Изучение взаимосвязи фазы культивирования Streptococcus thermophilus и Streptococcus mesophilus с рН

Гиалуроновая кислота (ГК) в последние годы приобрела большую популярность, особенно у производителей косметических средств. В России отсутствует производство ГК, поэтому исследования в области биотехнологического биосинтеза ГК микроорганизмами являются актуальными. Возможности биотехнологии необычайно велики благодаря тому, что ее методы выгоднее обычных: они используются при оптимальных условиях (температуре и давлении), более производительны, экологически чисты и не требуют химических реактивов, отравляющих среду и др.

Центральная проблема биотехнологии – интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциала биологических агентов и их систем, так и за счет усовершенствования оборудования, применения биокатализаторов.

Целью данной работы являлось выявление связи между фазой культивирования и рН.

Материалы и методика исследований

В качестве объектов исследования были выбраны следующие микроорганизмы: штаммы Streptococcus thermophilus ST-BODY-3,   Streptococcus mesophiles CHN-19, стандартные промышленные сублимированные препараты Эвиталия с нормализацией Streptococcus thermophilus 1∙1010 КОЕ/г. Исследования вели на среде: глюкоза 10 г/л, ДЭ 10 г/л, пептон 5 г/л, триптон 5 г/л, NaCl 2 г/л, K2HPO4 1 г/л, MgSO4 0,1 г/л, предварительно активируя Streptococcus в теплом обезжиренном молоке. Активирование культур проводили при температуре 400С.

Исследования вели при глубинном периодическом культивировании в биореакторе BIOSTAT A plus. Водородный показатель определяли автоматически с помощью интегрированного рН-метра.

Результаты и их обсуждение

Водородный показатель Pн – мера активности ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на один литр.

Характер кривой роста культуры в зависимости от рН – типичная для роста микроорганизмов S-образная кривая.

Рисунок 1 – Динамика рН при глубинном периодическом культивировании композиций бактерий Эвиталия

В фазе адаптации (первые 4 ч) уровень снижения рН незначителен. При переходе в фазу экспоненциального роста биосинтетическая активность клеток в культурах увеличивается, и скорость снижения величины рН резко возрастает. Данное падение связано с образованием молочной кислоты из продуктов катаболизма глюкозы в ходе всего культивирования, причем достигая к 12 ч уровня рН 4,6, а к 24 часам – 4,4, к 30 ч – 4,3.

Рисунок 2 – Динамика рН при глубинном периодическом культивировании Streptococcus thermophilus

час

В лаг-фазе (первые 4 ч) уровень снижения рН незначителен. При переходе в фазу логарифмического роста биосинтетическая активность клеток в культурах увеличивается, и скорость снижения величины рН резко возрастает, достигая к 12 ч уровня рН 5,0,а к 30 ч – 4,8.

рН

Рисунок 3 – Динамика рН при глубинном периодическом культивировании Streptococcus mesophiles

Первые 4 часа уровень снижения рН незначителен – с рН 7,4 до 6,8. При переходе в фазу экспоненциального скорость снижения величины рН резко возрастает, достигая к 12 ч уровня рН 4,6, к 24 часам – 5,11, к 30 ч – 4,6.

Изменение параметров активизации культур в большую или меньшую сторону приводило к уменьшению количества активных клеток микроорганизмов, так как кислая среда способствует снижению их активности.

Выводы

При анализе рН было выявлено, что в лаг-фазе (первые 4 ч) уровень снижения рН незначителен. При переходе в фазу логарифмического роста биосинтетическая активность клеток в культурах увеличивается, и скорость снижения величины рН резко возрастает, достигая к 12 ч уровня рН 5,0, а к 30 ч – 4,8 во всех исследуемых образцах.