SU958495A1 - Method for determining intensity of respiration of microorganisms - Google Patents

Method for determining intensity of respiration of microorganisms Download PDF

Info

Publication number
SU958495A1
SU958495A1 SU813247656A SU3247656A SU958495A1 SU 958495 A1 SU958495 A1 SU 958495A1 SU 813247656 A SU813247656 A SU 813247656A SU 3247656 A SU3247656 A SU 3247656A SU 958495 A1 SU958495 A1 SU 958495A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
oxygen
culture
concentration
dissolved oxygen
microorganisms
Prior art date
Application number
SU813247656A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Сергеевич Паников
Татьяна Федоровна Бондаренко
Дмитрий Григорьевич Звягинцев
Original Assignee
Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова filed Critical Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова
Priority to SU813247656A priority Critical patent/SU958495A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU958495A1 publication Critical patent/SU958495A1/en

Links

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

Изобретение относитс  к общей и технической микробиологии и может быть использовано дл  изучени  кинетических параметров роста микробных культур, йри контроле процессов ферментации и т.д.The invention relates to general and technical microbiology and can be used to study the kinetic parameters of the growth of microbial cultures, the control of fermentation processes, etc.

Известен способ определени  и jтeнсивности дыхани  микроорганизмов амперометрически с использЬванием электрода Кларка 1.There is a method for determining and testing the respiration of microorganisms amperometrically using a Clark 1 electrode.

Недостатком известного способа  вл етс  то, что он, дает заниженные величины скорости дыхани , так как в процессе отбора пробы и ее переноса в пол рографическую  чейку значительна  часть субстратов дыхани  успевает потребитьс .The disadvantage of the known method is that it gives underestimated values of the respiration rate, since in the process of taking a sample and transferring it to the polygraphic cell a significant part of the breathing substrates has time to be consumed.

Наиболее ёлизким к предлагаемому по технической сущности и достигаеMOiviy эффекту  вл етс  способ определени  интенсивности дыхани  микроорганизмов , предусматривающий непрерывное культивирование их в аэробных услови х с последующим расчетом. Согласно этому способу измерение потреблени  кислорода микроорганизмами производитс  непосредственно в ферментере путем анализа стационарных кон1ентраций 0, и СО. в составе поступающей и выход щей из ферментера га;зовой смеси с пооледующим расчетом потреблени  О или выделени  СО по разности 2.The most ideal approach to the proposed technical essence and the achievement of the Oiviy effect is a method for determining the respiration rate of microorganisms, which provides for their continuous cultivation under aerobic conditions followed by calculation. According to this method, measurement of oxygen consumption by microorganisms is carried out directly in the fermenter by analyzing stationary concentrations of 0 and CO. in the composition of the gas mixture entering and leaving the fermenter with a subsequent calculation of the consumption of O or the release of CO from the difference 2.

Данный способ характеризуетс  необходимостью поддержани  скорости подачи воздуха в ферментере на строго определенном уровне, использованием дорогосто щих приборов - газоанализаторов , а также низкой чувст10 вительностью и надежностью определени , скорости потреблени  кислорода, вследствие чего данный метод позвол ет получать воспроизводимые результаты лишь при измерении интенсивнос15 ти дыхани плотных и быстро растущих культур.This method is characterized by the need to maintain the air flow rate in the fermenter at a strictly defined level, the use of expensive instruments - gas analyzers, as well as low sensitivity and reliability of determination, oxygen consumption rate, so that this method allows to obtain reproducible results only when measuring respiratory rate dense and fast growing crops.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и чувствительности способа.The aim of the invention is to improve the accuracy and sensitivity of the method.

2020

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  интенсивности дыхани  микроорганизмов, предусматривающему непрерывное культивирование их в аэробных услови х с The goal is achieved by the fact that according to the method of determining the intensity of respiration of microorganisms, providing for their continuous cultivation under aerobic conditions with

Claims (2)

