Способы культивирования аэробных микроорганизмов

Культивирование на поверхности плотных и жидких сред. В этом

случае микроорганизмы выращиваются на поверхности плотной среды

или в тонком слое жидкой среды и получают кислород непосредствен­но из воздуха. При поверхностном культивировании важно увеличить площадь соприкосновения среды с воздухом. Для этого среды нали­вают тонким слоем в посуду с широким дном - чашки Петри, колбы Виноградского, матрацы. В жидких средах аэробные ми­кроорганизмы часто растут, образуя на поверхности пленку. Факуль­тативные анаэробы развиваются не только на поверхности, но и в толще жидкой среды, вызывая более или менее равномерное ее помутнение. Поверхностное культивирование микроорганизмов применяется как в лабораторных условиях, так и в промышленности.

Глубинное культивирование в жидких средах. Все способы глубин­ного культивирования аэробных микроорганизмов сводятся к увеличе­нию поверхности соприкосновения питательной среды с кислородом воздуха. Следует иметь в виду, что при глубинном культивировании в жидких средах микроорганизмы используют pacтворённый кислород. Вместе с тем растворимость кислорода в воде невелика. Поэтому, чтобы обеспечить рост аэробных микроорганизмов в толще среды, её необходимо постоянно аэрировать.

Наиболее простой и широко распространенный в лабораторной практике способ глубинного культивирования – выращивание на качалках, обеспечивающих встряхивание или вращение колб или пробирок со скоростью 100-200 и более оборотов в минуту. Чем больше скорость вращения, тем больше соприкосновение среды с воздухом и выше насыщение ее кислородом. Увеличить аэрацию среды при работе на одной и той же качалке можно уменьшением объема среды или применением колб с отбойниками – вдавлениями внутрь в виде 4-8 отростков 2-3 см длиной. При вращении колб с отбой­никами поверхность соприкосновения среды с воздухом заметно увеличивается благодаря разбрызгиванию жидкости, тем выше аэрация.

Интенсивность аэрации при выращивании микроорганизмов на качалках характеризуют, как правило, скоростью поглощения кислорода водным раствором сульфита. Раствор сульфита наливают в сосуды для культивирования вместо питательной среды и через определенные про­межутки времени измеряют количество окисленного сульфита в тех же условиях аэрации, при которых выращиваются исследуемые микроор­ганизмы. Метод подробно описан в «Практикуме по микробиологии» (1976). Сульфитный метод не дает возможности определить концентра­цию кислорода в культуре. Концентрацию кислорода, растворенного в культуральной жидкости, определяют полярографически.

Помимо перемешивания, аэрировать культуру микроорганизмов можно продуванием через толщу среды стерильного воздуха. Этот спо­соб часто используется в лабораторных исследованиях, но особенно широкое применение он нашел в промышленной микробиологии при получении биомассы и различных продуктов жизнедеятельности мик­роорганизмов - антибиотиков, ферментов, кислот. Скорость протека­ния воздуха через среду необходимо контролировать. Для этого ис­пользуют различные приборы: газовые часы, реометры и другие. В фермен­терах количество пропускаемого воздуха поддерживается на заданном уровне автоматически. Воздух стерилизуется путем прохождения через активированный древесный уголь, стеклянную вату, пропитанную анти­септиком, или специальные ткани из полимеров. В лабораторных опы­тах, когда объем и скорость поступления воздуха невелики, используют заранее простерилизованные ватные фильтры. Для возможно более сильного распыления воздух пропускают через мел­копористые пластинки - барбатеры; в лабораторных опытах с этой целью при­меняют стеклянные фильтры.

Рисунок 42. Схема ферментера для глубинного культивирования аэробных микроорганизмов: 1 – вход для воздуха, 2 – выход воздуха, 3 – барбатер, 4 –отбойники, 5 - мешалка

Для аэрации культур микроорганизмов, как правило, используют обычный воздух. Продувание сред Кислородом не рекомендуется, так как чрезмерное насыщение среды кислородом (до 40 мг/л) может привести к угнетению роста микроорганизмов. В ферментерах принудительную аэрацию обычно совмещают с меха­ническим перемешиванием среды мешал­ками, скорость вращения которых может достигать сотен и даже тысяч оборотов в минуту. Схема ферментера для глубинного культивирования аэробных микроорганизмов приведена на рис. 42.

Необходимо помнить, что потребности в свободном кислороде у различных аэробных микроорганизмов неодинаковы, поэтому степень аэрации следует подбирать экспериментально для каждой культуры.