Dinh dưỡng của vi sinh vật: Phần A. Thiết kế môi trường và kiểm tra các chất dinh dưỡng

Chia sẻ: Nguyen Phuong Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

112
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thiết kế môi trường sinh trưởng Trong thiết kế môi trường sinh trưởng, quyết định đầu tiên được đưa ra là chọn lựa nồng độ cao nhất cho phép tạo ra sinh khối (Xmax), và xác định các chất dinh dưỡng giới hạn (theo nguyên lý Liebig). Điển hình, môi trường sinh trưởng cho các vi sinh vật dị dưỡng được thiết kế với nguồn năng lượng - carbon riêng biệt sẽ giới hạn lượng sinh khối được tạo ra, nhưng ngược lại tất cả các chất dinh dưỡng khác (được thêm vào dưới dạng các hợp chất đơn)...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Dinh dưỡng của vi sinh vật: Phần A. Thiết kế môi trường và kiểm tra các chất dinh dưỡng

A. Thiết kế môi trường và kiểm tra các chất dinh dưỡng giới hạn 1. Thiết kế môi trường sinh trưởng Trong thiết kế môi trường sinh trưởng, quyết định đầu tiên được đưa ra là chọn lựa nồng độ cao nhất
cho phép tạo ra sinh khối (Xmax), và xác định các chất dinh dưỡng giới hạn (theo nguyên lý Liebig). Điển hình, môi trường sinh trưởng cho các vi sinh vật dị dưỡng được thiết kế với nguồn năng lượng - carbon riêng biệt sẽ giới hạn lượng sinh khối được tạo ra, nhưng ngược lại tất cả các chất dinh dưỡng khác (được thêm vào dưới dạng các hợp chất đơn) được cung cấp dư thừa. Dựa vào giá trị X max, có thể tính toán được nồng độ tối thiểu của các nguyên tố khác nhau cần thiết trong môi trường nuôi cấy. Để đảm bảo sự dư thừa của tất cả chất dinh dưỡng không giới hạn trong môi trường thì nồng độ của chúng được
nhân với nhân tố dư (FE). Bằng cách này, nồng độ của chất dinh dưỡng đòi hỏi trong môi trường tăng trưởng (Ereq) gấp x lần theo lý thuyết đối với nguồn carbon. Ereq = X max / YX/E x FE (3) YX/E (the individual average elemental growth yield) là sản lượng tăng trưởng trung bình dựa trên từng nguyên tố. Một ví dụ cho việc thiết kế môi trường khi giới hạn nguồn carbon, cho phép tạo sản lượng sinh khối khô đạt 10g/l sinh (bảng 13.13). Cần chú ý rằng, trong môi trường này các thành phần được lựa chọn
sao cho có thể thay đổi nồng độ của mỗi nguyên tố (ví dụ có thể thay thể MgCl2 và NaHSO4 bằng MgSO4). Hơn nữa, môi trường này chỉ có tính chất đệm yếu (weakly buffered), do đó cần thiết phải khống chế pH trong suốt quá trình sinh trưởng. Cách thức này được sử dụng cho việc thiết kế môi trường nuôi cấy các vi sinh vật hiếu khí với mật độ sinh khối thấp và trung bình. Phức tạp hơn là thiết kế của môi trường cho nuôi cấy vi sinh vật kỵ khí, trong đó rất nhiều thành phần của môi trường dễ dàng kết tủa tại thế oxy hóa khử cần thiết, hoặc mật độ tế bào cao trong đó có chứa các
