Различные подходы к накоплению биомассы микроводорослей Chlorellavulgaris и к процессам её биокаталитической трансформации (1105654), страница 13
Текст из файла (страница 13)
п. 2.2.1).Рисунок 3 – Кинетика накопления биомассы клеток C. vulgaris в сточных водах №1 (♦), №2(▲), №3 (●) и №4 (■) (см. п.2.2.1) при исходной концентрации биомассы клеток C. vulgaris0,10-0,14 г сух. в-в/лИз полученных данных следовало, что после 13 сут культивирования было отмеченонакопление биомассы свободных клеток микроводорослей C. vulgaris в концентрациях более0,55±0,02 г сух. в-в/л во всех использованных видах сточных вод. Наибольшее значениеконцентрации биомассы (до 1,70±0,06 г сух.
в-в/л) было зафиксировано в случаевыращивания клеток C. vulgaris в сточной воде №2, богатой сахарозой.63Рисунок 4 – Средняя скорость накопления за 13 сут биомассы клеток C. vulgaris,мг сух. в-в/л/сут, в сточных водах №1 - №4 (см. п. 2.2.1) при исходной концентрации клетокC. vulgaris 0,10-0,14 г сух.в-в/лИз литературы известно, что клетками микроводорослей потребляются не всеорганические субстраты, наиболее пригодными для них являются отдельные сахара, спиртыи органические кислоты [22-25].
Таким образом, очевидно, что в сточных водах, содержащихнаиболее подходящие органические источники углерода, наблюдался более интенсивный миксотрофный рост клеток микроводорослей, приводящий к большему накоплению ихбиомассы.Следуетотметить,чтоинтенсивностьростаклетокC.vulgarisоказаласьчувствительна к их исходной концентрации в среде. Так, активный рост клеток начиналсяименно при достижении их концентрации 0,2-0,4 г сух. в-в/л (Рисунок 3).Отмеченная по результатам экспериментов зависимость интенсивности роста клетокмикроводорослей от их исходной концентрации в целом совпадает с результатамиисследователей, выращивающих микроводоросли на модельных «классических» средах [183,184].Анализ полученных результатов позволил выдвинуть предположение о возможностиувеличения средней скорости накопления биомассы, если исходную концентрацию клетокувеличить до 0,4 г сух.
в-в/л (Рисунки 5, 6). В связи с этим далее была исследована кинетикароста клеток в сточных водах при данном значении CБМ0. Наилучшие показатели ростаклеток в течение 8 суток (QC=210±8 мг сух. в-в/л/сут) были получены при использованиисточной воды №2, содержащей сахарозу, при этом прирост биомассы составил 1,68±0,05г сух. в-в/л.64Рисунок 5 – Кинетика накопления биомассы клеток C. vulgaris в сточных водах №1 (♦), №2(▲), №3 (●) и №4 (■) (см. п. 2.2.1) при исходной концентрации биомассы клеток C.
vulgaris0,40 г сух. в-в/л Рисунок 6 – Средняя скорость накопления за 8 сут биомассы клеток C. vulgaris,мг сух. в-в/л/сут, в сточных водах №1 - №4 (см. п. 2.2.1) при исходной концентрации клетокC. vulgaris 0,4 г сух. в-в/лБыл проведен анализ состава основных биоорганических компонентов биомассымикроводорослей C. vulgaris, выращенных на «классической» среде Тамийя и в указанныхвыше сточных водах (Таблица 10).65Таблица 10 – Состав основных биоорганических компонентов биомассы клеток C.
vulgaris,накопленной на среде Тамийя и в различных сточных водах (см. п.2.2.1)СредаЛипиды, %Белки, %Углеводы, %Тамийя16,5±1,77,0±0,855,6±4,3Сточная вода №122,5±1,09,3±0,450,7±2,2Сточная вода №217,1±0,99,9±0,555,5±2,5Сточная вода №326,1±1,27,7±0,451,4±2,1Сточная вода №418,4±0,912,4±0,652,3±2,2Как известно, биохимический состав клеток фототрофных микроорганизмов зависитот условий их культивирования [85, 185]. Согласно полученным данным, максимальная долябелков в биомассе клеток накапливалась при использовании сточной воды №4, а наибольшаядоля липидов – в сточной воде №3. При этом во всех случаях культивирования в сточныхводах так же, как и на «классической» среде Тамийя, биомасса клеток C.
vulgarisхарактеризовалась практически одинаковым достаточно высоким содержанием углеводов(50÷55 % сухого веса), что делает ее весьма привлекательным субстратом для дальнейшейбиокаталитической трансформации микроорганизмами в различные коммерчески значимыепродукты, а указанные виды сточных вод – пригодной средой для накопления биомассымикроводорослей C. vulgaris, богатой углеводами.Таким образом, показано, что с использованием различных типов сточных водвозможно наращивание биомассы микроводорослей отобранного штамма C.
