Аэрация
Аэрация — это процесс обогащения питательной среды стерильным воздухом или кислородом. Основная цель — увеличить выход биомассы при глубинном (субмерсионном) культивировании аэробных микроорганизмов в жидкой питательной среде.
Способы аэрации
Существует несколько методов аэрации, различающихся по сложности и эффективности:
- Простой способ (встряхивание): Питательная среда встряхивается в специальных электрических качалках, реже — во вращающихся барабанах или шюттель-аппаратах. Это обеспечивает контакт среды с воздухом.
- Барботирование (распылительный способ): Более
эффективный метод, особенно в промышленных условиях. Через толщу
питательной среды пропускают струю стерильного воздуха под давлением
0,2–0,5 атм с помощью аэратора или насоса. Поступающий воздух
предварительно стерилизуют, пропуская через фильтр из неадсорбирующей
ваты или другого материала.
Недостатки барботирования:
- Низкий коэффициент полезного действия (в среде остаётся лишь 5–10% подаваемого воздуха).
- Активное пенообразование, которое мешает растворению кислорода и может стать причиной лабораторного заражения культуры.
- Вихревой способ: Лишён указанных выше недостатков. Аэрация осуществляется с использованием пропеллеров-мешалок, которые создают вихревой поток, эффективно насыщающий среду кислородом.
Применение и регулирование
- В производственных условиях глубинное выращивание микроорганизмов с автоматически регулируемой аэрацией проводят в специальных аппаратах — хемостатах и турбидостатах.
- При аэрации лабораторных культур важно учитывать, что
избыточная аэрация может тормозить рост культуры.
Поэтому необходимо:
- Периодически измерять насыщенность среды кислородом.
- Знать потребность культивируемого вида микроорганизмов в кислороде.
- Насыщенность среды кислородом можно измерить, например, сульфитным методом.
Современный контекст
Сегодня аэрация остаётся ключевым процессом в промышленной биотехнологии (биореакторах) и исследовательских лабораториях. Современные системы часто используют комбинированные методы (механическое перемешивание и барботирование) и оснащены датчиками растворённого кислорода, которые в режиме реального времени передают данные системе автоматического контроля. Это позволяет поддерживать оптимальный для конкретного штамма уровень кислорода, максимизируя выход целевого продукта (например, антибиотиков, ферментов, биомассы для кормовых добавок). Для борьбы с пеной широко применяются химические пеногасители (антифoамы).