1.1. Подготовка питательной среды

Основу питательных сред для культивирования микроорганизмов составляют источники органического углерода (субстраты) . Разнообразие таких источников очень велико, так как микроорганизмы потребляют широкий спектр органических соедине­ний, начиная от простейших углеродных соединений, таких как метан (СН₄), метанол (СНзОН) и углекислота (CCh), и кончая природными био­полимерами.

Кроме углерода клетки микроорганизмов в процессе роста нуждаются в источниках азота, фосфора, макро- и микроэлементов (калии, магнии. цинке, железе, меди, молибдене, марганце и др). Как правило, эти компо­ненты заранее вносятся в питательные среды в виде минеральных солей перед началом ферментации. Исключение составляют газообразные ком­поненты.

Отделение приготовления питательной среды представляет собой цех, оборудованный емкостями для хранения жидких и твердых веществ, сред­ствами их транспортировки и аппаратами с перемешивающими устройст­вами для приготовления растворов, суспензий и эмульсий. При этом все компоненты питательной среды хранятся обычно в твердом виде, а приго­товление их смеси в заданном соотношении производится в аппарате с мешалкой, куда они непосредственно поступают для последующего рас­творения. Иногда сначала в отдельных емкостях готовятся растворы каж­дого компонента, а потом производится их окончательное смешение.

Важнейшим элементом подготовки питательных сред является их сте­рилизация, поскольку выращивание промышленного микроорганизма должно проводиться, по крайней мере, в начальной стадии, в отсутствие посторонней микрофлоры. Это достигается путем предварительной стери­лизации всех потоков, поступающих на стадию ферментации.

Для стерилизации газовых потоков используют фильтрацию через спе­циальные волокнистые фильтры с определенным диаметром пор, которые задерживают клетки микроорганизмов из окружающей среды.

Все потоки могут стерилизоваться термическим, радиационным, фильтрационным или химическим методами.

Наиболее часто в промышленности используется термический метод. Он основан на губительном действии на живые клетки высоких темпера­тур. Основным недостатком термической стерилизации являются неиз­бежные потери питательных свойств среды. Наиболее часто в качестве источника углерода используются углеводы, которые не выдерживают на­гревания до высоких температур (120-150°С). Поэтому обычно источники углерода стерилизуют отдельно от растворов минеральных солей, обла­дающих большей термической устойчивостью.

Некоторые субстраты сами обладают способностью подавлять рост по­сторонних микроорганизмов, поэтому их стерилизации не требуется. К ним относятся, например, метанол, этанол, уксусная кислота и их концен­трированные растворы.

Остальные методы стерилизации применяются реже. Радиационный метод, основанный на облучении материалов большими дозами ионизи­рующих излучений (гамма-излучение), дает хорошие результаты. Однако он предполагает наличие мощных источников гамма-излучения. Поэтому радиационный метод используют для стерилизации небольших объектов, главным образом медицинского назначения (например, хирургический инструмент, перевязочный материал).

Химический метод стерилизации основан на использовании веществ, обладающих дезинфицирующим действием. Основной проблемой в этом случае является необходимость удаления стерилизующего агента из пита­тельной среды после подавления посторонней микрофлоры. Это может быть достигнуто путем его химического разложения с образованием не­токсичных для производственной культуры продуктов. К сожалению, чис­ло таких веществ очень невелико.

Фильтрационный метод основан на пропускании питательной среды че­рез специальные фильтры или мембраны, способные задерживать клетки микроорганизмов. Он наиболее пригоден для стерилизации питательных сред, которые не выдерживают действия высоких температур (молоко, растворы белков и др.). Основная трудность, возникающая при использо­вании этого метода, - необходимость стерилизации самого фильтрующего элемента, который не отличается достаточной термостойкостью.