Охарактеризуйте каждую фазу роста популяции микроорганизмов при глубинном культивировании.

При периодическом способе глубинного культивирования популяция микроорганизмов проходит семь фаз роста.

I фаза - лаг-фаза. - адаптация к новой среде. - активация ферментных систем, - возрастание количества нукл.кислот, кл. готовится к интенсивному синтезу

 

 

белков и др.соед-й. - τ зависит от физиол-х особенностей микр-ма, состава среды и условий культ-

 

ния. Чем эти различия < и чем > посевная доза, тем короче I фаза.

II фаза - фазой ускорения роста, - начало деления клеток, - > общ. m популяции и постоянное > U -ти роста культ.; она непродолжительна.

III фаза – фаза наиб. активного роста N клеток, - экспоненциальной (логарифмической) фазой. - max U роста культ., интервалы м/у появлением предыдущ. и последующ. поколений = const. Логарифм N кл. линейно зависит от t.

В рез-те интенс-го роста и размн-я культ. из пит.среды с той же интенс-ю поглощ-ся пит. вещества. Среда нач-т истощаться вследствие катаболических и анаболических проц-в, осущ-мых кл-ми микр-мов, в ней скапливаются прод. жизнед-ти микр-мов, α могут оказывать угнетающее действие на организм. Кл. мешают друг другу, уменьш-ся пов-ти их контакта со средой, ухудш-ся поступление пит. в-в внутрь клетки и выброс метаболитов. U роста пониж-ся, N делений сокращается, наступает IV фаза роста, α принято называть фазой замедления (уменьшения) U роста.

V фаза - стационарная. m и кол-во всех жив.кл. достигают max. Кол-во вновь образ-шихся кл. стан-ся на этом этапе = кол-ву кл., отмерших и автолизовавшихся.

В какой-то момент это равновесие наруш-ся и кол-во отмерших кл. стан-ся больше вновь образ-шихся, наступает VI фаза – фаза ускорения отмирания.

Заверш-ся цикл роста и развития популяции в замкнутом объеме VII фазой, хар-щейся отмиранием и автолизом микр-мов, α называется фазой отмирания. На этой стадии m жив.кл. значительно <, т.к. запасные в-ва кл. исчерп-ся.

 

N
t

Рисунок - Кривая роста микр-мов при периодич. культ-нии: I – лаг-фаза; II – фаза ускорения роста; III – фаза экспоненциального роста; IV – фаза замедления роста; V – фаза стационарная; VI – фаза отмирания культуры

 

Отделение биомассы от культуральной жидкости основные понятия

Для отделения взвешенных биологических частиц от культуральной жидкости используются различные физико-химические свойства: плотность частиц; размер частиц; поверхностные свойства частиц.

При разделении суспензий по плотности части и используют следующие методы:

1) седиментация (отстаивание) — для крупных частиц размером от 2,3 мкм до 1 мм, по плотности отличающихся от окружающего раствора;

2) гидроциклонирование — от 5 до 700 мкм;

3) центрифугирование — от 400 до 900 пм;

4) ультрацентрифугирование — от 10 нм до 1 мкм.

По размеру частиц методы разделения биологических суспензий могут быть следующими:

1) фильтрация через тканевые фильтры — для частиц размером от 10 мкм до 1 мм;

2) микрофильтрация — для частиц размером от 200 нм до I0 мкм;

З) ультрафильтрация, позволяющая отделять частицы размером от 10 пм до 5 мкм.

ОТСТАИВАНИЕ И ОСАЖДЕНИЕ

Этот метод наиболее часто используют в процессах очистки стоков — отстаивание активного ила. Используется он также для отделения животных и растительных клеток, мицелиальных грибов и пивных дрожжей.

Для успешного проведения процесса отстаивания не обязательно сами микроорганизмы должны быть крупными: они могут концентрироваться на хлопьях, агломератах.

Часто процесс отстаивания комбинируется с предварительной коагуляцией или флокуляцией. В обоих случаях к суспензии добавляется реагент (соли алюминия или железа при коагуляции и полиэлектролиты при флокуляции).

Прикрепленные к длинным молекулам коагулянтов или флокулянтов несколько клеток создают основу агломерата, который в результате имеет больший вес и

 

меньшую подвижность, что приводит к седиментации осадка.

 

Недостатками метода являются: большая продолжительность процесса (порядка нескольких часов) и не очень хорошее разделение (в осадке концентрация биомассы не превышает 1—3 %). Скорость отстаивания зависит от размеров и плотности хлопьев, а также от их поверхностных свойств.

Применительно к осаждению осадка сточных вод — активного ила — используют иловый индекс, характеризующий содержание биомассы активного ила в осаждаемом слое за 30 мин отстаивания.

Но биологический осадок не является монодисперсным (частицы, а точнее агломераты, имеют разный размер). В результате высота слоя осадка изменяется со временем не по прямой линии, а по кривой, причем скорость осаждения снижается во времени.

Еще чаще клетки с какого-то момента перестают осаждаться. Это связано с тем, что мелкие клетки имеют поверхностные свойства, удерживающие их от осаждения. Многие мелкие клетки не осаждаются вовсе.

ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ И СЕПАРАЦИЯ

Для преодоления отмеченных ранее трудностей осаждения скорость осаждения клеток усиливают, помещая суспензию в поле центробежных сил. Центрифуги и сепараторы, которые это поле создают, часто называют осадительными.

ФИЛЬТРАЦИЯ

фильтрация — это задержание (тканевой) или пористой перегородкой. движущей силой является разность давлений, вызывающая протекание жидкости.

Обычно же при фильтрации микроорганизмов используют фильтры, размер пор которых больше размера микроорганизмов. В этом случае фильтрация происходит через слой осадка.

Преимущества. С помощью фильтрации получают более обезвоженные осадки (20—40 % по сухой массе), чем при отстаивании или сепарации.

Недостатки. Проблематично использовать фильтрацию с намывным слоем, если целевым продуктом является сама биомасса или внутриклеточные продукты из нее. Даже если целевой продукт находится в фильтрате, возникает проблема утилизации загрязненного биомассой порошка.

Осветляющие фильтры. Эта модификация служит для отделения твердой фазы от суспензий, содержащих малое количество твердых частиц.Но и это малое количество в готовом продукте или полупродукте иметь нежелательно.

ФЛОТАЦИЯ

Флота ция — это выделение клеток микроорганизмов из культуральной жидкости за счет адгезии (прилипания) микроорганизмов к поднимающимся в жидкости пузьтрькам воздуха и затем сбора пены и ее конденсации (коалесценции). Обычно чем меньше пузыри, тем медленнее они поднимаются и тем больше время пребывания их в жидкости и вероятность захвата клеток микроорганизмов.

Электрофлотация — модификация процесса флотации, в котором пузырьки создаются за счет электролиза. Образующиеся пузырьки водорода или кислорода имеют размер до 30 мкм, а пена обогащается флотируемой биомассой в 15—20 раз больше по сравнению с исходной суспензией. Недостатком такой системы является возможность вредного воздействия электрического тока на клетки микроорганизмов.