Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65

Статья опубликована в рамках: XLIX Международной научно-практической конференции «Наука вчера, сегодня, завтра» (Россия, г. Новосибирск, 26 апреля 2017 г.)

Наука: Биология

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Маркин И.В., Еськова М.А., Ананьев А.А. ПОИСК ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД ДЛЯ СИНТЕЗА МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ // Наука вчера, сегодня, завтра: сб. ст. по матер. XLIX междунар. науч.-практ. конф. № 8(42). – Новосибирск: СибАК, 2017. – С. 10-16.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ПОИСК ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД ДЛЯ СИНТЕЗА МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ

Маркин Илья Владимирович

аспирант Тамбовского государственного технического университета,

РФ, г. Тамбов

Еськова Мария Александровна

аспирант Тамбовского государственного технического университета,

РФ, г. Тамбов

Ананьев Антон Алексеевич

cтудент Тамбовского государственного технического университета,

РФ, г. Тамбов

SELECTION OF BREEDING GROUND FOR THE SYNTHESIS OF LACTIC ACID

Ilya Markin

graduate student of Tambov state technical university,

Russia, Tambov

Maria Eskova

student of Tambov state technical university,

Russia, Tambov

Anton Ananyev

student of Tambov state technical university,

Russia, Tambov

 

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена исследованию биосинтеза молочной кислоты с помощью штамма бактерий LACTOBACILLUS CASEI В-3241. Проведены испытания с целью изучения влияния хлорельной выжимки и гидролизата свекловичного жома на выход молочной кислоты и прирост биомассы лактобактерий.

ABSTRACT

The article is devoted to studying the lactic acid biosynthesis using a strain of LACTOBACILLUS CASEI B-3241. Tests were conducted to study the effect of extract from algae Chlorella vulgaris and hydrolyzed beet pulp on the yield of lactic acid and the growth of lactobacilli.

 

Ключевые слова: молочная кислота; хлорельная вытяжка; свекловичный жом; LACTOBACILLUS CASEI.

Keywords lactic acid; extract from algae Chlorella vulgaris; beet pulp; LACTOBACILLUS CASEI.

 

Введение. Молочная кислота является простейшей гидроксикисилированной карбоновой кислотой, С3Н6О3. Она широко используется в пищевой, косметической, фармацевтической и химической промышленности и привлекает все большее внимание для использования в качестве мономера для производства биоразлагаемых материалов [6, с. 163]. Однако относительная высокая стоимость молочной кислоты является основным препятствием для её широкого применения в качестве сырья для получения биополимеров. Использование новых дешевых источников сырья для получения молочной кислоты может открыть большие перспективы для ее применения в качестве источника для создания новых полимеров.

Целью данного исследования была оптимизация состава питательной среды, которая позволит получить максимальную концентрацию молочной кислоты и биомассы микроорганизмов, уменьшить продолжительность стадии ферментации.

Для достижения цели решались следующие задачи: поиск новых источников стимулирующих и редуцирующих веществ в питательной среде; определение соотношения хлорельной вытяжки, свекловичного жома и мелассы в питательной среде.

Материалы и методика исследований Объектом исследования является штамм LACTOBACILLUS CASEI В-3241, синтезирующий при молочнокислом брожении L-форму молочной кислоты, необходимую для получения полилактидов [5, с. 127].

Условия культивирования штамма: питательная среда MRS: бактопептон – 10,0 г/л; мясной экстракт – 10,0 г/л; дрожжевой экстракт – 5,0 г/л; глюкоза – 20,0 г/л; твин-80 – 1,0 г/л; аммоний лимоннокислый – 2,0 г/л; натрий уксуснокислый – 5,0 г/л; MgSO4·7H2O – 0,1 г/л; Na2HPO4 – 2,0 г/л; агap – 20,0 г/л; рН=6,5, T=37 °С.