chất hòa tan hoặc vấn đề độc tính của một số môi trường. Bảng 13.13: Thiết kế môi trường tối thiểu bị giới hạn bời nguồn C cho phép sản lưởng sinh khối khô đạt 10g/l a,b Thành Ngu Năng Các Khối Khối phần ồn suất nhân lượn lượn môi sinh tố dự g các g các trường trưởn thừa nguy thàn g với ên tố h (g nguồ (g/l) phần sinh n cấu khối carb tạo khô/ on (g/l)
g tươn nguy g ên ứng tố) Glucos C, 1 1 10 25.0 e năng lượn g NH4Cl N 8 3 3.75 14.3 3 NaH2 P P 33 5 1.52 5.88 O4 KCl K 100 5 0.5 0.95 NaH2S Na 100 5 0.5 1.87 O4 MgCl2 Mg 200 5 0.25 0.98 CaCl2 Ca 100 10 1.0 2.77
FeCl2 Fe 200 10 0.5 1.13 MnCl2 Mn 104 20 0.02 0.04 6 ZnCl2 Zn 104 20 0.02 0.04 2 CuCl2 Cu 105 20 0.002 0.00 42 CoCl2 Co 105 20 0.002 0.00 44 a. Dựa vào sản lượng tăng trưởng của các nguyên tố trong sinh khối khô. b. Theo Pirt (1975), Egli và Fiechter (1981). Sản lượng tăng trưởng của C và các nguyên tố vết Zn, Cu, Mo, Mn
Nhân tố YX/E được phân tích từ sinh khối khô khi nuôi cấy trong điều kiện không giới hạn tăng trưởng của hệ thống đóng. Đối với carbon, oxy, và hydro, YX/E không thể được tính toán chính xác trực tiếp từ các thành phần cơ bản của tế bào do những thành phần này không chỉ tạo nên sinh khối, mà còn có các chức năng trao đổi chất khác.Ngoài ra, trong bảng không nói đến một số lượng lớn các chất nhận điện tử cần thiết phải được đảm bảo cho quá trình sinh trưởng. Tính chất hóa học của các thành phần trong môi trường sinh trưởng phải được tính đến khi chọn FE. Ví dụ, phần lớn các nguyên tố
vi lượng dễ dàng kết tủa trong môi trường sinh trưởng ở pH trung tính hoặc kiềm và do đó giảm bớt khả năng hấp thụ sinh học (khó khăn để xác định). Do đó, chúng được thêm vào nhiều gấp 10 tới 20 lần (Bridson và Brecker, 1970). Trong công nghệ sinh học, quá trình nuôi cấy theo mẻ (batch) và nuôi cấy theo mẻ có bổ sung (fed- batch) được nghiên cứu từ lâu vì rất có lợi khi thiết kế các môi trường chứa tất cả nguyên tố với lượng chính xác lượng cần thiết, sao cho tất cả các nguyên tố phải được tiêu thụ hết tại cuối kì tăng trưởng. Tuy nhiên, rất khó khăn có thể đạt được điều này do tính đa dạng của các
nguyên tố và sự phụ thuộc của chúng vào điều kiện nuôi cấy.Tất nhiên, trong công nghệ sinh học, việc tối ưu hóa môi trường là rất quan trọng để tính toán sự tiêu thụ chất dinh dưỡng và để hạn chế tối đa sự hao phí nguyên liệu, hóa chất. Bảng 13.14: Các nhân tố tăng trưởng sản lượng của các chất cho và nhận điện tử Các chất cho điện tử H2 YX/H2 = 12g/mol S2O3 YX/S2O3 = 4g/mol Fe2+ YX/Fe2+ = 0.35g/mol NH4+ - YX/NH4 = 1.3-
NO3- 2.6/mol NO2_ - YX/NO2 = 0.9- NO3 1.8g/mol Chất nhận điện tử O2 YX/O2 = 10a- 42bg/mol NO3- - N2 YX/NO3 = 27g/molc NO2- - N2 YX/NO2 = 17g/molc N2O- - N2 YX/N2O = 9g/molc a. Đối với các cơ chất khử là methane hoặc n-alkanes. b. Đối với các chất oxy hóa là glucose.
c. Đối với Paracoccus denitrificans với nguồn carbon là glutamate Vietsciences- Nguyễn Lân Dũng & Bùi Thị Việt Hà