25 последующим расчетом, предложено в процессе непрерывного культивировани  изолирование микроорганизмов от аэрирующего воздуха, измерение потреблени  растворенного в культураль30 ной среде кислорода амперометрически , возобновление подачи воздуха и регистраци  возрастани  концентраци растворенного кислорода, а при расчете интенсивности дыханий проведение коррекции калибровки датчика растворенного кислорода по формуле г--с-- аЛ ° где С и С - соответственно концентрации растворенного кислорода в подаваемой среде (верхний предел насыщени  кислородом п данной температуре) и микробной культуре,мкА - коэффициент массоперен са кислорода, ч ; X - био%1асса микроорганизмов , мг/л; ( - удельна  скорость пот реблени  кислорода, мкА/ч мг. Сущность предлагаемого способа з ключаетс  в следующем. Скорость измерени  концентрации растворенного кислорода (С) в непре рывной хемостатной культуре микроор ганизмов определ етс  соотношением процессов его транспорта из газовой фазы в жидкую и потреблени  микробной биомассой в ходе дыхани . . (1) где GO и С - концентраци  растворе ного кислорода в подаваемой среде (верхний предел насыщени  кислородо ПРИ данной температуре) и микробной культуре соответственно, мкА/л; KI, коэффициент массопереноса кислород X - биомасса микроорганизмов, мг/л; q - удельна  скорость потре лени  кислорода(§ -i-мкА/ч-мг. Стещионарные величины концентрации С могут быть найдены из уравнени  (1) при условии (3c/dt О После отключени  подачи воздуха культиватор массообмен между газом жидкостью прекращаетс  т,е . Ki,p(Co С)0, и тогда скорость дыхани  мик робной культуры () количествен определ етс  по скорости падени  к центрации растворенного кислорода et;-v Возобновление подачи воздуха в культиватор приводит к увеличению со скоростью; котора  может быть р считана путем интегрировани  уравнени  (1) при граничных услови х t О, С f . - -UrtlH -ч - -К f - -.t С, где концентраци  растворенного кислорода в момент возобновлени  азрации.. Уравнение (4) дает возможность графоаналитического определени  ко- эффициента массопереноса К, в координатах-fi , t. в. уравнении (4) вместо величины С правомерно использование любых физических величин, линейно св занных, в том числе величина напр жени  растворенного кислорода Q или электрического тока в пол рографическом зонде, используемом дл  экспериментального определени Р 4 в св зи с этим калибровку пол рографического зонда оказываетс  возможным производить непосредственно в ходе , выращивани  культуЕжа, сопоставл   величины силы тока со значением С , рассчитанным по уравнению (2). Величину Сд при ЭТОМ наход т из температурной зависимости растворимости кислорода в воде а К и скорость дыхани  др X измер ют экспериментально. На фиг. 1 схематично изображена установка дл  культивировани ; на фиг. 2 - электрод Кларка на фиг.З изменение концентрации кислорода. Дрожжевую культуру Debariomyces formicarius ВКМ-У-1555 выращивают при 28°С на синтетической среде следующего состава, г/л; глюкоза 0,2; (. 0,4; . 0,1;СаС1г 2Н,,0 0,02; 0,8; ЭДТА 0,005; биотин 0,00001; смесь микроэлементов. Культивирование ведут при скорости разбавлени  О-0,069 ч в установ- . не, изображенной схематично на фиг.1. Выращивание микробной культуры производ т в стекл нном ферментационном сосуде 1 объемом 600 мл с рубашкой дл  термостатирующей жидкости. Перемешивание культуры осуществл ют магнитной мешалкой, подачу среды перистальтическим насосом. Увлажненный стерильный воздух поступает в культуру через нижнюю часть ферментационного сосуда. Посто нство объема культуры поддерживаетс  за счет удалени  избытка микробной суспензии с током воздуха через вертикальную сливную трубку. 2, вмонтированную в пробку из нетоксичной резины 3, срезанную под углом к горизонтальной плоскости. В эту же пробку вмонтированы датчик растворенного кислорода 4, пробоотборник 5, иcпoльзye ый также дл  инокул ции, и толстостенный капилл р дл  ввода стерильной питательной среды 6. Описанна  конструкци  ферментационного сосуда позвол ет быстро (1-2 с) изолировать культуру от атмосферного воздуха путем прекращени  его подачи (перекрытие входа 7). Барботажный воздух выходит из ферментационного сосуда через отверстие в резиновой пробке с последующим установлением уровн  жидкой фазы в пределах сливной трубки 2 (отмечено пунктиром). Дл  измерени  концентрации (напрйжени ) растворенного кислорода используют малоинерционный и вьщерживающий стерилизацию автоклавированием модифицированный электрод Кларка , который состоит (фиг. 2) из двух стекл нных деталей - корпуса 8 и стержн  9, несущего платиновый катод 10 в торцовой части, и серебр ный анод 11 в виде пластины или спи|рально накрученной вокруг стержн  проволоки. Стержень 9 пришлифован к нижней части корпуса датчика, что Qa ет возможность фиксировать катод в строго определенном положении. Между пришлифованными поверхност ми оставлен канал 12 (за счет того, что стержень имеет в поперечном сечении форму круга, усеченного по хорде), наличие которого необходимо дл  продолжительной работы датчика. Нижнее отверстие корпуса 8 закрывают фторопластовой мембраной 13 (F-4 , толщина 12 мкм), фиксирует ее кольцом из селиконовой резины 14 и эпоксидным клеем 15. Затем в корпус ввод т элек |тролит (1н NaCl) и стержень 9 с элек тродами, укрепл   последний в верхне части корпуса резиновой прокладкой 1 и парафидом. Окончательную сборку датчика (введение электрсшита и установку электродов) производ т после автоклавировани  (0,5 атм, 30 мин) корпуса 8с мембраной 13 в составе полностью собранной установки дл  непрерывного культивировани  микроорганизмов. После стабилизации культуры (3 су после инокул ции) производ т измере .