11. Влияние условий культивирования на рост микроорганизмов. Факторы, влияющие на скорость роста и методы управления ими.

Ответ.

Рост микроорганизмов зависит не только от концентрации питательных веществ в среде, но и многих других факторов, таких как температура, рН и др.

Отрицательные факторы задерживают рост и образование целевого продукта и даже вызывают отмирание части клеток. В этом случае говорят о специфической скорости отмирания клеток ( ). В этом случае действительный рост культуры можно охарактеризовать уравнением

dX/dt = X – X

Существуют различные методы управления факторами, влияющими на процессы роста.

Состав и концентрация питательных веществ обеспечивает метаболизм. Для этого составляют оптимальные композиции питательных сред, осуществляют подпитку во время ферментации, организовывают многостадийность процесса с учетом потребностей продуцента по фазам развития.

Концентрация продукта и ингибиторов замедляет биохимические реакции.

Если возможно, в процессе культивирования проводят осаждение продукта по мере его накопления, осуществляют ферментацию с диализом, или проводят процесс под разрежением с испарением летучего продукта.

рН – оптимизирует скорости биохимических реакций (в пределах значений рН

от 3,5 до 9 ). Регулируют путем добавления растворов кислоты или щелочи.

Температура – оптимизирует скорость биохимических реакций (обычно

равна 20–70⁰С).

По оптимальным для роста температурам микроорганизмы условно делятся на психрофилы, мезофилы и термофилы.

В промышленности главным образом применяют мезофиллы, имеющие оптимальную температуру около 30⁰С.

С целью поддержания оптимального для продуцента температурного режима

в ходе ферментации проводят охлаждение или подогрев культуральной жидкости при помощи теплоносителей, или температуры подаваемых в биореактор субстратов.

Содержание растворенного кислорода обеспечивает аэробный метаболизм, является акцептором Н⁺, ингибирует развитие анаэробов.

Для аэробных процессов регулируют интенсивностью аэрации или добавлением к газовой смеси кислорода.

Анаэробные процессы реализуют в бескислородной среде. Это достигается продуванием N₂ и СО₂ или добавками восстановителей (цистеина, аскорбиновой кислоты и др.).

Содержание диоксида углерода.

СО₂ для автотрофов служит источником углерода. У отдельных видов гетеротрофов он замедляет метаболизм, другие в нем нуждаются.

При необходимости либо добавляют СО₂ в газовую смесь, либо удаляют избыток путем увеличения расхода воздуха или интенсификации перемешивания.

Перемешивание среды – способствует равномерному распределению питательных веществ и биомассы по всему объёму среды.

Макро– и микроперемешивание в биореакторах организуют при помощи механических мешалок, барботажных, циркуляционных и других систем аэрации и перемешивания.

Вязкость среды – определяет доступность питательных веществ к клеткам и отвод продуктов метаболизма, а также перемешивание клеток продуцента.

Регулируют компонентным составом сред, разбавлением культуральной жидкости в процессе культивирования, перемешиванием.