Способ определения кинетических параметров роста микроорганизмов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29. 01. 81(21) 3240409/28-13 (51) M. КП.З с присоединением заявки М

С 12 N 1/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 1508.82. Бюллетень Мо 30

Дата опубликования описания 15,08,82 (531УДК 576 ° 8 (088 ° 8) (72) Авторы изобретения

Н. С. Паников, Т. Ф. Бондаренко и Д. Г ц

Московский ордена Ленина,.ордена Трудового Красного Знамени ого и ордена Октябрьской Революции государ твенЩЩф упще:рситет им. М. В. Ломоносова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение относится к общей и технической микробиологии и может быть использовано для определения параметров кинетики роста микробных культур.

Известен способ определения кинетических параметров роста микроорганизмов в периодическом режиме на питательной среде, содержащей разные исходные концентрации энергетического субстрата с последующим расчетом максимальной удельной скорости роста и и константы насыщения К S (1).

Известен способ определения кинетических параметров роста микроорганизмов, предусматривающий выращивание их в периодическом режиме с параллельным учетом скорости образования биомассы микроорганизмами и потребления энергетического субстрата и с последующим расчетом удельной скорости поддержания (2 ).

Недостатком известных способов является их трудоемкость и длительность

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ опоеделения кинетических параметров роста микроорганизмов, предусматривающий выращивание их в периодическом режиме на питательной среде, содержащей источник углерода и энергии и необходимые минеральные соли, измерение количества биомассы в процессе выращивания с последующим расчетом графоаналитическим методом (3).

Недостатком этого способа является невозможность определения в одном эксперименте нескольких кинетических параметров.

Целью изобретения является ускорение, упрощение и повьыение точности определения кинетических параметров роста, а также возможность определения большего числа кинетических параметров роста.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения кинетических параметров роста микроорганизмов, предусматривающему выращивание их в периодическом режиме на питательной среде, содержащей источник углерода и энергии и необходимые минеральные соли, измерение количества биомассы в процессе выращивания с последующим расчетом графоаналитическим методом, источник углерода и энергии используют в количестве

50«500 мг/л, измерение количества

950768

XN-X ьх х ж

Х -)( е "

Xm-Xo

1 биомассы в процессе выращивания осуществляют через 1-30 мин с момента инокуляции и до начала автолиэа микробных клеток, а из кинетических параметров роста определяют максимальную удельную скорость роста )4 щ, константу насыщения К и удельную скорость поддержания роста а, при этом величины я. и К8. рассчитывают

f5 по интегральной форме модифицированного уравнения Моно ь"

Хр .-Х- . Ч к нк к9 к

5 m 9 п где х — биомасса микроорганизмов, отн. ед., ; Х - начальная биомасса о — время, ч;

Х н — максимальная биомасса; а - удельная скорость поддержания роста

Y - экономический коэффициент, .а величину а рассчитывают по уравнению

Х-Х .<- (t.-q++): и) где t — время достижения максималь= ного значения биомассы.

Сущность способа состоит в следу ющем.

В уравнении и.= (s — кон ж

Хэ+Я центрация лимитирующего рост, субст . рата) обозначим и.(удельная скорость роста) + а = и, тогда а"

at (,и- - a) Х. По мере исчерпания субстрата,и. снижается и при s s

l и величина Х принимает максимальное значение. Вслед эа этим биомасса микроорганизмов начинает уменьшаться вследствие наличия эндогенного метаболизма.

Периоды роста и отмирания периодической культуры можно представить следующим образом

Период роста s y — =(p -þ)x к,и х= (1)

dX

Из уравнения = Y следует, что аt

Хо Х ЧВо о Во в

Подставляя формулу (2) в формулу (1) и интегрируя полученное уравнение при граничных условиях t = О,Х

Хо, получаем

i К-Y Х -X м en — - Ь =р р1

Х. Х, Х. Х.-Х,= "

Разделив обе части уравнения (3) на t + 1 получаем к Кя-к р .Х

Х K ЧХ К МХ

Уравнение (4) линейно в координа-. тах х -х

Еп Еп

Хп 7С

Динамика Х по ходу развития пери,одической культуры в указанных координатах апроксимируется прямой, из наклона и точки пересечения которой с осью ординат однозначно определяют15 ся параметры Ь. и К .