ние интенсивности дыхани : прекрёица1ют подачу воздуха в ферментатор и регистрируют концентрации растворенного кислорода (фиг. 3), затем возоб новл ют подачу воздуха и регистрируют возрастание концентрации растворенного кислорода. Величину KI, рассчитывают .по уравнению (3)-13 ч ; значениеС по уравнению (2) оказываетс  равным 459 мкА O,j/ И скорость дыхани  культуры (по уравнению 3)мкА 3 -час °2.Предлагаемый способ позвол ет повысить надежность и чувствительность определени  интенсивности дыхани  микроорганизмов более чем в 20100 раз, по сравнению с известным способом, дает хорошо воспроизводимые результаты с относительной ошибт кой определени , не превышающей .2%. Формула изобретени  Способ определени  интенсивности дыхани  ми кроорганизмов, предусматривающий непрерывное культивирование их в аэробных услови х с последующим расчетом, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и чувствительности способа, в процессе непрерывного культивировани  микроорганизмы изолируют от аэрирующего воздуха, измер ют потребление растворенного в культуральной среде кислорода амперометрически, возобновл ют подачу воздуха и регистрируют возрастание концентрации растворенного кислорода, э. при расчете интенсивности дыхани  провод т коррекцию калибровки датчика растворенного кислорода по формуле где GO и С - соответственно концентрации растворен-ного кислорода в подаваемой среде (верхний предел насы1цени  кислородом при данной температуре) и микробной культуре,мкЛ/л; К. - коэффициент массопереноиО с.а кислорода, ч ; X - биомасса микроорганизмов, q, - удельна  скорость . реблени  кислорода, мкА/ч- мг. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Шольц К.Ф., Островский Д.Н. Ячейка дл  амперометрического определени  кислорода. В сб.. Методы современной биохимии , 1975, М., Наука, с. 52-58. 25 by the subsequent calculation, it was proposed in the process of continuous cultivation to isolate microorganisms from aerating air, to measure the consumption of oxygen dissolved in the culture medium amperometrically, to resume air supply and to register an increase in the concentration of dissolved oxygen; -c-- aL ° where C and C are, respectively, the concentration of dissolved oxygen in the feed medium (the upper limit on oxygen saturation at a given temperature) and microbial culture, μA — oxygen mass transfer coefficient, h; X - bio% 1 microorganism mass, mg / l; (- specific rate of oxygen loss, μA / h mg. The essence of the proposed method is as follows. The measurement rate of dissolved oxygen concentration (C) in the continuous chemostat culture of microorganisms is determined by the ratio of its transport from the gas phase to the liquid and microbial consumption biomass during respiration. (1) where GO and C is the concentration of dissolved oxygen in the feed medium (upper limit of oxygen saturation at a given temperature) and microbial culture, respectively, μA / l; KI, coefficient m oxygen transfer X - microorganism biomass, mg / l; q - specific rate of oxygen consumption (§ -i-μA / h-mg. The taxonomic C concentration values can be found from equation (1) provided (3c / dt O After turning off air supply cultivator mass transfer between gas and liquid stops, i.e. Ki, p (Co C) 0, and then the respiration rate of the microbial culture () is quantitatively determined by the falling speed to the concentration of dissolved oxygen et; -v Resuming the air supply to the cultivator leads to increase with speed; which can be read p by integrating equation (1) with the boundary conditions t 0, C f. - -UrtlH -h - -K f - -.t С, where the concentration of dissolved oxygen at the time of the renewal of the aeration. Equation (4) enables the graphic-analytical determination of the mass transfer coefficient K, in the coordinates-fi, t. at. Eq. (4) instead of the value C, it is legitimate to use any physical quantities linearly related, including the value of the dissolved oxygen voltage Q or the electric current in the polarographic probe used for the experimental determination of P 4, therefore the calibration of the polarographic probe is possible to produce directly in the course of growing the crop, compared the magnitude of the current with the value of C, calculated by equation (2). The magnitude of Cd for IT is determined from the temperature dependence of the solubility of oxygen in water, and K and the respiration rate of others, X, is measured experimentally. FIG. Figure 1 shows schematically an installation for cultivation; in fig. 2 - Clark's electrode on fig.Z change in oxygen concentration. Yeast culture Debariomyces formicarius VKM-U-1555 is grown at 28 ° C on a synthetic medium of the following composition, g / l; glucose 0,2; (. 0,4;. 