Сырье для процессов ферментации прежде всего решает проблему формирования питательных сред, в которых должны содержаться необходимые элементы для построения биомассы микроорганизмов; среда является также средой обитания микроорганизмов.

Мы уже касались вопросов элементного состава биомассы микроорганизмов, главным образом основных элементов, составляющих до 95–96% сухой массы клеток. Это углерод (50%), водород (8%), кислород (20%), азот (14%), фосфор (3%) и сера (1%).

Кроме того, в клетках содержится 3–4% макроэлементов – таких, как калий (до 1%), натрий (до 1%), кальций (до 0,5%), магний (до 0,5%) и железо (до 0,2%). Их содержание в биомассе сравнительно велико.

Микроэлементы входят в биомассу в следовых количествах (в целом до 0,3%), в том числе марганец, кобальт, медь, молибден, цинк, бор и др. Повышенные концентрации этих элементов оказывают ингибирующее действие на развитие микроорганизмов, но без их микродоз обойтись нельзя.

Витамины требуются для развития многих микроорганизмов ауксогетеротрофов – неспособных синтезировать их самостоятельно. Чаще всего необходим комплекс витаминов группы В – тиамин, никотиновая кислота, пантотеновая кислота, пиридоксин, инозит и биотин (последнего недостает чаще всего). Но количество витаминов требуется довольно малое (тысячные доли миллиграмма в литре среды), они могут находиться в натуральном сырье.

Потребности микроорганизмов в питании разнообразны, они идут от физиологии и являются основой рецептуры сред. Универсальных сред нет.

По физическому состоянию среды могут быть твердые (агар-агар, желатин и т. д.), жидкие и сыпучие (увлажненные отруби, зерно, солома, опилки).

По составу среды могут быть натуральными или синтетическими. Натуральные среды включают в себя продукты животного или растительного происхождения, сложные и непостоянные по составу. Синтетические среды составляются из определенных химических соединений, обычно из небольшого числа веществ. Они более дороги и менее продуктивны. В них-то и необходимо вносить макро- и микроэлементы, а также витамины.

Сырье представляет собой имеющиеся в распоряжении конкретные вещества, чистые или комплексные, которые содержат необходимые питательные компоненты. Они должны быть доступными и не очень дорогими и не содержать вредных примесей. Поэтому на каждый вид используемого сырья (в том числе и натурального) должны быть стандарты, определяющие его качество.

Вода – по массе самый значительный вид сырья, хотя и самый дешевый. Например, на 1 τ пекарских дрожжей при производстве расходуется 150–180 м3 воды. Многие виды продуктов биотехнологии определяются качеством воды (взять хотя бы пиво, вино). Рассмотрим основные требования к этому виду сырья.

Вода должна быть биологически чистой (не более 100 микроорганизмов в 1 мл воды), бесцветной, без привкуса и запаха, не должна давать осадка. Сухой остаток воды после выпаривания – не более 1 г/л, общая жесткость – не более 7 мг-экв/л. Слишком жесткая вода неблагоприятно влияет на процессы ферментации. По содержанию вредных примесей введены следующие ограничения:

• свинец – до 0,1 мг/л;
• мышьяк – до 0,05 мг/л;
• фтор – до 1,5 мг/л;
• цинк – до 5,0 мг/л;
• медь – до 3,0 мг/л.