Ks, μmах, и Y являются важнейшими параметрами, характеризующими рост микроорганизмов в непрерывной и периодической культуре.
В настоящее время в промышленности для получения продуктов микробного синтеза используется метод непрерывного культивирования. Основным условием стабильного состояния культуры в непрерывном процессе является равенство удельной скорости роста (μ) и скорости разбавления (D).
Скорость роста микроорганизмов определяется физиологическими особенностями штамма, условиями культивирования, природой утилизируемого углеродного субстрата и его концентрацией в среде. Высокие исходные концентрации некоторых компонентов среды могут ингибировать рост микроорганизмов. Наиболее важной характеристикой роста микроорганизмов является их теоретическая максимальная удельная скорость роста (μmax). Она рассчитывается при выборе перспективных культур для получения биомассы или продуктов метаболизма микроорганизмов в условиях непрерывного культивирования. Чем выше μmax при росте на конкретном субстрате, тем устойчивее и продуктивнее будет идти процесс получения необходимого продукта. С практической удельной скоростью роста (μ) она связана математическим выражением Моно и имеет следующий вид:
(5)
где μ – практическая удельная скорость роста; S – концентрация лимитирующего фактора в среде; Кs – константа насыщения (константа Михаэлиса-Ментена), равная концентрации лимитирующего фактора, при котором μmах =1/2, величина Кs обратно пропорциональна сродству организма к субстрату. По своей форме уравнение Моно соответствует зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата при химических реакциях (уравнение Михаэлиса-Ментена).
Величину Ks можно определить в опытах, где суспензией клеток засевают среды с различными, но очень низкими концентрациями субстрата S. Через короткие интервалы времени (1, 2, 3 ч и далее) измеряют величину биомассы и вычисляют значение μ. Далее строят график зависимости μ от концентрации субстрата S (рис. 23). Проводят линию, параллельную оси абсцисс, на уровне самого высокого значения μ до пересечения с осью ординат. Количественное значение Кs рассчитывается графически экстраполированием величины ½ μmax на ось абсцисс (концентрация субстрата).
Рисунок23. Зависимость удельной скорости роста культуры (μ) от концентрации субстрата (S) в соответствии с уравнением Моно. Ks = 10 мг/л, при S=Ks, а μ=0,5 μmax
Преобразуя уравнение (5), получаем:
(6)
т.е., построив график зависимости 1/μ от 1/S, получим прямую линию, которая пересекает ось абсцисс в точке – 1/Ks, а ось ординат ‑ в точке 1/μmax (рис. 23). Линейность графика в случае, когда по оси ординат откладывают обратные величины, служит удобным методом для проверки гиперболической зависимости.
Рисунок 24. Данные рисунка 23 в обратных координатах