0,1; СаС1г 2Н ,, 0 0,02; 0,8; EDTA 0,005; Biotin 0,00001; a mixture of trace elements. The cultivation is carried out at a dilution rate of O-0.069 h in the set., Not 1. The microbial culture is grown in a 600 ml glass fermentation vessel 1 with a jacket for a thermostatic liquid. The culture is mixed using a magnetic stirrer, the medium is fed by a peristaltic pump. The humidified sterile air enters the culture through the bottom of the fermentation vessel The durability of the culture volume is supported by by removing an excess of microbial suspension with an air stream through a vertical drain tube 2 mounted into a cork made of non-toxic rubber 3 cut at an angle to the horizontal plane. The dissolved oxygen sensor 4 mounted to the probe 5, a sampler 5, also suitable for the inoculum and a thick-walled capillary for the introduction of a sterile nutrient medium 6. The design of the fermentation vessel described allows you to quickly (1-2 seconds) isolate the culture from the atmospheric air by stopping its supply (closing the entrance a 7) The bubbling air escapes from the fermentation vessel through a hole in the rubber stopper, followed by establishing the level of the liquid phase within the drain tube 2 (indicated by a dotted line). To measure the concentration (voltage) of the dissolved oxygen, use the low-inertia and superior sterilization by autoclaving the modified Clarke electrode, which consists (Fig. 2) of two glass parts — the housing 8 and the rod 9 carrying the platinum cathode 10 at the end, and the silver anode 11 in the form of a plate or a spiral wound around a rod. The rod 9 is ground to the lower part of the sensor body, which allows Qa to fix the cathode in a strictly defined position. A channel 12 is left between ground surfaces (due to the fact that the rod has the shape of a circle truncated along the chord in cross section), the presence of which is necessary for continuous operation of the sensor. The lower opening of the housing 8 is covered with a fluoroplastic membrane 13 (F-4, thickness 12 µm), fixed by a ring of silicone rubber 14 and epoxy glue 15. Then an electrolyte (1N NaCl) and a rod 9 with electrodes are inserted into the case the latter is in the upper part of the body with a rubber gasket 1 and a paraphid. The final assembly of the sensor (insertion of electrofusion and installation of electrodes) is performed after autoclaving (0.5 atm, 30 min) of the housing 8 with membrane 13 as part of a fully assembled installation for the continuous cultivation of microorganisms. After the culture is stabilized (3 s after inoculation), the respiration rate is measured: air is fed to the fermenter and dissolved oxygen concentrations are recorded (Fig. 3), then air supply is restored and the increase in dissolved oxygen concentration is recorded. The value of KI is calculated. According to equation (3) -13 h; The value C according to equation (2) is equal to 459 μA O, j / and the culture respiration rate (according to equation 3) μA 3 –hour ° 2. The proposed method allows to increase the reliability and sensitivity of determining the respiration intensity of microorganisms by more than 20100 times, compared to with a known method, gives well reproducible results with a relative error of determination not exceeding .2%. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A method for determining the intensity of respirations of microorganisms, providing for their continuous cultivation under aerobic conditions, followed by calculation, characterized in that, in order to increase the accuracy and sensitivity of the method, in the process of continuous cultivation, microorganisms are isolated from aerating air, the consumption of dissolved in the culture the oxygen medium is amperometric, the air supply is resumed, and an increase in the concentration of dissolved oxygen, e. when calculating the respiration rate, the calibration of the dissolved oxygen sensor was corrected according to the formula where GO and C are, respectively, the concentration of dissolved oxygen in the feed medium (upper limit of oxygen at a given temperature) and microbial culture, μL / L; K. — mass transfer coefficient for oxygen s / h; X is the biomass of microorganisms, q, is the specific velocity. children of oxygen, µA / h- mg. Sources of information taken into account in the examination 1.Sholts KF, Ostrovsky D.N. Cell for amperometric determination of oxygen. In Sat .. Methods of modern biochemistry, 1975, M., Science, p. 52-58. 2.Olijve W. Kok I.I. Analysis of growth of gluconobacter oxydans in glucose containing media. Arch.Microbiol , 1979, 121,3, p. 283-290.2.Olijve W. Kok I.I. Analysis of growth of gluconobacter oxydans in glucose containing media. Arch. Microbiol 1979, 121.3, p. 283-290. КTO ii -9 Nf-9 Nf -tf-tf 15 -13 C,nHAf/i юо no т tea15 -13 C, nHAf / i yu no t tea
SU813247656A 1981-02-23 1981-02-23 Method for determining intensity of respiration of microorganisms SU958495A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813247656A SU958495A1 (en) 1981-02-23 1981-02-23 Method for determining intensity of respiration of microorganisms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813247656A SU958495A1 (en) 1981-02-23 1981-02-23 Method for determining intensity of respiration of microorganisms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU958495A1 true SU958495A1 (en) 1982-09-15

