Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
119
КИЭ/Уо Cf
О 15 30
Число оборотов среды
Рис. 42. Показатели роста A. eutrophus Z-1 при многократном
использовании среды, содержащей жидкие выделения человека.
1 — удельная скорость роста ц; 2 — концентрация органических веществ;
3 — концентрация ионов хлора (С1 ); 4 — коэффициент использования энергии водорода (КИЭ).
жающих удельную скорость роста бактерий. Стабилизация концентрации натрия в среде связана с непрерывным удалением этого элемента из среды с отбираемой биомассой, поэтому величина выноса натрия обусловливается степенью проточности системы и также процессами сорбции на поверхности клеток. Как показали химические анализы, вынос натрия с пастой бактерий увеличивается с повышением его концентрации в околоклеточной среде. В описываемом эксперименте увеличение концентрации натрия в среде от 0,090 до 1,700 г/л, при этом содержание элемента в бактериальной пасте возрастает за счет сорбции на поверхности клеток от 2,5 до 8,5 мг в расчете на
1 г сухой биомассы. В изученном диапазоне концентраций внутриклеточное содержание натрия не изменяется и составляет 1,4 ± 0,5 мг/г.
Зная количество вносимого в культиватор хлористого натрия и величину выноса его с биомассой, можно рассчитать время и величину равновесной концентрации этой соли в культуральной среде. Г1о нашим данным, эта величина не должна превысить 7 г/л. В то же время модельными опытами показано, что увеличение концентрации NaCl в среде до 10 г/л не влияет на скорость роста и физиологическое состояние бактерий A. eutrophus Z-1, т. е. использование водородных бактерий в качестве регенеративного звена СЖО в этом плане не имеет противопоказаний.
Общий баланс воды в системе определяется следующими процессами: образованием вод бактериями, разложением воды в электролизере и выделением метаболической воды человеком. Количество воды, образуемой бактериями при синтезе 1 г биомассы, можно оценить исходя из данных о скорости поглощения водорода и элементарного состава биомассы.
Из поглощаемого культурой 0,63 г водорода на 1 г урожая лишь 0,07 г идет на построение тела бактерий Остальные
120
0,56 г, а также 0,14 г водорода, поступающего с мочевиной, окисляются до воды. Количество образовавшейся воды при синтезе 1 г биомассы составляет 5,17 г.
При интенсивности роста 30 г/ч, необходимой для обеспечения газообмена одного человека, образуется 155,1 г/ч воды.
В процессе жизнедеятельности человека выделяется примерно 350 г воды/сут, или 14,6 г/ч. Следовательно, величина водо-образования в системе составляет 169,7 г/ч. Количество воды, разлагаемой в электролизере, определяется необходимым для бактерий водородом — 170,1 г/ч.
Таким образом, можно получить водный баланс системы, сходящийся до 0,3%. Можно ожидать, что пластические возможности обмена как человека, так и бактерий позволят сохранять водный баланс и при возможных изменениях взятых показателей.
РЕГЕНЕРАЦИЯ ПИЩИ
Третья возможная функция водородных бактерий в СЖО — регенерация пищевых веществ, главным образом белкового компонента диеты космонавтов. С чисто биохимической точки зрения осуществление этой возможности не имеет противопоказаний. Установлено, что биомасса Alcaligenes eutrophus отличается высоким содержанием белков с полным набором незаменимых аминокислот, однако суммарное содержание в ней углеводов и липидов небольшое [Foster, Litchfieid, 1964; Calloway, Kumar, 1969; Трубачев и др., 1971]. Способность Alcaligenes синтезировать неусвояемый животными и человеком компонент — поли-Р-оксимасляную кислоту в проточных условиях при оптимальных параметрах роста практически не проявляется [Трубачев и др., 1971; Кеслер и др., 1972а; Шме-лев-Шампанов и др., 1973].
Всего в системе, обеспечивающей газообмен одного человека, будет производиться 720 г биомассы в сутки. Исходя из данных о биохимическом и элементарном составе этой биомассы и суточных потребностей человека в отдельных компонентах питания составлены таблицы взаимообеспечения человека системы водородные бактерии — электролиз по каждому компоненту (табл. 34). При полном балансе газового и водного обмена хемо-автотрофная система жизнеобеспечения удовлетворяет потребности человека в большинстве макроэлементов, в белках, в том числе во всех незаменимых аминокислотах и некоторых витаминах. В то же время имеется резкий дефицит по углеводам, натрию, хлору, иодидам, фторидам. Вместе с тем система электролиз — водородные бактерии получает от человека только часть необходимых макроэлементов: N — 20%, Р — 13,4, Mg — 7,5 и К - 60-80%.
9 Заказ М 308
Таблица 34
Взаимообеспечение человека и системы водородные бактерии — электролиз биогенными элементами и компонентами питания
Компонент Суточная потребность Поступле- ние Обеспе- ченность, %
i 2 3 4
Система->-человек
Кислород, л 700 700 100
Вода, л 3,9 3,9 100
Белки, г 100-120 470-500 500
Незаменимые аминокислоты, г
триптофан 1-1,1 5,7 550
лейцин 6-12 43,0 600
изолейцин 3-4 15,20 500
треонин 2-3,6 22—25 1000
валин 4 18,0 450
лизин 3-5 36,0 1200
метионин 2-4 8,6 210
фенилаланин 2-4 21,6 500
