Следует отметить, что даже для одного штамма микроорганизмов могут существовать среды, используемые при решении разных задач:

1. генетических исследований, при обработке штаммов мутагенами;

2. селекции мутантов – полноценные и селективные среды;

3. длительного хранения и пересевов штаммов микроорганизмов;

4. оптимизации продуктивности штамма в колбах;

5. для инокулята и посевного материала (в том числе вегетативного и спорового);

6. оптимизации продуктивности в ферментерах производственного масштаба.

В настоящем разделе мы рассмотрим методику оптимизации ферментационных сред в колбах.

Выбор критерия оптимизации. Применительно к средам в колбах это могут быть:

• количество целевого продукта;
• производительность по целевому продукту;
• выход целевого продукта по субстрату;
• минимизация стоимости среды для получения единицы целевого продукта.

Чаще всего критерием оптимальности в колбах служит количество целевого продукта или, проще, его концентрация в конце процесса ферментации (если пренебречь изменением объема среды в результате испарения).

Выбор исходных компонентов среды. Кажется, естественным, что при подборе сред в первую очередь следует обратить внимание на химический состав биомассы микроорганизмов и на химический состав внеклеточного продукта, если он является целевым.

Однако такой подход не очень-то продуктивен. Мы уже видели (см. табл. 5.1), что по составу биомассы разных видов микроорганизмов мало различаются. К тому же элементный состав близок у многих субстратов. Лишь в некоторых случаях, когда в клетке наблюдается наличие некого экзотического элемента в заметных количествах (кобальта, например, или серебра), это может служить указанием на включение этого элемента в состав среды. Чаще всего, однако, удачный выбор исходных компонентов среды – либо случайность, либо интуиция. В первую очередь, конечно, берут компоненты сред, на

Основные компоненты среды – источники углерода (и одновременно энергии), азота, фосфора, серы, микроэлементов, ростовых факторов и витаминов для начала роста биомассы. В главе 6 приведен большой выбор натуральных компонентов сред.

Определение соотношения компонентов среды. Даже когда основной выбор сделан и мы уже знаем, какие компоненты будут входить в состав среды, остается еще определить главное: в каком соотношении они будут находиться в среде.

Это соотношение как раз и надо искать при оптимизации состава сред. Рецептуры сред для промышленных штаммов охраняются как большой секрет, и многие микробиологи занимаются их подбором.

Далее рассмотрены методы оптимизации более подробно.

Однофакторные зависимости. Когда в составе среды только один компонент не изучен и необходимо определить его оптимальную концентрацию, достаточно провести серию опытов, в которых исследуемый компонент будет находиться в разных концентрациях.

Проведения опытов с 4–5 разными концентрациями (уровнями) компонента достаточно, чтобы получить представление о характере его влияния (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Определение оптимального диапазона концентраций одного компонента среды

Невооруженным глазом обычно видно, при каких концентрациях процесс идет наилучшим образом. Для большей убедительности эксперимент можно описать тем или иным уравнением, что для однофакторной задачи можно рассматривать скорее как украшение, чем как необходимость.