Family

ID=20942931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813247656A SU958495A1 (en) 1981-02-23 1981-02-23 Method for determining intensity of respiration of microorganisms

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU958495A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989004864A1 (en) * 1987-11-26 1989-06-01 Kaunassky Politekhnichesky Institut Imeni Antanasa Device for measuring the rate of oxygen consumption by microorganisms in liquid media
RU2783515C1 (en) * 2022-07-22 2022-11-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Device for assessing the intensity of respiration of microbial culture

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989004864A1 (en) * 1987-11-26 1989-06-01 Kaunassky Politekhnichesky Institut Imeni Antanasa Device for measuring the rate of oxygen consumption by microorganisms in liquid media
RU2783515C1 (en) * 2022-07-22 2022-11-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Device for assessing the intensity of respiration of microbial culture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hikuma et al. Microbial electrode sensor for alcohols
EP0086108B1 (en) Method of measuring lactic acid in a liquid
CN102796660B (en) For proofing unit and the on-line water quality monitoring method of monitoring water quality on line
US4073691A (en) Method for detecting the presence of biologically active agents
US4297173A (en) Method for determining ammonia and sensor therefor
Moser et al. Miniaturized thin film glutamate and glutamine biosensors
ES2391956T3 (en) Bacterial consortium, bioelectrochemical device and a process for the simple and rapid estimation of the biological oxygen demand of wastewater
US4350763A (en) Method for determining biochemical oxygen demand
Chen et al. Design of a system for the control of low dissolved oxygen concentrations: critical oxygen concentrations for Azotobacter vinelandii and Escherichia coli
Suzuki et al. An amperometric sensor for carbon dioxide based on immobilized bacteria utilizing carbon dioxide
Okada et al. NO2 sensor which uses immobilized nitrite oxidizing bacteria
Karube et al. Microbial electrode sensor for vitamin B12
Heinzle et al. Continuous mass spectrometric measurement of dissolved H 2, O 2, and CO 2 during chemolithoautotrophic growth of Alcaligenes eutrophus strain H 16
SU958495A1 (en) Method for determining intensity of respiration of microorganisms
Eyer et al. On‐line estimation of viable cells in a hybridoma culture at various DO levels using ATP balancing and redox potential measurement
Racek et al. Biosensor for lactate determination in biological fluids. I. Construction and properties of the biosensor
Simonian et al. A flow-through enzyme analyzer for determination of L-lysine concentration
Karube et al. Amperometric determination of sodium nitrite by a microbial sensor
Tabatabai et al. Oxidation-reduction potential and growth of Clostridium perfringens and Pseudomonas fluorescens
Lamboursain et al. A lab‐built respirometer for plant and animal cell culture
Thornton et al. STUDIES ON OXIDATION-REDUCTION IN MILK I. OXIDATION-REDUCTION POTENTIALS AND THE MECHANISM OF REDUCTION
Okada et al. Hybrid urea sensor using nitrifying bacteria
CN105116031A (en) Online biochemical oxygen demand detection method and online biochemical oxygen demand detection device
Schou et al. Construction and performance of plug‐in membrane inlet mass spectrometer for fermentor monitoring
JPS56140898A (en) Novel method for determination of number of living bacterial cell