Период отмирания s < s

Х-Х - " {5)

После логарифмирования получаем

ЕпХ=ЕпХ - (-4 )(6)

Экспериментально получают величины микробной массы в координатах "EnX-t", из наклона полученной прямой определяется удельная скорость поддержания роста.

Пример 1. Культуру дрожжей

Debariomyces formicarius BKM-V-1555 выращивают в периодическом режиме на среде, содержащей, г/л: глюкозу 0,2;

КН Р04, 0,8У NHq,HqP+ 0,4У MgS04..7HgO

0,1; СаС2 2Н О 0,02р биотин 2- 10 6 .

1 Через каждые 15-30 мин отбирают

35 пробы культуры и измеряют оптическую плотность суспензии при 410 нм.

Данные измерений представлены на чертеже (q ), биомасса дрожжей увеличивается в течение первых 9,5 ч инку40 бации, а затем начинает уменьшаться. . Для срока 0-9,5 ч экспериментальные данные вводят в уравнение (4) и для срока 9,5-13 ч - в уравнение (6).

В итоге получают прямые (б и в), по которым графоаналитическим методом рассчитывают параметры: и 0,22 ч" у

Кс 5 мг/л, а 0,015 ч " .

Пример 2. Культуру бактерий

Pseudomonas fEuorescens 312 выращива50 ют на среде содержащией, г/л: глюкозу 0,05;;KHgP04 0,1 КчНРА4 0,8) (NH4)q НР04 0,2; MgS4@ 7Н О О, 1У

СаСЕ -2Н О О,Ь2р стандартную смесь

- микроэлементов.

Оптическую плотность бактериаль55 ной суспенэии регистриру, автомати чески с помощью спектрофотометра с проточной кюветой типа "Увикорд", т.е. с интервалом не более 1 мин.

Кинетические параметры рассчиты60 вают по уравнениям (4) и (6).

iP 0,47 Ч KS 0,9 МГ/Лка 0,07,Ч..

Таким образом, преимуществом предлагаемого способа является то, что все три основные параметра кинетики

65 роста можно определить иэ одного экс950768 перимента, заключающегося в измерении,биомассы микроорганизмов в ходе их выращивания в периодическом режиме, а также то, что время анализа по предлагаемому способу составляет 1-2 дня по сравнению с 20-30 днями по известному способу.

Формула и зо бре те ния

Способ определения кинетических параметров роста микроорганизмов, предусматривающий выращивание их в периодическом режиме на питательной среде, содержащей источник углерода f5 и энергии и необходимые минеральные соли, измерение количества биомассы в процессе выращивания с последующим расчетом графоаналитическим методом, отличающийся тем, что, с целью ускорения, упрощения и повыщения точности способа, а также возможности определения больщего числа кинетических параметров роста, источник углерода и энергии использу- 25 ют в количестве 50-500 мг/л, измерение количества биомассы в процессе выращивания осуществляют через

1-30 мин с момента инокуляции и до начала автолиза микробных клеток, а из кинетических параметров роста определяют максимальную удельную скорость роста р„„, константу насыщения КВ и удельйую скорость поддер- .

t жания роста а, при этом величиныращ и Кв рассчитывают по интегральной форме модифицированйого уравнения

Моно

-Y е "

Х -Хо

Cn—

Х

Хо Ir4m Xm KS- V

K,--Y+X K -у+Х щ где X . — биомасса микроорганизмов, отн. ед.;

Хб — начальная биомасса; вревщ, ч

X — максималь ная биомасса;

4 - удельная скорость поддержания роста;

Y - экономический коэффициент, а величину 0 рассчитывают по уравнению

Х- . +

=Х„, е

Ф где t - время достижения максималь-. ного значения биомассы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Hattori Т. Microbiak life in

the soil. МагеР Dekker, 1, NC ° 1974.

3. Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток.

Изд-во "Мир", 1978, с. 19-93.

1. Иерусалимский Н. Д. Основы физиологии микробов. M. изд. АН УССР, 1963.

950768

0, 6,0, 9OC

Составитель В. Голимбет

Редактор О. Персиянцева ТехредМ.Надь Корректорс. Юекмар

Заказ 5899/29 Тирая 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Укгород, ул. Проектная, 4