2.2. Сырье и питательные среды, применяемые в биотехнологии

Основным сырьем для микробного синтеза является углеродсодержащее сырье. Наиболее доступны для микроорганизмов моносахара, особенно гексозы (глюкоза, галактоза), многоатомные спирты (глицерин, маннит) и карбоновые кислоты. Низкомолекулярные спирты (метанол, этанол) также относятся к перспективному сырью для микробиологического синтеза. Некоторые виды микроорганизмов способны использовать в н-алканы и другие фракции нефти. Наибольшую рентабельность имеют биотехнологические производства, использующие ценные виды побочной продукции пищевой, химической, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности: мелассу, молочную сыворотку, зерновую и картофельную барду, сульфитный щелок, гидрол, смесь карбоновых кислот и т.д. Особенно широко применяются меласса и гидрол – побочные продукты производства сахара и крахмала.

Питательная среда является сложной трехфазной системой, содержащей жидкие, твердые и газообразные компоненты. По составу среды подразделяют на две группы: естественные и синтетические. Естественными называют среды, которые состоят из продуктов животного и растительного происхождения и имеют сложный неопределенный химический состав. Их основа – различные части растений, животные ткани, солод, дрожжи, навоз, почва, вода морей, озер, минеральных источников. Большинство таких сред используют в виде экстрактов или настоев.

На естественных средах хорошо развиваются многие микроорганизмы, поскольку в них имеются все компоненты, необходимые для роста и развития. Однако среды с неопределенным составом малопригодны для изучения физиологических особенностей бактерий, поскольку не позволяют учесть потребление компонентов среды и выяснить какие вещества синтезируются микроорганизмами. Указанные недостатки связаны с тем, что состав естественных сред сложен и непостоянен, зависит от сырья и способа приготовления питательной среды. Это заметно влияет на рост микроорганизмов Естественные среды используют главным образом для поддержания культур микроорганизмов и накопления клеточной биомассы.

Синтетические питательные среды – это такие, в состав которых входят в точно указанных концентрациях только известные химически чистые соединения. Данные среды по составу часто бывают многокомпонентными и содержат сложный набор химических веществ. Синтетические среды широко используют для исследований, связанных с изучением обмена веществ микроорганизмов.

Существуют так называемые полусинтетические среды, относящиеся к средам с неопределенным составом. В них, наряду с соединениями известной химической природы, входят вещества неопределенного состава. Например, в мясопептонную среду, кроме сложных и неопределенных по химическому составу веществ (мясной бульон), иногда входят глюкоза или сахароза, хлорид натрия, фосфат калия. Полусинтетические среды широко используют в микробиологической практике для получения витаминов, антибиотиков, аминокислот и других продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

С.Н. Виноградским в практику микробиологии введены элективные, или избирательные, среды, предназначенные для определенных групп микроорганизмов. Зная физиологические особенности соответствующей группы микробов, можно подобрать такие условия культивирования (состав, кислотность среды, температура, аэрация и т.д.), при которых будут развиваться представители лишь данной группы. Элективные среды позволяют вести биологические процессы в лаборатории и на производстве без предварительной стерилизации среды. Эти смеси применяются главным образом для выделения микроорганизмов из мест их естественного обитания.

Питательные среды могут быть различной консистенции: жидкие, плотные, полужидкие. Жидкие среды представляют водные растворы питательных веществ в определенной концентрации. Они применяются для выращивания биомассы микроорганизмов глубинным методом. Плотные питательные среды используют для учета количества бактерий, выделения чистой культуры и других целей. Такие среды готовят из жидких, добавляя 1,5-2,5% агар-агара или 10-15 % желатины. Агар-агар – это растительный коллоид, получаемый из некоторых морских водорослей. В его состав входят главным образом полисахариды. Желатина – кислый азотсодержащий продукт, получаемый при выварке костей и хрящей животных. Плотными средами могут служить также гелевые пластины.

При приготовлении полужидких сред, применяемых для определения физиологических особенностей микроорганизмов, например, подвижности, в жидкую основу среды вносят 0,2-0,5 % агар-агара.