CC BY
10З.М. Мангуева, У.Г. Магомедбеков, М.-З.В. Вагабов. Кинетика роста клеточной культуры Бас-сИагошусев сегеу1в1ае (уЫ) у-2217
УДК 576.8
Кинетика роста клеточной культуры 8ассИагошусе8 сегеу181ае (уш1) у - 2217
З.М. Мангуева, У.Г. Магомедбеков, М.-З.В. Вагабов
Одной из важных проблем микробиологии спиртового производства является выделение чистых культур дрожжей, а также отбор наиболее селективных видов для промышленных нужд.
В настоящей работе представлены результаты по исследованию закономерностей роста клеточной культуры БассИагошусев сегеу1в1ае (у1ш) (Б. сегеу1в1ае (у1ш)) у - 2217, выделенной нами, при биосинтезе этанола.
Результаты эксперимента и их обсуждение. С целью выяснения оптимальных условий роста биомассы клеточной культуры БассИагошусев сегеу1в1ае (у1ш) были изучены зависимости скорости роста клеток от рН среды, температуры и концентрации субстрата (сахарозы). Изменение числа дрожжевых клеток от времени для абрикосового сусла представлено на рис. 1.
№106
160
120
40
80
Т, ч
01........................................
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Рис. 1. Зависимость роста числа клеток от времени
20 1п N
л п
Рис. 2. Кинетика роста клеточной культуры в абрикосовом сусле (Ссух = 15%; рН 3.5; г = 20 - 22 °С)
-сух
З.М. Мангуева, У.Г. Магомедбеков, М.-З.В. Вагабов. Кинетика роста клеточной культуры 8ас-сИагошусеБ сегеу1$1ае (уЫ) у-2217
Полученные данные показывают (рис. 1), что индукционный период (лаг-фаза) соответствует 5 - 7 часам, фаза экспоненциального роста - 7 - 24 часам, фаза линейного роста - 24 - 42 часам, фаза замедления роста - 42 - 48 часам, стационарная фаза - 48 - 72 часам и фаза отмирания культуры - 72 - 84 часам.
Если концентрация субстрата, рН и температура постоянны, процесс роста клеток определяется в виде зависимости
¡пЫ = ¡пЫ0 + Л,
где N - число клеток, Ы0 - начальное число клеток, [ - удельная скорость роста.
На рис. 2 приведена зависимость роста клеток культуры у - 2217 в абрикосовом сусле от времени в полулогарифмических координатах.
Определение удельной скорости и начального числа клеток по этой кривой приводит к значениям: [ = 1§а = 0,11 ч-1, а Ы0 - 2,66-10б кл.
Известно, что многие клеточные культуры функционируют в достаточно узком интервале рН. Поэтому было изучено влияние кислотности среды на рост рассматриваемых микроорганизмов. На рис. 3 приведены данные по зависимости удельной скорости роста клеточной культуры от рН.
0,60
0,58
0,56
0,54
0,52
0,50
0,48
0,46
0,44 3
рН
3,1
3,2
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8 3,9
Рис. 3. Зависимость удельной скорости от рН
20
19
18
17
16
15
14
№10б
20
40
60
80
1 2
^ 3 4
Т, ч
100
Рис. 4. Кинетика роста клеточной культуры
(Ссух = 15 %, рН 3,4): 1 - 15 °С; 2 - 20 °С; 3 - 25 °С; 4 - 30 °С)
0
З.М. Мангуева, У.Г. Магомедбеков, М.-З.В. Вагабов. Кинетика роста клеточной культуры 8ас-сИагошусеБ сегеу1$1ае (уЫ) у-2217
Полученные результаты показывают, что наибольшая скорость роста наблюдается при рН 3,4^3,6. Поэтому основные исследования проводились при этих значениях рН.
Как и в случае многих каталитических реакций, изменение температуры существенным образом влияет на скорость роста биомассы клеточной культуры. Особенности влияния зависят не только от того, что необходимо обеспечить определенную концентрацию жизнеспособных клеток, но и от требований, предъявленных к качеству продукта микробиологического синтеза - этанола.
Зависимость роста биомассы исследуемого штамма микроорганизмов от температуры в интервале 15 ^ 30 °С представлена на рис. 4. Как показывают эти данные, с увеличением температуры (в измеренных интервалах) удельная скорость роста клеток увеличивается.
Однако при увеличении температуры вместе с этим повышается и содержание нежелательных микропримесей в продукте. С этой точки зрения наиболее оптимальной оказалась температура 20 ± 2 °С.
Одним из углеводов, содержащихся в абрикосовом сусле, является сахароза. Поэтому было определено влияние её содержания (в виде модельных растворов) на характер изменения количества биомассы.
Результаты по изменению удельной скорости при рН 3,4; X = 20 °С для различных концентраций субстрата от времени представлены на рис. 5.
Полученные данные показывают, что с увеличением концентрации субстрата в изучаемом интервале величины удельных скоростей повышаются.
В простейшем случае механизм роста клеточной культуры можно представить в виде [1]:
N N8 —^ 2К + Р, (1)
где N - число клеток, Б - субстрат, N8 - комплекс микроорганизмов с субстратом, Р - продукт.
Зависимость скорости роста клеток от концентрации лимитирующего субстрата выражается известным уравнением Моно в виде:
р = рт-Б/Кв + В), (2)
З.М. Мангуева, У.Г. Магомедбеков, М.-З.В. Вагабов. Кинетика роста клеточной культуры Бас-сИагошусеБ сегеу1$1ае (уЫ) у-2217
где /лт - максимальная удельная скорость роста, К - константа равновесия взаимодействия субстрата с клетками культуры (константа Михаэлиса), £ - концентрация субстрата.
Если представить данное выражение в виде
1// = 1/Ит+ (Кц//Лт) -(1/8), (3)
то по зависимости 1// = ^1/5) можно определить значения К и /ит.
Полученные результаты показывают (рис. 6), что зависимость 1/ц от 1/8 линейна, tga соответствует К^^щ, отсекаемая часть по оси ординат - (1/^т ), а по оси абсцисс - (- 1/К8); значения констант равны: К = 1,33 М, /ит = 0,19 ч-1.
Таким образом, при изучении динамики роста биомассы селекционированной новой клеточной культуры Б. сегеу1в1ае (у1ш) у-2217 установлено, что оптимальными условиями роста её биомассы являются: рН 3,4^3,6, 1 = 20 ^ 22 °С, Ссубс = 8,3-10"2 моль/л (15 %).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 06-03-96621 р_юг_а).
2 1
Рис. 6. Зависимость удельной скорости роста клеток от концентрации субстрата в двойных обратных координатах
Литература
Варфоломеев С.Д., Калюжный С.В. Биотехнология: Кинетические основы микробиологических процессов. - М.: Высш. шк., 1990. - 296 с.
