Cách tính thành phần mơi trường nuôi cấy vi sinh vật

- Nuôi cấy bề mặt (surface cultivation): Thường vi sinh vật phát triển trên bề mặt mơi trường Ví dụ, vi sinh vật phát triển trên bề mặt môi trường thạch trong hộp Petri hay phát

3.1.2.2. Cách tính thành phần mơi trường nuôi cấy vi sinh vật

Ngày nay, người ta kiểm tra tỷ lệ cacbon: nitơ : phospho : kali có trong mơi trường ni cấy vi sinh vật tương đương với tỷ lệ này trong sinh khối vi sinh vật để cân đối các thành 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 q trình ni cấy vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí, một nửa nguồn cacbon đồng hố vào sinh khối cịn một nửa qua hơ hấp thành CO2. Do vậy trong mơi 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, ví dụ xử lý rác thải kỵ khí (chơn lấp rác), thì khoảng 90% nguồn cacbon phân huỷ được dùng vào trao đổi năng lượng. Do vậy, tỷ lệ các nguồn tốt nhất là C : N : P : K = 500 : 10 : 4 : 1 đủ để cung cấp chất khoáng cần thiết.

Tuy nhiên, để tính chính xác nguồn cacbon 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 khô của vi khuẩn hiếu khí chứa nguyên tố cacbon bằng 50% khối lượng của nó và có thể biến đổi được 50% cacbon có trong cơ chất thì cơ chất đó phải chứa: [(40x50)/100] x (100/50) = 40g (cacbon). Cịn nếu lượng cacbon đó được cung cấp dưới dạng glucose thì trong cơng thức của mỗi mơi trường cần có: 40 x (180/72) = 100g (glucose).

Phép tính tương tự cho phép ta xác định được khối lượng hợp chất nitơ cần phải đưa vào công thức môi trường. Tuy nhiên, sử dụng dạng nào của nguồn carbon và nitơ là tối ưu, hoàn toàn phụ thuộc vào bản thân vi sinh vật và chỉ có thể xác định chính xác bằng thực nghiệm. Như vậy, nguồn cacbon và năng lượng được đưa vào ở phạm vị 10-100 g/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 -10 mg/l. Với axit amin và vitamin thì tế bào chỉ cần nồng độ 1-100g/l.

Một thành phần cần thiết cho sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí là oxy. Johnson (1959) đã đưa ra cơng thức cho phép tính lượng oxy cần thiết cho sinh trưởng của một vi sinh vật hiếu khí, phát triển trong cơ chất gồm những hydratcarbon như sau:

mM O2/phút = (3333 :) – (40,8 x G)

Trong đó,  là khối lượng tế bào vi khuẩn khô tạo thành từ 100g glucose; G là tốc độ phát triển tính bằng g/phút.

Nhu cầu oxy thay đổi ở các vi sinh vật khác nhau, như tảo, nấm hay một số vi khuẩn là vi sinh vật hiếu khí hồn tồn, nhất thiết địi hỏi lượng oxy hòa tan cao, ngược lại nấm men hay vi khuẩn hiếu khí tùy tiện, có thể phát triển ở điều kiện có hay khơng có oxy.