Различные подходы к накоплению биомассы микроводорослей Chlorellavulgaris и к процессам её биокаталитической трансформации (1105654), страница 23
Текст из файла (страница 23)
В ходе процесса контролировалась продуктивность процессаполучения ЯК и концентрация внутриклеточного АТФ в составе гранул ИБК (Таблица 22).Таблица 22 – Влияние состава ИБК, приготовленного на основе клеток A.succinogenes, напродуктивность процесса получения ЯК из глюкозы (СГЛ0 = 50 г/л) при внесении в средуодинаковой концентрации иммобилизованных клеток (по 3,0 г сух. в-в/л)QЯК, г/л/чИБКПВС,%[АТФ]×10-7, моль/г сух.
в-вИБК после 34 чкультивирования10131510131510,99±0,021,07±0,031,01±0,022,8±0,13,6±0,13,1±0,121,00±0,021,09±0,030,99±0,036,6±0,37,0±0,35,4±0,330,91±0,030,86±0,030,79±0,0210,1±0,49,1±0,37,9±0,2Биомасса,%Из полученных результатов следует, что максимальные скорости накопления ЯКнаблюдались для двух образцов ИБК: 13% ПВС и 1% биомассы, 13% ПВС и 2% биомассы.Значения концентрации внутриклеточного АТФ во всех образцах свидетельствовали овысоком уровне метаболической активности клеток в составе ИБК. Однако важно учесть,что для создания в среде концентрации иммобилизованных клеток 3,0 г сух.
в-в/л требуется20 г сух. в-в/л ИБК с 2%-ным содержанием биомассы внутри гранул и 40 г сух. в-в/л – с 1%ным, что экономически менее выгодно, а технологически менее удобно (в реакторнеобходимо помещать в 2 раза больше гранул).Таким образом, в ходе проведенных исследований был разработан биокатализатор ввиде иммобилизованной в криогель ПВС биомассы клеток бактерий A. succinogenes,обеспечивающий продуктивность процесса получения ЯК из глюкозы QЯК=1,09±0,03 г/л/чпри исходной концентрации субстрата СГЛ0 =50 г/л, определен наиболее эффективный ицелесообразный к применению исходный состав ИБК: 13% раствора ПВС и 2% биомассы.3.3.2.2.2 Исследование основных функциональных и каталитических характеристикразработанного ИБК на основе клеток бактерий A.
succinogenes, включенных вкриогель ПВСС целью выбора оптимальных условий для использования разработанного ИБКанализировалось влияние концентрации иммобилизованных клеток и субстрата в среде напоказатели биотехнологического процесса получения ЯК.120При исследовании влияния концентрации в среде иммобилизованных клеток бактерийA. succinogenes на эффективность процесса получения ЯК было проведено варьирование ихконцентрации в диапазоне от 2,0 до 4,0 г сух. в-в/л (концентрация ИБК, соответственно,варьировалась в диапазоне от 13,3 до 26,7 г сух. в-в/л) в процессе накопления ЯК сиспользованием «рабочей среды» (см.п.2.2.1) (Рисунок 34, Таблица 23).Рисунок 34 – Кинетика потребления глюкозы (черные символы) и накопления в среде ЯК(белые символы) в процессе культивирования иммобилизованных клеток бактерийA.
succinogenes, включенных в криогель ПВС, при различной исходной концентрациииммобилизованных клеток в среде: 2,0 (♦, ◊), 3,0 (●, ○) и 4,0 (▲, Δ) г сух. в-в/л.Из полученных данных следует, что с повышением концентрации иммобилизованныхклеток в среде увеличиваются показатели итогового количества накопленной в среде ЯК ипродуктивности процесса по ЯК. Существенной разницы между концентрациями клеток 3,0и 4,0 г сух. в-в/л выявлено не было, в этой связи именно концентрация иммобилизованныхклеток A. succinogenes 3,0 г сух.
в-в/л (концентрация ИБК 20 г сух. в-в/л) была выбрана ииспользовалась в дальнейших экспериментах.При исследовании влияния исходной концентрации глюкозы на показателиэффективностипроцессаполученияЯКбылопроведеноварьированиеисходнойконцентрации глюкозы в среде в диапазоне от 50 до 100 г/л (Рисунок 35, Таблица 24).121Таблица 23 – Характеристики процесса получения ЯК из глюкозы (СГЛ0 = 50 г/л) поддействием иммобилизованных клеток бактерий A. succinogenes, включенных в криогельПВС, при варьировании их концентрации в средеКонцентрация иммобилизованныхклеток A.
succinogenes, г сух. в-в/лКонцентрация ИБКСИБК, г сух. в-в/лДлительность получения СЯК макс, чМаксимальная концентрация ЯКСЯК макс, г/лПродуктивность процесса по ЯКQЯК, г/л/чПродуктивность ИБКПИБК, г ЯК/ч/кг ИБКПотребление глюкозыΔ СГЛ, %Степень конверсии потребленнойглюкозы в ЯКYЯК/ГЛ23413,32026,7343227,1±0,937,0±1,137,3±1,10,80±0,031,09±0,031,16±0,0460,2±2,054,5±1,643,4±1,374,2±2,598,6±0,999,4±0,60,73±0,030,75±0,030,75±0,03Рисунок 35 – Кинетика потребления глюкозы (черные символы) и накопления в среде ЯК(белые символы) в процессе культивирования иммобилизованных клеток бактерийA. succinogenes (СИБК=20 г сух. в-в/л) при различной исходной концентрации глюкозы всреде: 50 (●, ○) и 70 (▲, Δ) 100 (♦, ◊) г/л.122Таблица 24 – Характеристики процесса получения ЯК под действием разработанного ИБК(СИБК = 20 г сух.