vulgaris, приэтом скорость накопления биомассы зависит от состава сточных вод и концентрации клетокв системе, активный рост клеток начинается при концентрации биомассы 0,2-0,4 г сух. в-в/л.РезультатыанализаизменениявеличинХПКвпроцессеростабиомассымикроводорослей C.
vulgaris в сточных водах (Рисунок 7) свидетельствовали о том, что за 8суток культивирования в зависимости от среды происходило снижение ХПК растворов в 2-8раз со средней скоростью снижения 51-179 мг/л/сут. Наилучшие результаты были полученына сточной воде №2.Одним из вариантов оптимизации исследуемого процесса, с точки зрениямаксимизации наиболее значимых показателей (скорости накопления биомассы, и, какследствие, скорости снижения ХПК) может быть предложено использование в качествеинокулята иммобилизованной биомассы в исходно высокой концентрации.66Рисунок 7 – Изменение ХПК растворов в процессе накопления биомассы свободных клетокC. vulgaris в сточных водах при исходной концентрации клеток во всех средах 0,4 г сух.в-в/л(заштрихованные столбцы - начальное значение ХПК (мг/л), белые столбцы - конечноезначение ХПК (мг/л)) и средняя скорость снижения ХПК (мг/л/сут) в этих же средах (черныестолбцы).
Период культивирования – 8 сутокВ связи с этим далее исследовалась возможность иммобилизации клеток ииспользования их в иммобилизованном виде для создания исходно высокой концентрацииклеток C. vulgaris в реакторе. Этому посвящен следующий раздел данной работы.3.1.2 Влияние иммобилизации клеток микроводорослей C. vulgaris на процесснакопления их биомассыОдним из преимуществ использования иммобилизованных клеток различныхмикроорганизмов является возможность значительного увеличения плотности культуры вреакторе при ее равномерном распределении по объему, что, в свою очередь, позволяетинтенсифицировать основной процесс.Согласно литературным данным (см. п. 1.1), свободные клетки рода Chlorella могутнакапливаться в среде в результате культивирования иммобилизованного инокулята.
Привыборе метода иммобилизации и носителя большое внимание уделяется сохранениюжизнеспособности иммобилизованной биомассы. Для иммобилизации микроводорослейнаиболее часто применяют метод включения клеток в матрицу гелевых носителей, главнымобразом Ca-альгинатного геля. В последнее время при иммобилизации микроорганизмов(бактерий, мицелиальных грибов, дрожжей) в качестве носителей часто используютсинтетические гели, наиболее интересным из которых по ряду объективных причинсчитается криогель поливинилового спирта (ПВС) [181, 186,187].67Криогель ПВС представляет собой макропористый гетерофазный гель, формированиекоторого происходит в результате замораживания, выдерживания в замороженном состоянииипоследующего оттаивания водного раствора полимера.
Порообразователем при этомслужат кристаллы замораживаемой воды [188]. Криогель ПВС эффективно выполняет ролькриопротектора для клеток микроорганизмов, изменяя свойства растворов электролитов вовремя замораживания и при дальнейшем оттаивании [188], при этом сохраняетсяжизнеспособность иммобилизованных клеток на высоком уровне.
Наряду с основнымипреимуществами биокатализаторов, получаемых в результате иммобилизации клетокмикроорганизмов в криогель ПВС, выделяемыми в процессе их применения (стабильность,продуктивность), известна также возможность их достаточно длительного хранения взамороженном состоянии [71].В связи с этим в данной работе была исследована возможность иммобилизации клетокмикроводорослей С. vulgaris в гелевую матрицу, при этом в качестве носителя был выбранименно криогель ПВС.Предварительнобылпроведенсравнительныйанализдвухподходовкиммобилизации в криогель ПВС клеток микроводорослей C. vulgaris: 1) иммобилизацииклеток методом их абсорбции в образцы криогеля ПВС, заранее полученные в ходе процессазамораживания-оттаивания растворов ПВС и 2) иммобилизации клеток методом ихвключения в криогель ПВС при предварительном смешивании раствора полимера ибиомассыклетокспоследующимформированиемгранулкриогеляПВСсиммобилизованными клетками.
В результате было установлено, что использование вкачестве инокулята гранул с включенными клетками микроводорослей позволяетнакапливать в 1,7 раза больше биомассы свободных клеток за одно и то же время посравнению с использованием в качестве инокулята гранул с абсорбированными клетками. Всвязи с этим именно метод включения в криогель ПВС использовался в дальнейшихэкспериментах по имобилизации клеток С. vulgaris.Излитературныхданныхизвестно,чтонаконечныехарактеристикииммобилизованных клеток в значительной степени влияет концентрация раствора ПВС,используемого для их иммобилизации [189], поскольку она определяет степень пористости иразмер пор в матрице носителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
