Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
При росте на СО как единственном субстрате катаболизма карбоксидобактерии растут медленно и с низкой эффективностью. Молярный урожай по СО составляет около 1 г. Небольшая доля окисленного СО (4%) используется в процессах анаболизма путем фиксации через восстановительный пентозо-фосфатный цикл.
Скорость роста и выход биомассы карбоксидобактерий в газовой смеси водорода, кислорода и углекислоты сравнимы с данными, полученными для Alcaligenes eutrophus Z-1. Добавление СО в газовую смесь ингибирует рост карбоксидобактерий, но в меньшей степени, чем водородных бактерий.
В Институте физики им. JI. В. Киренского СО АН СССР непрерывное культивирование водородных бактерий начато в 1968 г. Был взят штамм Alcaligenes eutrophus Z-1, прежде — Hydrogenomonas eutropha Z-1, выделенный в Институте микробиологии АН СССР под руководством Г. А. Заварзина в 1968 г. [Савельева, Жилина, 1968]. Этот вид бактерий относится к грамотрицательным палочкообразным перитрихам, имеющим размер от 0,7 до 3—4 мкм в длину и 0,5—0,7 мкм в ширину. Штамм является мезофильным с температурным оптимумом 31±1°С. Как и другие представители вида A. eutrophus, штамм Z-1 показывает максимальную удельную скорость роста 0,5 ч-1 при автотрофном росте и 0,8—0,9 ч-1 на органических субстратах. Оптимальный диапазон pH культуральной среды для этих бактерий составляет 6,8—7,2. Более подробному изложению характеристик их газообмена, минерального питания и биохимического состава посвящены следующие разделы этой монографии. Недавно завершена работа по физиолого-биохимиче-ской характеристике термофильной водородной бактерии
13
Pseudomonas thermophilia K-2 [Емиова, Заварзин, 1977]. Этот микроорганизм развивает в автотрофных условиях удельную скорость роста до 0,6 ч-1 при температурном оптимуме 50°С и имеет высокую дыхательную активность. Данный штамм — также перспективный промышленный продуцент.
Глава 3
МЕТОДЫ И ТЕХНИКА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ВОДОГОДНЫХ БАКТЕРИЙ
Разработка и освоение методов управления скоростью и биохимической направленностью биосинтеза у водородных бактерий представляет одну из важных задач, решаемых с целью интенсификации микробиологического синтеза, повышения эффективности утилизации энергии и биогенных элементов. Эти задачи могут быть решены на основе параметрического управления биосинтеза проточных культур микроорганизмов.
Оптимизация и интенсификация процесса биосинтеза водородных бактерий связана с нахождением путей повышения эффективности использования энергии окисления водорода — основного источника энергии для жизнедеятельности бактерий.
Биосинтез водородных бактерий обусловлен внутренними и внешними параметрами: условиями газового и минерального питания, температурой, pH и др.
Рост и развитие, продуктивность и эффективность биосинтеза водородных бактерий существенно зависят от техники их культивиров ания.
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА
Широко применяемый при микробиологических исследованиях и в практике промышленного производства метод периодической культуры отличается относительной простотой. Однако он не обеспечивает биосинтеза со скоростями и продуктивностями, которые достигаются при непрерывных методах культивирования микроорганизмов. В периодической культуре с увеличением числа клеток и их биомассы повышается содержание метаболитов и снижаются концентрации биогенных элементов, что приводит к замедлению роста микроорганизмов. Для периодической культуры отчетливо наблюдаются следующие фазы: задержка роста, экспоненциальный рост, линейный рост, насыщение и ингибирование. Потребление газов, условия обеспечения биогенными элементами непостоянны. Максимум
14
Рис. 2. Культивирование водородных бактерий на магнитной мешалке. j — колба на 2 л минеральной среды; 2 —¦ магнит диаметром 5 мм, длиной 60 мм с резиновым пояском; з — пробоотбор-дик; 4 — зажимы; 5 — насадка с фильтрами для подачи газа и продувания; в — газометр с газовой смесью; 7 — магнитная мешалка ММ2.
удельной скорости утилизации углекислоты приходится на линейный участок кривой роста бактерий [Заварзин, 1972].
Первые установки, с помощью которых выращивали периодические культуры водородных бактерий, состоят из колб, помещаемых на магнитные мешалки (рис. 2). Эти установки позволяют получать культуры с концентрациями сухой биомассы клеток до 2—5 г/л. В ферментере с цилиндром Вольдхофа емкостью 6 л при непрерывной продувке газовой смеси удалось получить концентрацию клеток в стационарной фазе периодической культуры до 28 г/л [Schlegel, Lafferty, 1971].
Заметный шаг в совершенствовании установок для выращивания периодической культуры водородных бактерий сделан И. Ф. Фостером и И. Н. Личфильдом. В созданных ими установках имеется взрывобезопасный привод перемешивающего устройства, контур циркуляции культуральной среды, датчики оптической плотности и другие регистрирующие устройства. На рис. 3 показана схема установки для культивирования во-
3. Схема установки для культивирования водородных бактерий [по Foster, Litchfield, 1964, 1967]. jL сальниковое уплотнение вала мешалки; 2 — вал электродвигателя; t — «омпрессор; 4 — контур рециркуляции газа; 5 — блок подпитки 02, Н2, С02; 6 — нагпУР РеЧиРкУля1ИИ суспензии; 7 — датчики температуры Р02, pC02, рН2; S — еввк ватель1Ш® элемент; 9 — датчики плотности биомассы; 10 — слив воды из зме-“ емкп 11 — электроклапаны; 12 — датчик pH; 13 — дозатор сдвоенный; 14, 15 — кости питательной среды и биомассы; 16 — пробоотборник; 17 — охладитель.