Выращивание микроорганизмов проводилось глубинным культивированием на жидкой питательной среде.

В предыдущих исследованиях было доказано, что добавление 20 % хлорельной выжимки способно увеличить выход молочной кислоты почти на 20% [5, с. 131] и обоснована возможность использования гидролизата свекловичного жома в качестве сахаросодержащего компонента питательной среды [2, с. 334].

На основании этих исследований решено получить культуральную среду с применением этих двух компонентов: гидролизата свекловичного жома и хлорельной вытяжки.

Гидролизат свекловичного жома содержит 12 % сухих веществ, из которых пектиновые вещества – 48–50, целлюлоза – 22–25, гемицеллюлозы – 21– 23, азотистые вещества – 1,8–2,5, зола – 0,8–1,3, сахара – 0,15–0,20, а также витамины (В1, В2, B4, В6, С и др.), ферменты, небольшие количества жира и фитостеринов, микроэлементов [4, с. 266]. Жом является перспективным вторичным сырьевым ресурсом и позволяет сэкономить количество мелассы при производстве питательной среды.

 Хлорельная вытяжка содержит аминокислоты и витамины группы В. Кроме того в её составе имеются кобальт, являющийся коферментом витамина В12; медь, входящая в состав ферментов лактобактерий; марганец, являющийся активатором ферментов; молибден, необходимый для усвоения азота; железо, являющееся переносчиком электронов в окислительно-восстановительных реакциях; цинк, участвующий в углеводном обмене; йод и другие микроэлементы [1, с. 16]. Применение хлорельной вытяжки помимо стимулирующего воздействия на лактобактерии позволит заменить техническую воду на стадии разбавления мелассы.  Также, вытяжка, как источник минерального питания, имеет низкую себестоимость, по сравнению с питательными солями, необходимыми для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов, так как является отходом при производстве хлореллы. Таким образом, хлорельная вытяжка, используемая для разбавления мелассы вместо воды, значительно упрощает и удешевляет процесс получения молочной кислоты.

В качестве основного источника редуцирующих веществ использовалась свекловичная меласса с содержанием 75 % сухих веществ, из которых около 54 % (по весу сухих веществ) сахарозы, 14, 8 % азотистых веществ, 16,7 % безазотистых (кроме сахара) органических веществ и 8,5 % золы (соли калия 10 %, и органические 20 %), инвертный сахар, а также раффинозу (до 2 %) [3].

Использовалось различное сочетание компонентов питательной среды: образец 1 – меласса + 20% хлорельной вытяжки; образец 2 – свекловичная меласса и свекловичный жом в соотношении 1:1; образец 3 – жом, разбавленный вытяжкой в соотношении 1:1, образец 4 – жом + 20% выжимки, доведённый мелассой до такого же содержания сахаров, как в пробе 1. (табл. 1)

Таблица 1.

Характеристика образцов питательной среды

№ образца

Содержание фильтрата культуральной жидкости, % (об.)

Содержание гидролизата жома, % (об.)

Содержание редуцирующих веществ, % (об.)

1

20

-

4,6

2

-

50

4,2

3

50

50

3,5

4

20

70

4,6

 

Условия культивирования: рН=6,5, T=37°С, продолжительность биосинтеза 69 часов, перемешивание, аэрация и нейтрализация молочной кислоты не осуществлялись.

Посевной материал представлял суспензию клеток чистой культуры, получаемую смывом стерильной водой клеток бактерий со скошенной агаризованной среды. Доза суспензии, вносимая в питательную среду, составляла 10 мл при титре около 350 млн. кл./мл.

В течение ферментации контролировали следующие показатели: активную кислотность (pH) определяли потенциометрическим  методом с использованием pH-метра (Анион 4110); концентрацию молочной кислоты по ГОСТ Р 51196-98; количество биомассы бактерий устанавливали прямым подсчетом с использованием светового микроскопа «Levenhuk C310 NG».

