- Môi trường bổ sun g2 (g/l):
2. NHU CẦU DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY
penicillin: K2HPO4: MgSO4: NaNO3 = 0,475: 0,05: 0,475.
Trong một vài trường hợp kim loại tham gia vào thành phần phân tử của hoạt chất sinh học. Ví dụ Co có trong thành phần vitamin B12, Fe có trong các chất kháng sinh, grisein. Trong các trường hợp này môi trường cần bổ sung muối Co hoặc muối Fe trong quá trình lên men.
2. NHU CẦU DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY CẤY
2.1. Nhu cầu dinh dưỡng
Các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng có ý nghĩa rất lớn trong q trình ni cấy, lên men các chủng vi sinh vật. Hiểu được các nguyên tố, hàm lượng cấu thành tế bào, nguồn gốc các chất dinh dưỡng cũng như vai trò của chúng đối với tế bào vi sinh vật là rất cần thiết trong nghiên cứu tối ưu hóa mơi trường ni cấy và lên men sản xuất các sản phẩm trong công nghiệp.
Một số lồi có thể sử dụng các hợp chất đơn giản làm nguồn dinh dưỡng cho tất cả các chất dinh dưỡng đa lượng, vi lượng, nguyên tố vết và từ đó chúng tổng hợp tất cả các phân tử hợp chất cần thiết cho sinh trưởng. Những sinh vật khác khơng có khả năng trao đổi chất rộng và sự sinh trưởng của chúng phụ thuộc vào các phân tử hữu cơ
có sẵn mà chúng khơng có khả năng tổng hợp được. Do vậy, chúng phải thu nhận các hợp chất này từ môi trường.
Tùy thuộc vào nhu cầu các chất là nhân tố sinh trưởng (gồm các vitamin, các amino acid, các nucleic acid) vi sinh vật thường chia làm hai nhóm:
+ Nguyên dưỡng: là những vi sinh vật không nhất thiết cần các nhân tố sinh trưởng, những yếu tố của môi nuôi cấy là đầy đủ đối với chúng. Ví dụ, loại mơi trường tối thiểu có các thành phần sau (g/l): glucose - 10,5; K2HPO4 – 1; KH2PO4- 3,5; MgSO4.7H2O -0,05; Fe2SO4.7H2O – 0,005; NaCl.2H2O -0,05, MnCl2.4H2O -0,02 và nước cất -1000ml.
+ Khuyết dưỡng là những vi sinh vật đòi hỏi các nhân tố sinh trưởng (các chất hữu cơ nhất định) cho sự sinh trưởng của chúng.
Trong q trình lên men, một mơi trường ni cấy tốt nhất phải là môi trường đảm bảo cho quá trình sản xuất tốt nhất với hiệu suất cao nhất trong thời gian ngắn nhất và giá thành thấp đối với các chủng vi sinh vật cho trước.
2.2. Cách tính thành phần mơi trường ni cấy vi sinh vật
Ngày nay, người ta kiểm tra tỷ lệ carbon: nitrogen : phosphorus : kalicum có trong mơi trường nuôi cấy vi sinh vật tương đương với tỷ lệ này trong sinh khối vi sinh vật để cân đối các thành phần dinh dưỡng hợp lý. Tỷ lệ các chất này trong sinh khối vi sinh vật như sau: C : N : P : K = 50 : 10 : 4 : 1. Trong quá trình ni cấy vi sinh vật hiếu khí, một nửa nguồn C đồng hóa vào sinh khối cịn một nửa qua hơ hấp thành CO2.
Do vậy, trong môi trường lên men hiếu khí, tỷ lệ các chất là C : N : P : K = 100 : 10 : 4 : 1. Tuy nhiên, trong điều kiện lên men kỵ khí thì khoảng 90% nguồn C phân hủy được dùng vào trao đổi năng lượng. Do đó, tỷ lệ các nguồn tốt nhất trong lên men kỵ là C : N : P : K = 500 : 10 : 4 : 1.
Tuy nhiên để tính chính xác nguồn C bổ sung vào mơi trường lên men phù hợp, Aiba (1965) tính theo cách sau: Nếu ta muốn sản xuất được 40g/l tế bào khơ của vi khuẩn hiếu khí chứa nguyên tố C bằng 50% khối lượng của nó và có thể biến đổi được 50% C có trong cơ chất thì cơ chất đó phải chứa: [(40x50)/100]x (100/50) = 40g C. Còn nếu lượng C đó được cung cấp dưới dạng glucose thì cơng thức của mỗi môi trường cần [40x (180/72)] = 100g glucose
Phép tính tương tự cho phép ta xác định được khối lượng hợp chất nitrogen cần phải đưa vào môi trường. Tuy nhiên sử dụng dạng nào của nguồn C và N là tối ưu hoàn toàn phụ thuộc vào bản thân vi sinh vật và chỉ có thể xác định chính xác bằng thực nghiệm.
Trong môi trường nuôi cấy nguồn C và năng lượng được đưa vào ở phạm vi 10 – 100g/l. Ở nhiều chủng vi sinh vật, nồng độ cần thiết để duy trì tốc độ cực đại là rất nhỏ, đối với đường thì chỉ khoảng 1 – 10mg/l; amino acid và vitamin thì tế bào chỉ cần nồng độ 1 – 100 µg/l.
Một thành phần cần thiết cho sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí là oxygen. Johnson (1959) đã đưa ra công thức cho phép tính lượng oxygen cần thiết cho sinh
trưởng của một vi sinh vật hiếu khí, phát triển trong cơ chất gồm các carbonhydrat như sau: milimol O2/phút = (3333 : γ) – (40,8x G) trong đó γ – khối lượng tế bào vi khuẩn
khô tạo thành từ 100g glucose; G –tốc độ phát triển tính bằng g/phút.
Nhu cầu O2 thay đổi ở các vi sinh vật khác nhau, như tảo, nấm hay một số vi khuẩn hiếu khí hồn tồn, nhất thiết đòi hỏi lượng O2 hòa tan cao; ngược lại nấm men hay vi khuẩn kỵ khí tùy tiện có thể phát triển trong điều kiện có O2hoặc khơng có O2.