4.2.2.1 Розрахунок складу поживного середовища

Скласти базове поживне середовище для вирощування штаму Streptomyces griseus– продуцента оцтової кислоти, якщо за 85 год культивування концентрація оцтової кислоти в культуральній рідині становить 75 г/л, а концентрація біомаси – 4,5 г/л .

Розрахунок вмісту в середовищі джерела вуглецевого живлення

Потреби для синтезу стрептоміцину. Як джерело вуглецю для одержання антибіотику використовується глюкоза.

Розрахуємо, скільки вуглецю (за елементом С) міститься в 75 г стрептоміцину. Молекулярна маса стрептоміцину становить 160 г/моль. Отже, у 75 г стрептоміцину міститься 29 г вуглецю, а в 160 г стрептоміцину (29 × 75) / 160 = 31 г вуглецю. Маса глюкози становить становить 56 г, тоді вміст вуглецю становить 29г, тоді в 46 г глюко (29х75)/46 = 39, 1 г вуглецю.

Потреби для синтезу біомаси. У біомасі міститься 50% вуглецю, отже вміст вуглецю у 4,5 г біомаси становить 4,5× 0,5 = 2,25г. Ця кількість вуглецю міститься у (2,25х100)/39,1= 5,66г глюкози і (2,25х100)/29= 7,14г стрептоміцину.

Враховуючи 40% втрат субстрату на “холосте окислення”, для одержання 4,5 г/л біомаси у середовище необхідно внести (5,6 × 0,4) + 5,6 = 7,84г/л глюкози і (7,14×0,4)+ 7,14 = 9, 18г/л антибіотику.

Отже, загальний вмістглюкозиу і стрептоміцину у середовищі, необхідні для синтезу біомаси (4,5 г/л) (75 г/л), становить (29+7,84+32,94+9,18 )/2= 44,1г /л.

Розрахунок кількості порцій підживлення та склад підживлювального розчину наведений далі

Розрахунок вмісту в середовищі джерела азотного живлення

Потреби для синтезу біомаси. Припустимо, що у біомасі міститься 10 % азоту. Таким чином, у 3,5 г біомаси вміст азоту (за елементом N) становить 0,35 г.

Продуцент стрептоміцину асимілює як джерела азотного живлення мінеральний (амонійний) та органічний азот. Для одержання стрептоміцину в промислових умовах використовується середовище, яке містить як джерело мінерального азоту фосфат амонію (NH₄)₂НРО₄. Розрахуємо кількість фосфату амонію, необхідну для одержання 4,5 г/л біомаси. Молекулярна маса (NH₄)₂НРО₄ становить 132. Отже, у 132 г фосфату амонію міститься 28 г азоту (N), тоді 3 г азоту буде міститись у (132 × 3) / 28 = 14,14 г солі.

Для одержання 3,5 г/л біомаси вміст (NH₄)₂НРO₄ у середовищі культивування повинен становити 14,14 г/л.

Розрахунок вмісту у середовищі джерел мінерального азоту. Якщо джерелом мінерального азоту в середовищі культивування продуцента стрептоміцину є тільки фосфат амонію, то для забезпечення бактерій азотом (14,14 г/л), концентрація цієї солі повинна становити (132 × 14,14) / 28 = 66,66 г/л.

Розрахунок вмісту фосфору у середовищі

У біомасі міститься близько 3% фосфору (за елементом Р). Отже, для синтезу 4,5 г/л біомаси вміст фосфору у середовищі повинен становити 4,5 × 0,03 = 0,12 г/л. Джерелами фосфору у промисловому виробництві стрептоміцину є однозаміщений калій фосфорнокислий і фосфат амонію – КН₂РО₄ і (NH₄)₂НРО₄ , які вносяться у середовищі в рівних кількостях (співвідношення 1:1).

Вміст фосфору у КН₂РО₄ становить 31 / 136 = 23%, а у (NH₄)₂НРО₄ - 31/132= 23,5%. Отже, у (NH₄)₂НРО₄ міститься у 23,5 / 23 = 1,02 рази більше фосфору, ніж у К₂НРО₄. Приймемо вміст фосфору (Р) у К₂НРО₄ за 1 (одиницю), тоді вміст Р у (NH₄)₂НРО₄ буде 1,02. Отже, можемо записати 2,02 × х = 0,1, звідки х ≈ 0,05.

Таким чином, вміст Р у вигляді К₂НРО₄ становить 0,05 г/л, а у вигляді (NH₄)₂НРО₄ - 0,05 × 1,02 ≈ 0,05 г/л. Відповідно, концентрація цих солей у середовищі становить (174 × 0,05) / 31 = 0,3 г/л та (132 × 0,05) / 31 = 0,22 г/л.

Але так, як ми вносимо (NH₄)₂НРО₄ також як джелеро азоту, то необхідна менша кількість даної речовини.

Інші компоненти середовища

Джерелами таких необхідних для росту бактерій елементів, як магній, сульфур є MgSO₄.

Таблиця.Склад поживного середовища для культивування продуцента стрептоміцину.

Джерело поживних компонентів	Вміст в середовищі	Одиниці виміру
Глюкоза	39,13	г/л
Соєва мука	18,6
(NH4)2НРО4	1,9
К2НРО4	0,7