Результаты и их обсуждение

На рисунке 1 представлен график накопления биомассы во времени, на рисунке 2 - график изменения редуцирующих веществ в питательной среде.

 

Рисунок 1. Динамика накопления биомассы

Рисунок 2. Изменение редуцирующих веществ

При культивировании лактобактерий на жидкой питательной среде наблюдается общая закономерность роста по S-образной кривой. Время активного накопления биомассы – 10-40 ч. После этого скорость роста уменьшается и наступает фаза замедленного роста, что связано с накоплением в культуральной жидкости молочной кислоты. Наибольший прирост наблюдается в пробе №1. Это объясняется достаточным количеством содержания азота и сахара, необходимого для нормального развития бактерий.

График изменения редуцирующих сахаров (рис. 2) имеет вид гиперболы. Остаточное количество всех пробах имеет похожие значения (1,4-1,8), несмотря на различные начальные значения. Наибольшее остаточное значение наблюдается во 2 и 3 образцах.

 

Рисунок 3. Динамика накопления молочной кислоты

 

Максимальное значение молочной кислоты наблюдается в образце №1 на 70 ч. и составляет 7,2 мг/мл. при этом содержание редуцирующих веществ составляет 1,4%, количество биомассы – 80*106 шт. Активное накопление молочной кислоты наступает с 10 часа ферментации, так как до этого идёт адаптация клеток биомассы к питательной среде (лаг-фаза).

Таким образом, лучшим из всех вариантов питательных сред является образец №1 (20% хлорельной вытяжки, меласса). При его использовании наблюдается максимальный выход молочной кислоты и прирост биомассы. Это объясняется стимулирующим эффектом 20% хлорельной вытяжки. Большее её добавление сказывается негативно на развитии микроорганизмов, так как ведёт к разбавлению углеводов в исходном сырье.

Также на практике можно применять и другие предложенные варианты питательных сред, так как разность накопление молочной кислоты между пробами незначительно.

Выводы Установлено стимулирующее воздействие 20% хлорельной вытяжки на накопление биомассы лактобактерий.

Предложены питательные среды, компонентами которых являются вторичные сырьевые ресурсы (свекловичный жом, хлорельная вытяжка). Экспериментально доказано, что гидролизат жома и вытяжка позволяют сократить продолжительность культивирования и ускорить рост бактерий. Использование питательных сред с использованием жома и вытяжки, позволит сэкономить более дорогие среды на основе гексоз и минеральных солей.

 

Список литературы:

  1. Богданов Н. И. Суспензия хлореллы в рационе сельскохозяйственных животных. – Волгоград: ВНИИОЗ, 2007. – 48 с.
  2. Использование отходов сахарного производства для получения молочной кислоты / Маркин И.В. [и др.] // Молодёжь и научно-технический прогресс: сборник докладов международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. Том 3. (Губкин 20 апр. 2017 г.). – Губкин, 2017. – С. 331-334.
  3. Осетров С.Б. Технология производства спирта из мелассы. - [Электронный ресурс]. – Режим доступа. – URL: http://www.sergeyosetrov.narod.ru/Raw_material/productions_alcohol_from_melases.htm (дата обращения: 09.04.2017).
  4. Погарелова Ю.Н., Бондаренко Ж.В. Новые направления использования свекловичного жома в республике Беларусь. // Труды БГТУ. Серия 4: Химия, технология органических веществ и биотехнология. – Минск: БГТУ, 2015. - № 5-1. – С. 266-269.
  5. Совершенствование условий биосинтеза молочной кислоты лактобактериями / Д.С. Дворецкий [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. – Казань: КНИТУ, 2017. - №8. – С. 126-131.
  6. Wee Y.J., Kim J.N., Ryu H.W. Biotechnological production of lactic acid and its recent applications Food Technol // Food Technology and Biotechnology. 2006. Vol.44. №2. - P.163-172
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом