Выращивание бактерий с помощью кислорода

Для специального выращивания некоторых видов бактерий, а именно аэробов, то есть микроорганизмов, дышащих кислородом, требуется обязательное присутствие этого газа. Современному человеку ежедневно требуется огромное количество бактерий разных видов. Они нужны для производства лекарственных препаратов, получения вакцин и относительно дешевых пищевых продуктов, а также в технических процессах, связанных с добычей полезных ископаемых.

Когда и как стали использовать кислород для выращивания бактерий

Стремительное развитие микробиологии как науки в конце девятнадцатого века дало старт промышленному культивированию бактерий. В крупных ферментерных цехах начали выращивать бактерии для нужд фармацевтической промышленности. Для вакцинации выращивают болезнетворные бактерии, например, холерный вибрион, требующий много кислорода для дыхания. Ее убитые целые клетки, введенные с прививкой в организм человека, стимулируют создание антител, предотвращающих заражение этой болезнью.

В пищевой промышленности дышащие кислородом бактерии в основном используются для получения в относительно короткие сроки большого количества кормовых белковых веществ. Для этих целей чаще всего применяют водородоокисляющие, метанотрофные, то есть питающиеся метаном и силикатные почвенные бактерии. С их помощью создается полноценный насыщенный белком и витаминами корм, которым достаточно широко используются в животноводстве.

История применения аэробов в нефтедобывающей промышленности началась с того момента, когда люди начали добывать нефть в больших количествах. Тогда же люди заинтересовались естественной микрофлорой нефтяных месторождений. Токсичный газ сероводород, выделяемый этими микроорганизмами, вызывал коррозию металлических деталей аппаратуры, повышая риск аварий и отравления людей. Невозможность полностью извлечь всю нефть из разрабатываемой скважины механическими способами была на тот момент другой серьезной проблемой нефтедобычи.

Накопление информации о жизнедеятельности бактерий, населяющих нефтяные скважины, создала предпосылки для идеи добычи нефти с их помощью. В середине 70 годов двадцатого века академик М. В. Иванов предложил свою технологию микробиологической добыче нефти. В 1988 году от научных экспериментов перешли к применению метода в промышленности. К сожалению, на сегодняшний день этим методом активнее пользуются не российские, а китайские нефтяники.

Процесс выращивания бактерий с помощью кислорода

Выращивание бактерий для добывания нефти происходит непосредственно на месте разработки месторождения. Сначала, чтобы помочь живущим в нефтяной скважине аэробным бактериям быстро размножиться, закачивают воду, предварительно насыщенную кислородом. В результате их жизнедеятельности углеводороды окислялись до органических кислот и спиртов. После этого подается вода, в которой нет растворенного кислорода. Это стимулирует другие бактерии – анаэробы, дыхание которых угнетается кислородом. При окислении ими полученных ранее веществ получается метан и угольная кислота. Эти вещества уменьшают вязкость нефти и ее легче извлечь из нефтеносного слоя, повышая объем нефтедобычи на 10-30 процентов.

Еще с помощью бактерий можно вырастить сырье для белковых концентратов, отчасти решая остро стоящую на нашей планете проблему питания. Чтобы превратить тонну отходов хвойной древесины в 200 килограммов кормового белка используют специальный аппарат – ферментер. В него загружают питательный субстрат и исходные штаммовые бактериальные клетки, нагнетается воздух или кислород, необходимый для дыхания бактерий и перемешивания жидкости. По истечении 20 часов из получившейся жидкости выделяют готовую биомассу, содержащую около 60-80% белка. После специальной обработки, обогащения витамином D2, подсушивания и гранулирования она пригодна в пищу животным. Выращивание бактерий на газообразном углеводородном сырье, например, в метане, предполагает обязательную подачу в ферментер чистого кислорода или кислородсодержащего газа.

По тому же принципу выращиваются и разнообразные бактерии, используемые в фармацевтике. Если микроорганизмы выращиваются в толстом слое субстрата, то для их нормального деления, роста и синхронного развития может потребоваться аэрация, то есть насыщение питательной среды воздухом или кислородом. Производится она продувкой сквозь питательный слой кислорода или воздуха и перемешиванием среды, в которой культивируются бактерии. Так выращивают микроорганизмы, которые в дальнейшем применяются для создания различных лекарственных препаратов и вакцин, применяемых для лечения людей и животных.

Интересные факты

Аэробная, то есть дышащая кислородом, бактерия Cupriavidus metallidurans может перерабатывать токсичное вещество – хлорид золота, выделяя в качестве продукта жизнедеятельности чистое золото. Этот способ не имеет промышленного значения, не только по причине огромной стоимости такого производства, но и потому, что золото получается слишком низкого качества.

Дышащие кислородом силикатные бактерии способны вырабатывать высококачественную «смазку» — слизь, состоящую из белков и полисахаридов. Она может использоваться как самостоятельный смазочный материал или входить в состав антифрикционных присадок.

По мнению ученых, бактерии – нефтееды способны помочь в борьбе с экологическими катастрофами. Они поедают нефть, которая может оказаться на поверхности океанской воды при авариях нефтяных танкеров, выделяя при этом безопасные для человека и других организмов вещества. Но, при борьбе с нефтяными пятнами большой площади возникает проблема. Этим организмам для дыхания необходим кислород. При быстром размножении этих микроорганизмов в крупном пятне, он быстро заканчивается. Поэтому ученые продумывают способы его подачи непосредственно в пленку разлившейся нефти. Это нужно, чтобы бактерии не погибали, и скорость утилизации ими нефтепродуктов не замедлялась.

Газообразный и сжиженный кислород высокого качества можно приобрести у одного из крупнейших поставщиков газов, реализующих их на территории Украины – Компании «DP Air Gas». Здесь же можно заказать поставки других промышленных газов или их смесей. DP Air Gas осуществляет регулярную доставку газов по всей территории Украины, а также производит освидетельствование и необходимый ремонт оборудования. Служащего для хранения и перевозки газов. Более полный перечень предлагаемых к реализации газов и услуг, предоставляемых Компанией «DP Air Gas» приведен здесь.