ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004
6. РІСТ МІКРООРГАНІЗМІВ
6.4. ФІЗІОЛОГІЯ РОСТУ
6.4.7. Ріст у безперервній культурі
Метод безперервного культивування полягає в тому, що в посудину (ферментатор, культиватор), в якій вирощуються бактерії, весь час надходить свіже поживне середовище і одночасно з такою самою швидкістю відводиться культуральна рідина, яка вміщує бактеріальні клітини та продукти метаболізму. За такого культивування можна якоюсь мірою наблизитись до ідеальної ситуації, коли клітини тривалий час перебувають у фазі експоненційного росту за постійної концентрації субстрату та інших незмінних умов. Розглянемо безперервне культивування в режимі хемостату та турбідостату.
Ріст у хемостаті. У цьому режимі ріст бактерій контролюється концентрацією субстрату. Підтримуючи постійну концентрацію одного з необхідних субстратів (джерело азоту чи вуглецю) регулюванням швидкості протоку середовища (швидкості надходження поживного середовища), можна стабілізувати ріст культури. Основним показником безперервного культивування є швидкість розбавлення середовища D:
де f — швидкість надходження поживного середовище, л за 1 год; V — об'єм культиватора, л.
Отже, величина D відображує об’єм рідини, який змінюється за 1 годину. Швидкість зміни біомаси в культиваторі dX/dt визначається за рівнянням
де μΧ — приріст біомаси. DX — втрати в результаті вимивання клітин.
Якщо швидкість росту μ і швидкість розбавлення середовища D є однаковими, то втрати в результаті вимивання клітин і приріст біомаси врівноважують одне одного, тобто зміна дорівнює нулю і біомаса X залишається постійною. Культура при цьому перебуває в стані динамічної рівноваги.
Ріст культури в хемостаті контролюється концентрацією субстрату. На такому обмеженні швидкості росту концентрацією одного з необхідних субстратів (лімітувальний фактор) ґрунтується стабільність системи. Залежність швидкості росту від концентрації субстрату ск описується кривою насичення (рис. 6.10). Концентрацію субстрату, за якої швидкість росту досягає половини максимального значення, позначають К1. Цей показник є одним з найважливіших параметрів, які характеризують ріст бактерій у хемостаті.
Рис. 6.10. Залежність швидкості росту від концентрації субстрату
Ріст у турбідостаті. Принцип роботи турбідостату ґрунтується на регулюванні швидкості протоку середовища густиною (мутністю) популяції. Датчик мутності регулює через керуючу систему надходження поживного середовища. Турбідостатний контроль може ґрунтуватися на інших методах вимірювання біомаси або продуктів, які утворюються в процесі їхнього росту. Наприклад, рН-статний спосіб керування швидкістю протоку, використання оксистату — керування швидкістю протоку за швидкістю споживання кисню.
Принципові відмінності між періодичною та безперервною культурами:
періодичну культуру можна розглядати як замкнуту систему (якоюсь мірою подібну до багатоклітинного організму), яка в своєму розвитку проходить кілька фаз (лаг-фаза, експоненційна та ін.). Умови існування у всіх цих фазах різні. Автоматичне регулювання в періодичній культурі навряд чи можливе;
безперервна культура — це відкрита система, яка намагається досягти динамічної рівноваги. Фактор часу певною мірою виключається. Для організмів створюються незмінні умови середовища. Легко піддається автоматичному регулюванню.