось, что мочевина — это оптимальная форма азота при проточном выращивании данного штамма. На этом источнике азота осуществляется интенсивный стационарный процесс роста бактерий без неблагоприятных изменений, связанных с другими формами азотного питания. Молекула мочевины утилизируется водородными бактериями полностью, поэтому не происходит изменения ионного состава и, следовательно, активной реакции культуральной среды.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОСТЕЙ ВОДОРОДНЫХ БАКТЕРИЙ В МИНЕРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
При непрерывном культивировании микроорганизмов необходимо знание зависимости скорости роста и биохимической направленности синтеза бактерий от обеспеченности клеток биогенными элементами, а также зависимости интенсивного процесса от остаточной концентрации элементов в среде. Это позволяет вести процесс культивирования с задаваемой скоростью и изменять биохимический состав синтезируемой биомассы.
Потребности водородных бактерий в минеральных элементах подробно исследованы в Институте физики СО АН СССР [Кеслер и др., 1972а, б, 1974а—в; Кеслер, 1974]. Обобщение результатов этих исследований позволяет установить некоторые закономерности. При проточном культивировании микроорганизмов концентрации элементов в питательном растворе (на входе в культиватор и на выходе из него), включая содержание элемента в околоклеточной среде и биомассе, должны
-1
а
6
/»,ч‘
90 110 130 150 170 190
Слит > MZ/z
90 100 110 120
Снл > ме/е
Рис. 27. Зависимость удельной скорости роста А. eutrophus Z-1 от концентрации азота в питательной среде (а) и в клетках (б).
57
*,/20-,
Рис. 28. Динамика содержания азота в биомассе водородных бактерий при различном поступлении элемента со средой.
31110 -
90 110 130 150 170
Суд,мг/г
быть равными. Поэтому зависимости удельной скорости роста бактерий от концентрации азота в клетках (рис. 27, б) и в питательной среде в расчете на 1 г синтезированной биомассы (рис. 27, а) подобны. Из рис. 28 следует, что при уменьшении удельного поступления азота от 120 до 90 мг/л рост бактерий лимитируется. Увеличение удельного поступления от 120 до 180 мг/л не влияет на интенсивность процесса.
Прослеживая ход кривой на рис. 28, можно заключить, что в оптимальных условиях роста внутриклеточное содержание азота в клетках A. eutrophus Z-1 составляет 120 + 5 мг/г. Уменьшение концентрации азота в клетках соответствует лимитированному росту бактерий. Внутриклеточная концентрация азота зависит не только от скорости роста бактерий, но также и от концентрации азота в питательной среде. Если величина удельного поступления азота уменьшается, то концентрация этого элемента в клетках также падает. Таким образом, поддерживая удельное поступление (Суд), равным 120 ± 5 мг/г, можно осуществить станционарное культивирование водородных бактерий, не лимитируя его азотом.
Для полной характеристики процесса необходимо учитывать еще одну величину — остаточную концентрацию элемента в околоклеточной среде — Сф . Очевидно, что полнота использования азота клетками будет тем выше, чем ниже его остаточная концентрация. Однако последняя должна быть не ниже критической, т. е. обеспечивать такой градиент концентраций между средой и клеткой, при котором скорость диффузии молекул к клеточной поверхности превышает скорость потребления их клеткой. Вместе с тем технологически не оправдано культивирование микроорганизмов с высокими остаточными концентрациями минеральных веществ в среде, так как при этом значительная доля их выносится из культиватора неиспользованной. Поэтому важно знать предельные концентрации минеральных элементов, при которых возможен интенсивный и устойчивый рост бактерий. Установлено, что удельная скорость роста бактерий A. eutrophus Z-1 не зависит от концентрации азота в околоклеточной среде в интервале от 20 до 300 мг/л (рис. 29). Уменьшение остаточной концентрации азота до следовых количеств вызывает незначительное снижение продуктивности культуры, которое не превышает 5—10% от исходной величины. При зтом практически полностью утилизируется
