Разница между «истинной» стехиометрией и микробиологической в том, что наряду с веществами, имеющими определенную химическую формулу, в нее входит биомасса, состоящая из множества индивидуальных веществ – белков, нуклеиновых кислот, липидов и так далее, многие из которых даже не идентифицированы. Все эти вещества записывают целой совокупностью, «связкой». Отсюда следует, что какой-то существующей в природе истинной «формулы» биомассы нет. Однако для работы со стехиометрическим уравнением и подбора коэффициентов какой-то, хотя бы фиктивный, эмпирический вид «формулы» биомассы нужен.

За основу при этом можно выбрать элементный состав биомассы (высушенной). Существуют приборы элементного анализа, с помощью которых путем сжигания образца можно определять элементный состав чего угодно.

Такие измерения проводились. Естественно, что есть некоторые различия в содержании тех или иных элементов в зависимости от вида микроорганизма и типа используемых субстратов. Однако эти различия не очень велики.

В табл. 5.1 представлен элементный состав для «средних» бактерий, дрожжей и (с определенной погрешностью) вообще для «усредненных микроорганизмов».

Таблица 5.1. Элементный состав биомассы микроорганизмов

Как теперь из этого элементного состава получить «формулу» биомассы?

Если принять сухую массу биомассы равной 100 г, то состав, выраженный в табл. 5.1 в процентах, будет отражать массу соответствующего элемента в граммах. Разделив эту массу на атомную массу соответствующего элемента, получаем количество грамм- атомов в 100 г сухой биомассы (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Расчет числа грамм-атомов элементов в 100 г сухой биомассы

Итак, в первом приближении «формулу» дрожжей можно записать как C_3,92H_6,5O_1,88N_0,54P_0,05S₀₀₃, бактерий – C_4,42H_7,0O_1,25N_0,86Ρ_0,1S _0,03, «усредненной» биомассы – C_4,17H_8,0O_1,25N_1,0P_0,1S_0,03.

Сравнение этих «формул» показывает, что состав биомассы микроорганизмов различных классов не очень-то различается.

Интересно, что «молекулярная масса» для каждой из этих «формул» будет 100 или около того (неучтенной золой можно пренебречь).

На первый взгляд кажется непреложным, что в гипотетической «молекуле» биомассы не может быть дробных атомов углерода, серы и т.д. Поэтому, чтобы придать видимость правдоподобия «формуле», ее умножают на какое-то очень большое число, чтобы все коэффициенты оказались целыми числами. Самое простое в данном случае – умножить на 100. Однако никакой беды в дробных коэффициентах или в молекулярной массе, умноженной или разделенной на то или иное число, нет. Надо учесть, что в конечном счете стехиометрическое уравнение нужно просто для расчета соотношения между массами элементов, и это соотношение вполне можно вычислять и без целочисленных коэффициентов атомных индексов в «формуле» биомассы и стехиометрических коэффициентов в самом уравнении.

Кроме того, в стехиометрических расчетах обычно пренебрегают элементами, составляющими малую часть состава биомассы. В «формуле» отбрасывают, таким образом, фосфор и серу, а иногда и азот.

Далее. Мы уже говорили, что в стехиометрическом уравнении все члены можно умножить или разделить на одно и то же число. Значит, без ущерба для расчетов можно произвольно «принять» «молекулярную массу» для биомассы какой угодно, лишь бы потом мы пересчитали все стехиометрические коэффициенты в уравнении.

Удобно принимать такую «молекулярную массу», чтобы в ней оказался только один атом (грамм-атом) углерода. Для этого в ранее вычисленных «формулах» биомассы достаточно все индексы при атомах разделить на индекс при атоме углерода. Такой условный моль, приведенный к одному атому углерода, называют С-моль.

В наших примерах:
дрожжи – CH_1,66O_0,48N_0,14;
бактерии – CH_1,58O_0,28N_0,19;
«усредненная» биомасса – CH_1,92O_0,30N_0,24.

Однако для «усредненной» биомассы более часто используется формула, предложенная Стоутхамером для С-моля:
CH_1,8O_0,5N_O,2.

Из-за простоты эту формулу часто применяют в расчетах. С этого момента забудем о существующих мелких различиях в составах биомассы микроорганизмов!

Рассчитаем «молекулярную массу» С-моля:
M= 1•12 + 1,8•1 + 0,5•16 + 0,2•14 = 24,6.

Имея теперь брутто-формулу биомассы, можно проводить и стехиометрические расчеты, как в химических уравнениях.