Потребности микроорганизмов в питательных и других веществах. В табл. 1. 1 приведен средний химический состав клеток различных видов микроорганизмов. Таблица 1. 1 - Клеточный состав микроорганизмов, % сухого вещества Элемент или соединение Дрожжи Микроскопические грибы Элемент или соединение Бактерии Дрожжи Микроскопические грибы Бактерии Углерод 50, 4 49, 8 47, 9 SO 3 0, 29 0, 04 0, 11 Азот 12, 3 12, 4 5, 24 Na 2 O 0, 07 1, 12 Кислород 30, 5 31, 1 40, 16 Mg. O 0, 82 0, 42 0, 38 Водород 6, 78 6, 7 Ca. O 0, 89 0, 38 0, 19 P 2 O 5 4, 95 3, 54 4, 85 Fe 2 O 3 0, 08 0, 035 0, 16 K 2 O 5 2, 41 2, 34 2, 81 Si. O 2 0, 03 0, 09 0, 04
Содержание воды в растворе или субстрате количественно выражают величиной активности воды – отношением парциального давления пара раствора к давлению водяного пара При известном составе раствора активность воды можно определить с помощью уравнения где n — число ионов, образованных растворенным веществом; m — молярная концентрация растворенного вещества; Y — молярный осмотический коэффи циент. Для разбавленных сред активность практически совпадает с концентрацией воды. Для чистой воды а =1, 00, а для совершенно сухого вещества aw=0. Микроорганизмы способны развиваться на питательных средах, в которых aw от 0, 63 до 0, 99, причем для бактерий этот диапазон значительно уже (от 0, 93 до 0, 99), чем для дрожжей и микроскопических грибов. Это обусловливает возможность роста ряда культур на плотных питательных средах с относительно низким aw (так называемые поверхностные культуры).
Принципы составления питательных сред.
Материально-энергетический баланс роста микроорганизмов. В процессе роста микроорганизмов происходит потребление из среды питательных веществ с образованием биомассы, жидких и газообразных продуктов метаболизма. Баланс роста по основным элементам (углероду, водороду, кислороду, азоту) можно записать в виде уравнения В этом уравнении формулы органического субстрата и биомассы записаны условно, в пересчете на один атом углерода. üИндексы m, l, р, n, q характеризуют элементные составы субстрата и биомассы, üпараметры а, b, с, ус — стехиометрические коэффициенты. Количество атомов кислорода и водорода на 1 атом углерода в биомассе дрожжей и бактерий относительно постоянно ü(0, 47— 0, 55 для кислорода и 1, 73— 1, 82 для водорода).
Для характеристики запаса энергии субстрата предложено использовать понятие степени восстановленности углерода ( ) определяемой как количество электронов, которые могут перейти к кислороду при полном окислении молекулы субстрата. Это так называемые «доступные электроны» . Реакцию окисления субстрата кислородом в общем случае можно записать в таком виде: 1. 3) откуда Выражение (1. 3) позволяет определить степень восстановленности любого органического субстрата. Значения γS для некоторых субстратов приведены в табл. 1. 2. В ней же представлен максимально достижимый (теоретический) выход биомассы по углероду и по массе.
Значения Субстрат γS и максимальные теоретические значения выхода биомассы для различных субстратов Теоретический выход По углероду По массе Субстрат γS ycmax Ysmax Метан 8, 0 1, 9 3, 0 Сахароза Гексан 6, 3 1, 5 2, 65 Уксусная Метанол 6, 0 1, 4 1, 1 кислота Этанол 6, 0 1, 4 1, 55 Щавелева Глюкоза 4, 0 0, 95 0, 8 я кислота Теоретический выход По углероду По массе ycmax Ysmax 4, 0 0, 95 0, 85 4, 0 0, 95 0, 8 1, 0 0, 25 0, 1 Величины ycmax и Ysmax рассчитаны с учетом того, что степень восстановленности углерода в биомассе γb практически постоянна и равна 4, 2, то есть 1. 4) 1. 5) где σs и σb— массовая доля углерода в субстрате и биомассе. Смысл формул (1. 4) и (1. 5) состоит в том, что в биомассе не может быть энергии больше, чем в использованном субстрате, и они выражают закон сохранения энергии для данного случая.
ü Отношение фактического выхода биомассы к теоретическому носит название «энергетический выход» и характеризует долю энергии субстрата, перешедшую в биомассу. ü Значение η = 0 соответствует случаю, когда весь потребляемый субстрат используется для поддержания жизнедеятельности клеток, и биомасса при этом не растет; ü η = 1—противоположный случай, когда вся энергия субстрата переходит в биомассу. ü Величина энергетического выхода связана с выходом биомассы по кислороду Y 0 соотношением 1. 6) Из (1. 6) видно, что при η =0 Y 0 = 0, а приближении η к 1 Y 0→. ü Чтобы вся энергия субстрата перешла в биомассу, нужно, чтобы она не тратилась на окислительные процессы (кислород не должен потребляться). ü Такой режим недостижим, на практике энергетический выход составляет не более 0, 6— 0, 7.
По энергетическому выходу можно сравнивать эффективность роста микроорганизмов на различных субстратах. Чтобы оценить эффективность использования субстрата, нужно сравнить фактическую величину Ys с теоретическим максимальным значением Ysmax, и величина η будет характеризовать, насколько близок существующий процесс к идеальному: при росте üна глюкозе Ys=0, 5 близок к максимальному значению — 0, 8 (η=0, 625); üна метане Ysmax=3, 0 (η = 0, 167).
Скачать презентацию Потребности микроорганизмов в питательных и других веществах В
ПС-конструирование.pptx