Aeration requirements ofRhizobium cultures

Summary

To obtain a high concentration ofRhizobium in broth cultures, the process conditions should be adjusted to the medium and strain used. Oxygen may be a growth-limiting factor if the micro-organism requirements are not satisfied. In this work the process conditions in shake flasks and stirred fermenters were established, based on the oxygen supply rate, in relation to the cell oxygen demand of the variousRhizobium strains used in inoculant preparations. The strains used wereRhizobium meliloti B-36,R. phaseoli F-10,R. trifolii A-22,Rhizobium spp. LL-22,R-leguminosarum D-91 andR. japonicum 5019. They had maximum oxygen demand rates from 135 to 360 ml O₂/l/h in media containing 10 g of carbon source/l, 4 g of yeast extract/l and mineral salts. When the operations were conducted in Erlenmeyer flasks with a volume liquid/volume flask of 0.150 in a rotary shaker at 250 rev/min and 2.5 cm eccentricity, the oxygen absorption rate was 355 ml O₂/l/h. In mechanically stirred fermenters with a liquid depth/fermenter diameter of 1, with an agitation rate of 250 to 450 rev/min and an air flow rate of 0.5 v/v/min, the bacteria had oxygen absorption rates of between 233 and 661 ml O₂/l/h. These conditions allowed the attainment of 1.2 to 2.4×10¹⁰ viable cells/ml from between 24 and 72 h.

Résumé

Pour obtenir une haute concentration de cellules deRhizobium dans des milieux de fermentation, il faut ajuster les conditions de processus au milieu et aux souches utilisés. L'oxygène peut être un des facteurs limitants de la croissance du microorganisme si ses besoins ne sont pas assouvis. Dans ce travail, pour les milieux employés, on établit des conditions de processus dans des Erlenmeyers et dans des fermenteurs. Ces conditions se basent sur la vitesse d'absorption d'oxygène et sur la demande cellulaire, de différentes souches deRhizobium, utilisées dans la préparation d'inoculants. Les souches employées sont:Rhizobium meliloti B-36;R. phaseoli F-10;R. trifolii A-22;Rhizobium spp. LL-22;R. leguminosarum D-91 etR. japonicum 5019. Elles ont presenté des valeurs du besoin maxima d'oxygène entre 135 et 360 ml O₂/l/h dans des milieux contenant 10g/l de source de carbone, 4g/l d'extrait de levure et sels minéraux. Pour les espèces indiquées, en opérant dans un agitateur rotatif à 250 tours/minute et 2,5 cm d'excentricité on a établi qu'il faut utiliser des Erlenmeyers dont le rapport volume de milieu liquide/volume de récipient est 0,150 (pour ces conditions, la vitesse d'absorption d'oxygène est 355 ml O₂/l/h); tandis que dans des fermenteurs avec agitation mécanique et pour un rapport hauteur de milieu liquide/diamètre de tank égal à l, les conditions établies se trouvent entre vitesses d'agitation de 250 à 450 tours/minute et un débit d'air de 0,5 litre par volume de milieu et par minute (ces valeurs d'operation correspondent aux vitesses d'absorption d'oxygène de 233 à 661 ml O₂/l/h). Ces conditions permettent d'obtenir des concentrations cellulaires de 1,2 à 2,4×10¹⁰ cellules viables par millilitre apres 24 à 72 heures de processus.

Resumen

Para obtener alta concentración de células deRhizobium en caldos de fermentación deben ajustarse las condiciones de proceso al medio y cepas utilizadas. El oxígeno puede resultar uno de los factores limitante del crecimiento si no satisfacen las necesidades del microorganismo. En el presente trabajo se establecen condiciones de proceso en Erlenmeyers agitados y en fermentadores en base a la velocidad de absorción de oxígeno y relación a la demanda para los medios y las distintas cepas utilizadas en la preparación de inoculantes. Las cepas empleadas,Rhizobium meliloti B-36;R. phaseoli F-10;R. trifolii A-22;Rhizobium spp. LL-22;R. leguminosarum D-91; yR. japonicum 5019, presentaron máximos valores de demanda de oxígeno en el rango de 135 a 360 ml O₂/l/h en medios que contienen 10g/l de fuente de carbono, 4g/l de extracto de levadura y sales minerales. Para las especies indicadas se estableció que operando en agitador rotatorio a 250 r.p.m. y 2,5 cm de excentricidad deben utilizarse Erlenmeyers con una relación de volumen de líquido a volumen de frasco de 0,150 (para estas condiciones la velocidad de absorción de oxígeno es de 355 ml O₂/l/h) mientras que en fermentadores con agitación mecánica y para una relación de altura de líquido a diámetro de tanque igual a uno las condiciones establecidas se encuentran comprendidas en el ámbito de velocidades de agitación de 250 a 450 r.p.m. y caudal de aire de 0,5 v/v/min (estos valores corresponden a velocidades de absorción de oxígeno comprendidas entre 233 a 61 ml O₂/l/h). Las condiciones indicadas permiten obtener concentraciones celulares de 1,2 a 2,4×10¹⁰ cel/ml en tiempos de 24 a 72 horas de proceso.