Методы  определения реологических характеристик культуральных и других биологических жидкостей в биотехнологии

Измерение   видимой концентрации

Плотность, вязкость и другие реологические характеристики микробиологических суспензий исследованы еще недостаточно хорошо. Наиболее известные исследования проведены с помощью пикнометрических методов, ареометров и  денсиметров.

В подавляющем большинстве биотехнологических производств приходится иметь дело с концентрацией растворов или суспензий, определяемых высушиванием («истинная» концентрация).

Для быстрого определения обычно  пользуются видимой концентрацией, определяемой, например, ареометром. Концентрация, измеряемая с помощью ареометров, называется  видимой концентрацией.

Стеклянный спиртометр (наряду с ним часто применяется металлический спиртометр) предназначен для определения в водно-спиртовых растворах содержания этанола. Плотность определяется денсиметром (ареометром) или пикнометром.

 Чтобы определить концентрацию этанола используют стеклянный спиртометр класса 0,1 либо 0,5. Очень удобны спиртометры со встроенным термометром. При помощи стеклянного спиртометра при температуре 20 ºС можно определить концентрацию этанола в объемных процентах.

Ареометр для определения  видимой концентрации веществ обычно состоит из более широкой и плотной нижней части, на дне которой имеется груз, обычно – дробь.

Иногда внутри этой части помещают термометр. Верхняя часть ареометра состоит из тонкой стеклянной трубочки с вставленной в нее бумажной шкалой, градуированной в зависимости от свойств прибора и его назначения.

Для измерения плотности питательных среди культуральных жидкостей используется метод гидростатического взвешивания, который основывается на измерении выталкивающей силы (согласно закону Архимеда), пропорциональной плотности погруженного вещества.

Концентрированные пасты и суспензии  при измерении, как правило, разбавляют водой. Плотность, например, дрожжевых суспензий равна сумме производных плотностей пасты и воды на их массовые доли.

Как правило, плотность дрожжевых суспензий в ферментаторах по ходу ферментации колеблется от 0,98 до 1,0 г/см3, плотность  суспензии бацилл – от 1,0 до 1,06 г/см3, плотность суспензии одноклеточных водорослей (Chlorella, Dunaliella и т.д) – 0,98-1,01 г/см3, плотность  суспензии мукорового гриба Blakeslea trisrpora по ходу ферментации возрастает от 1,0 до 1,09 г/см3 и т.д.

Плотность исследуемых биологических объектов, как правило, обратно пропорциональна температуре. Она так же, как и плотность дистиллированной воды, растет с увеличением концентрации биомассы в ходе процесса ферментации.

Значения плотностей исследовавшихся суспензий микроорганизмов и водорослей в жидкой питательной среде, различаются мало  и сопоставимы со значением плотности воды. Поэтому для инженерных расчетов, как правило, используется показатель плотности водопроводной воды.   

Определение относительной плотности

Существуют также ареометры, градуированные по относительной плотности, их называют денсиметрами. Денсиметр отличается универсальностью применения и, как правило, менее точен, чем сахарометр.

Как правило, денсиметр допускает погрешность 1 мг/см³. Он основан на точном взвешивании известного объема вещества и последующем сравнении массы вещества с массой  дистиллированной воды.

Пикнометр – это калиброванный тонкостенный стеклянный сосуд. Пикнометры используются различной формы; объем их обычно бывает 10, 25, 50, 100 см³.

Пикнометр калибруется при номинальной температуре 20ºС, номинальной относительной влажности воздуха 60% и оптимальном значении атмосферного  давления 760 мм. рт. ст.

Для точного  метрологического измерения относительной плотности обычно  используется термометр с ценой  деления 0,1 ºС  и гигрометр (марок ВИТ-1, ВИТ-2 и других).

Для густых веществ служат стаканчики с пришлифованными покровными стеклами. Наполнив стаканчик, срезают излишек вещества сверх краев, закрывают стаканчик крышкой и взвешивают. Расчет производят так же, как и в случае применения пикнометра.