A Thiết kế môi trường kiểm tra chất dinh dưỡng giới hạn Thiết kế môi trường sinh trưởng Trong thiết kế môi trường sinh trưởng, định đưa chọn lựa nồng độ cao cho phép tạo sinh khối (Xmax), xác định chất dinh dưỡng giới hạn (theo nguyên lý Liebig) Điển hình, môi trường sinh trưởng cho vi sinh vật dị dưỡng thiết kế với nguồn lượng - carbon riêng biệt giới hạn lượng sinh khối tạo ra, ngược lại tất chất dinh dưỡng khác (được thêm vào dạng hợp chất đơn) cung cấp dư thừa Dựa vào giá trị X max, tính toán nồng độ tối thiểu nguyên tố khác cần thiết môi trường nuôi cấy Để đảm bảo dư thừa tất chất dinh dưỡng không giới hạn môi trường nồng độ chúng nhân với nhân tố dư (FE) Bằng cách này, nồng độ chất dinh dưỡng đòi hỏi môi trường tăng trưởng (Ereq) gấp x lần theo lý thuyết nguồn carbon Ereq = X max / YX/E x FE (3) YX/E (the individual average elemental growth yield) sản lượng tăng trưởng trung bình dựa nguyên tố Một ví dụ cho việc thiết kế môi trường giới hạn nguồn carbon, cho phép tạo sản lượng sinh khối khô đạt 10g/l sinh (bảng 13.13) Cần ý rằng, môi trường thành phần lựa chọn cho thay đổi nồng độ nguyên tố (ví dụ thay thể MgCl2 NaHSO4 MgSO4) Hơn nữa, môi trường có tính chất đệm yếu (weakly buffered), cần thiết phải khống chế pH suốt trình sinh trưởng Cách thức sử dụng cho việc thiết kế môi trường nuôi cấy vi sinh vật hiếu khí với mật độ sinh khối thấp trung bình Phức tạp thiết kế môi trường cho nuôi cấy vi sinh vật kỵ khí, nhiều thành phần môi trường dễ dàng kết tủa oxy hóa khử cần thiết, mật độ tế bào cao có chứa chất hòa tan vấn đề độc tính 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 g trường trưởn thừa nguy thàn g với ên tố h nguồ (g/l) phần (g cấu sinh n carb tạo khối on (g/l) khô/ g nguy ên tố) tươn g ứng Glucos C, e lượn g NH4Cl N 10 NaH2 P P O4 KCl K NaH2S Na O4 MgCl2 Mg CaCl2 Ca 3.75 14.3 1.52 5.88 33 25.0 100 100 0.5 0.5 0.95 1.87 200 100 10 0.25 0.98 1.0 2.77 FeCl2 Fe 200 10 MnCl2 Mn 104 20 ZnCl2 Zn 104 20 CuCl2 Cu 105 20 CoCl2 Co 105 20 0.5 1.13 0.02 0.04 0.02 0.04 0.002 0.00 42 0.002 0.00 44 a Dựa vào sản lượng tăng trưởng nguyên tố sinh khối khô b Theo Pirt (1975), Egli Fiechter (1981) Sản lượng tăng trưởng C nguyên tố vết Zn, Cu, Mo, Mn Nhân tố YX/E phân tích từ sinh khối khô nuôi cấy điều kiện không giới hạn tăng trưởng hệ thống đóng Đối với carbon, oxy, hydro, YX/E tính toán xác trực tiếp từ thành phần tế bào thành phần không tạo nên sinh khối, mà có chức trao đổi chất khác.Ngoài ra, bảng không nói đến số lượng lớn chất nhận điện tử cần thiết phải đảm bảo cho trình sinh trưởng Tính chất hóa học thành phần môi trường sinh trưởng phải tính đến chọn FE Ví dụ, phần lớn nguyên tố vi lượng dễ dàng kết tủa môi trường sinh trưởng pH trung tính kiềm giảm bớt khả hấp thụ sinh học (khó khăn để xác định) Do đó, chúng thêm vào nhiều gấp 10 tới 20 lần (Bridson Brecker, 1970) Trong công nghệ sinh học, trình nuôi cấy theo mẻ (batch) nuôi cấy theo mẻ có bổ sung (fedbatch) nghiên cứu từ lâu có lợi thiết kế môi trường chứa tất nguyên tố với lượng xác lượng cần thiết, cho tất nguyên tố phải tiêu thụ hết cuối kì tăng trưởng Tuy nhiên, khó khăn đạt điều tính đa dạng nguyên tố phụ thuộc chúng vào điều kiện nuôi cấy.Tất nhiên, công nghệ sinh học, việc tối ưu hóa môi trường quan trọng để tính toán tiêu thụ chất dinh dưỡng để hạn chế tối đa hao phí nguyên liệu, hóa chất Bảng 13.14: Các nhân tố tăng trưởng sản lượng chất cho 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- NO3NO2_ NO3 Chất nhận điện tử O2 NO3- - N2 NO2- - N2 N2O- - N2 2.6/mol YX/NO2 = 0.91.8g/mol YX/O2 = 10a42bg/mol YX/NO3 c 27g/mol = YX/NO2 c 17g/mol = YX/N2O = 9g/molc a Đối với chất khử methane n-alkanes b Đối với chất oxy hóa glucose c Đối với Paracoccus denitrificans với nguồn carbon glutamate Vietsciences- Nguyễn Lân Dũng & Bùi Thị Việt Hà [...]...NO3NO2_ NO3 Chất nhận điện tử O2 NO3- - N2 NO2- - N2 N2O- - N2 2.6/mol YX/NO2 = 0.91.8g/mol YX/O2 = 1 0a4 2bg/mol YX/NO3 c 27g/mol = YX/NO2 c 17g/mol = YX/N2O = 9g/molc a Đối với các cơ chất khử là methane hoặc n-alkanes b Đối với các chất oxy h a là glucose c Đối với Paracoccus denitrificans với nguồn carbon là glutamate Vietsciences- Nguyễn Lân Dũng & Bùi Thị Vi t Hà ... tạp thiết kế môi trường cho nuôi cấy vi sinh vật kỵ khí, nhiều thành phần môi trường dễ dàng kết t a oxy h a khử cần thiết, mật độ tế bào cao có ch a chất h a tan vấn đề độc tính số môi trường Bảng...cho phép tạo sinh khối (Xmax), xác định chất dinh dưỡng giới hạn (theo nguyên lý Liebig) Điển hình, môi trường sinh trưởng cho vi sinh vật dị dưỡng thiết kế với nguồn lượng - carbon riêng biệt... tử cần thiết phải đảm bảo cho trình sinh trưởng Tính chất h a học thành phần môi trường sinh trưởng phải tính đến chọn FE Ví dụ, phần lớn nguyên tố vi lượng dễ dàng kết t a môi trường sinh trưởng