2.2.3. Розрахунок складу поживного середовища

Розраховуємо поживне середовище для вирощування продуцента авермектинів Streptomyces avermitilis УКМ Ас – 2177, якщо за 94 год культивування концентрація авермектинів становить 1,2 г/л, а концентрація біомаси 7,2 г/л.

Розрахунок вмісту в середовищі джерела вуглецевого живлення

Потреби для синтезу авермектинів. Як джерело вуглецю для одержання авермектину використовується крохмаль. Розрахуємо, скільки вуглецю (за елементом С) міститься в 1,2 г авермектину. Молекулярна маса авермектину [C₄₈H₇₂O₁₄] становить 873,1. Отже, у 873,1 г авермектину міститься 576 г вуглецю, а в 1,2 г авермектину (576 × 1,2) / 873 = 0,79 г вуглецю. Далі розрахуємо, у скількох грамах крохмалю міститься 0,79 г вуглецю. Отже, у 162 г крохмалю міститься 72 г вуглецю, а у 0,79 г вуглецю міститься (162 × 0,79) / 72 = 1,77 г крохмалю. Враховуючи, що при вирощуванні мікроорганізмів на вуглеводах близько 40% субстрату окислюється до СО₂ для одержання енергії, необхідної для конструктивного метаболізму, вміст крохмалю у середовищі становитиме (1,77 × 0,4) + 1,77 = 2,478 г/л.

Потреби для синтезу біомаси. У біомасі міститься 50% вуглецю, отже вміст вуглецю у 7,2 г біомаси становить 7,2 × 0,5 = 3,6 г. Ця кількість вуглецю міститься у (3,6 × 162) / 72 = 8,1 г цукрів. Враховуючи 40% втрат субстрату на “холосте окислення”, для одержання 7,2 г/л біомаси у середовище необхідно внести (8,1 × 0,4) + 8,1 = 11,34 г/л крохмалю. Отже, загальний вміст крохмалю в середовищі, необхідний для синтезу біомаси (7,2 г/л) та авермектину (1,2 г/л), становить 11,34 + 2,478 = 13,818 г/л.

Розрахунок вмісту в середовищі джерела азотного живлення

Потреби для синтезу біомаси. Припустимо, що у біомасі міститься 10 % азоту. Таким чином, у 7,2 г біомаси вміст азоту (за елементом N) становить (7,2 × 0,10) = 0,72 г. Соєве борошно є джерелом органічного азоту, який засвоюється продуцентом авермектину. Таким органічним азотом є амінний азот і частково білковий (зокрема, коротколанцюгові поліпептиди). У ньому міститься близько 43 % білків. Для хімічного складу білків характерний постійний середній вміст нітрогену - біля 16%. Далі розрахуємо, у скількох грамах білку міститься 16 г нітрогену. Отже, у 100 г білку міститься 16 г нітрогену , тоді 0, 72 г нітрогену міститься в ( 100 × 0,72 ) / 16 = 4,5 г білку.

У перерахунку на соєве борошно одержимо 10,46 г/л.

Розрахунок вмісту фосфору у середовищі

У біомасі міститься близько 3% фосфору (за елементом Р). Отже, для синтезу 7,2 г/л біомаси вміст фосфору у середовищі повинен становити 7,2 × 0,03 = 0,216 г/л. Джерелам фосфору у промисловому виробництві авермектину є двозаміщений калій фосфорнокислий – К₂НРО₄.

Далі розрахуємо, у скількох грамах К₂НРО₄ міститься 0,216 г фосфору.

Отже, у 174 г – К₂НРО₄ міститься 31 г фосфора , тоді 0,216 г фосфору міститься в ( 174 × 0,216 ) / 31 = 1,21 г К₂НРО₄ .

Розрахунок вмісту кальцію у середовищі

Потреби на синтез біомаси. У біомасі міститься близько 0,5 % Са. Для синтезу 7,2 г/л біомаси вміст кальцію в середовищі повинен становити 7,2×0,005=0,036 г/л. Кальцій в середовищі міститься у вигляді гідроксиду кальцію. Молекулярна маса гідроксиду кальцію 74. У 74 г гідроксиду кальцію міститься 40 г кальцію. Концентрація солі в середовищі становить (0,036×74)/40=0,06 г/л.

Потреби на синтез авермектинів. Враховуючи, що вміст Са в авермектинах становить 1 атом на 1 молекулу, то Са складає 0,06% маси авермектинів. Тоді враховуючи концентрацію антибіотика в середовищі 1,2 г/л, концентрація Са буде становити 0,0007 г/л. Концентрація солі в середовищі для синтезу авермектинів становить (0,0007×100)/40=0,00175 г/л.

Сумарна концентрація гідроксиду кальцію становить 0,06+0,00175=0,06175 г/л.

Інші компоненти середовища

Джерелами таких необхідних елементів для росту продуцента є соєве борошно. Мінеральний склад багатий та різноманітний, зольні елементи становлять 4,5 −6,5% . Серед них − кальцій, магній, натрій, залізо, кремній, сірка, хлор, мідь, марганець, цинк, нікель. Містяться вітаміни групи В, D, А.

Отже, з метою одержання максимальної кількості продукту мікробного синтезу було запропоноване середовище наступного складу:

Таблиця 2.2.3

№	Компонент	Вміст г/л
1	Крохмаль	13,818
2	Соєве борошно	10,46
3	Сухі дріжджі	4,0
4	Са(ОН)2	0,06175
5	K2HPO4	1,21

Вибір саме такого складу середовища зумовлений розрахованими за допомогою математичних методів оптимальних кількостей кожного з компонентів.