- •Общая биотехнология
- •Оглавление
- •Работа 1. Культивирование клеток микроорганизмов с использованием ферментационного комплекса Biostat a plus
- •Работа 2. Определение интенсивности аэрации сульфитным методом
- •Ход анализа Определение объема раствора йода, необходимого для работы
- •Определение сульфитного числа до и после аэрации
- •Расчет сульфитного числа
- •Зависимость скорости поступлений кислорода в раствор сульфита от интенсивности аэрации
- •Определение азота и белка в кормовых дрожжах
- •Работа 3. Определение содержания общего азота (сырого протеина)
- •Проведение испытания
- •Обработка результатов
- •Работа 4. Определение массовой доли белка по Барнштейну
- •Проведение испытания
- •Работа 5. Определение липидов в кормовых дрожжах
- •Проведение испытания
- •Обработка полученных результатов
- •Техника безопасности при выполнении работы
- •Работа 6. Продукты метаболизма микроорганизмов. Спиртовое брожение
- •Динамика выделения со2в процессе брожения осуществляемого дрожжами
- •Работа 7. Дихроматно-йодометрический метод определения концентрации спирта
- •Проведение испытания
- •Основы микробиологического контроля биотехнологических производств
- •Работа 8. Определение общей бактериальной обсемененности.
- •Проведение испытания
- •Обработка результатов.
- •Рекомендации по оформлению отчета
- •Правила техники безопасности
- •Список литературы
Работа 2. Определение интенсивности аэрации сульфитным методом
Развитие популяции микроорганизмов в аэробном ферментаторе невозможно без массообмена между всеми тремя фазами, из которых состоит реакционная среда: твердой (микроорганизмы), жидкой (питательная среда) и газообразной (аэрирующий воздух). Подвод питательных веществ и кислорода к клетке и отвод от нее продуктов метаболизма осуществляются в ходе массообмена между этими тремя фазами. Причем подвод кислорода из-за его малой растворимости и отвод некоторых растворимых газообразных метаболитов, например, диоксида углерода, приходится обеспечивать путем непрерывного барботажа воздухом. Для интенсификации массообменных процессов, как правило, организуется перемешивание реакционной среды, которое нередко сопровождается интенсивным пенообразованием.
Объемный коэффициент массопередачи Коб (КLa) является важнейшей характеристикой культиватора. Величина Коб прежде всего зависит от мощности электродвигателя, типа и частоты вращения мешалки, геометрических форм внутренних конструктивных элементов аппарата. Эти параметры можно изменять как при проектировании, так и в ходе процесса. Однако величина Коб зависит и от физико-химических свойств культуральной жидкости — вязкости, поверхностного натяжения и др. Изменение этих свойств влияет на Коб вследствие изменения поверхностного коэффициента массоотдачи и площади поверхности абсорбции. Известно, например, что добавление к воде 0,1 % уксусной кислоты приводит к уменьшению диаметра барботирующих пузырьков воздуха от 2 до 0,1 мм. Некоторые вещества (спирты, соли) действуют в еще более малых концентрациях.
Физико-химические свойства культуральных жидкостей в течение цикла культивирования не остаются постоянными. Это связано с тем, что происходит выделение продуктов метаболизма, изменяются количество и состав взвешенной твердой фазы, добавляются пеногасители. Известны факты снижения или увеличения Коб в 2—3 раза при культивировании.
Имеющиеся зависимости для расчета Коб являются эмпирическими и содержат различные коэффициенты, определяемые экспериментально.
Методы определения Коб делятся на прямые и косвенные. Прямое определение коэффициента массообмена в реальных условиях культивирования на культуральной жидкости, содержащей суспендированные микроорганизмы, является лучшим способом оценки культиватора. При необходимости сравнения массообменных возможностей аппаратов различных объемов и конструкций безотносительно какой-либо конкретной питательной среды и вида микроорганизма удобнее пользоваться косвенными методами, основанными на применении модельных сред.
Одним из методов оценки растворения (абсорбции) кислорода является сульфитный метод, с помощью которого определяется не сам объемный коэффициент абсорбции кислорода, а так называемое сульфитное число Qs=Коб×Ср, где Ср— равновесная концентрация кислорода в жидкости, находящейся в равновесии с газовой фазой.
Сульфитный метод. В основе этого метода лежит реакция окисления сульфита натрия в присутствии катализатора — ионов меди или кобальта:
Избыток остающегося сульфита определяется обратным йодометрическим титрованием или колориметрическим путем. Концентрации сульфита применяются от 0,2 н. до 1 н. Скорость химической реакции окисления сульфита значительно выше скорости абсорбции, поэтому общая скорость процесса определяется скоростью абсорбции. Определяемый этим методом сульфитный коэффициент (сульфитное число) Qsхарактеризует скорость абсорбции кислорода в данном аппарате. Обычно (колеблется от 0,5 до 5 и редко достигает 10 ммоль О2/(л-мин).Qsопределяется физико-химическими свойствами раствора сульфита и гидродинамическими параметрами системы, поэтому данный коэффициент может быть использован лишь для относительного сравнения массообменных возможностей аппаратов. При переходе к аэрации культуральной жидкости скорость абсорбции кислорода может быть совсем иной.
Поскольку реакция между растворенным кислородом и сульфитом протекает очень быстро и концентрация растворенного кислорода равна нулю, то: Qs=Коб×Ср
Обычно величина Коб, определенная сульфитным методом, выше найденной прямыми методами. Кроме того, механизм реакции окисления сульфита изучен недостаточно. Известно лишь то, что эта реакция очень чувствительна к катализу и ингибированию. Даже весьма незначительные отличия в качестве сульфита или наличие следов поверхностно-активных веществ могут существенно изменить значение Коб. Все это существенно ограничивает возможности применения сульфитного метода для оценки массообменных характеристик культиваторов.
Посуда, оборудование, реактивы
Колбы конические на 500 мл — 2 шт.
Колбы конические на 250 мл. — 2 шт.
Колбы конические на 100 мл — 2 шт.
Часовые стекла — 2 шт.
Бюретка на 50 мл. — 1 шт.
Пипетки Мора на 5 мл — 2 шт.
Тиосульфат натрия 0,1н. раствор.
Крахмал 1 % раствор.
Йод 0,1 н. раствор.
Сульфит натрия 0,8н. раствор с 0,001 М раствором сернокислой меди.