в-в/л) на основе клеток бактерий A. succinogenes, включенных в криогельПВС, при варьировании исходной концентрации глюкозы в средеИсходная концентрация глюкозыСГЛ0, г/лДлительность получения СЯК макс, чМаксимальная концентрация ЯКСЯК макс, г/лПродуктивность процесса по ЯКQЯК, г/л/чПродуктивность ИБКПИБК, г ЯК/ч/кг ИБКПотребление глюкозыΔ СГЛ, %Степень конверсии потребленнойглюкозы в ЯКYЯК/ГЛ5070341004437,0±1,151,3±1,949,9±2,11,09±0,031,17±0,041,13±0,0454,5±1,658,5±2,256,5±2,398,6±0,996,4±0,965,5±1,30,75±0,030,76±0,030,76±0,03Установлено, что увеличение исходной концентрации глюкозы от 50 до 70 г/лприводит к повышению итоговой концентрации ЯК в среде в 1,4 раза, продуктивностипроцесса по ЯК и, соответственно, продуктивности ИБК в 1,1 раза.
Дальнейшее увеличениеконцентрации глюкозы до 100 г/л не приводит к повышению эффективности процесса.Таким образом, концентрация глюкозы 70 г/л была выбрана в качестве оптимальной длянакопления ЯК иммобилизованными клетками бактерий A. succinogenes, взятыми вконцентрации 3,0 г сух. в-в/л (концентрация ИБК 20 г сух. в-в/л).Была исследована возможность многократного использования разработанного ИБК впроцессах трансформации глюкозы в ЯК (Рисунок 36, Таблица 25).Из представленных данных (Рисунок 36) следует, что в периодическом режимефункционирования ИБК во 2-ом цикле продуктивность процесса по ЯК и продуктивностьИБК увеличиваются на 18%, при этом на 6 ч снижается длительность процесса (с 44 ч до38ч).
Это, вероятно, связано с тем, что в 1-ом цикле клеткам в иммобилизованном видетребуется время на адаптацию к новым условиям и на активацию метаболических процессовпосле процедуры «замораживания-оттаивания». Начиная со 2-го цикла и далее параметрыпроцесса в целом не меняются. Разработанный ИБК на основе клеток бактерийA. succinogenes, включенных в криогель ПВС, способен длительно и эффективнофункционировать в процессах получения ЯК, в течение 15 циклов снижение егопродуктивности не превышало 5%. Период полуинактивации ИБК составил 1070 ч.123Рисунок 36 – Изменение концентрации ЯК в среде в процессе многократного использованияИБК на основе клеток бактерий A. succinogenes (СИБК=20 г сух.
в-в/л). Каждая «точка»соответствует максимальному уровню накопления ЯК в конце каждого периодическогоцикла. На «врезке» представлена кинетика потребления глюкозы (●) и накопления в средеЯК (■) в 2-х циклах использования ИБК на основе клеток бактерий A. succinogenes (СИБК = 20г сух. в-в/л) при исходной концентрации глюкозы в среде СГЛ0=70 г/л.
Пунктирнымилиниями на «врезке» отмечено время замены культуральной жидкости в реакторе на свежуюпитательную средуТаблица 25 – Характеристики процесса получения ЯК из глюкозы под действием ИБК наоснове клеток бактерий A. succinogenes (СИБК = 20 г сух. в-в/л) в периодическом режимеНомер цикла1Длительность цикла, чМаксимальная концентрация ЯКСЯК макс, г/лПродуктивность процесса по ЯКQЯК, г/л/чПродуктивность ИБКПИБК, г ЯК/ч/кг ИБКПотребление глюкозыΔ СГЛ, %Степень конверсии потребленнойглюкозы в ЯКYЯК/ГЛ442153851,3±1,952,3±2,150,2±1,81,17±0,041,38±0,051,32±0,0558,5±2,269,0±2,666,0±2,396,4±0,997,0±1,194,4±2,10,76±0,030,77±0,030,76±0,03124Из полученных результатов следует, что для более точной оценки эффективностифункционирования ИБК в биотехнологическом процессе получения ЯК следует приниматьво внимание характеристики 2-го цикла, но не 1-го.Таким образом, показана возможность и оптимизированы условия проведенияпериодическогобиотехнологическогопроцессаполученияЯКизглюкозыприиспользовании разработанного ИБК на основе иммобилизованных в криогель ПВС клетокбактерий A.
succinogenes: СГЛ0=70 г/л, СИБК=20 г сух. в-в/л (СБМ0 = 3 г сух. в-в/л),длительность цикла - 38ч, продуктивность процесса по ЯК QЯК = 1,38±0,05 г/л/ч, СЯК макс =52,3±2,1 г/л, YЯК/ГЛ = 0,77±0,03, период полуинактивации ИБК – 1070 ч.При сравнении процессов получения ЯК из глюкозы при использовании свободных(см.
п. 3.3.2.1) и иммобилизованных клеток можно утверждать, что использование ИБК(учтены показатели 2-го цикла) значительно более эффективно. При этом обеспечиваетсяувеличение показателя длительности возможного эффективного использования продуцента –в 19 раз, продуктивности процесса – в 1,2 раза, максимальной концентрации ЯК за 1 цикл – в1,4 раза.Получение ЯК с использованием разработанного ИБК по сравнению с известнымибиотехнологическими процессами получения ЯК из глюкозы на основе как свободных, так ииммобилизованных клеток (Таблица 6), обеспечивает одну из самых высоких степенейконверсии глюкозы в ЯК, длительность его эффективного функционирования в 3,5 и болеераз превышает лучшие из известных результатов, при этом при использовании одной и тойже иммобилизованной биомассы, входящей в состав ИБК, удается получать как минимум в3,5 раза большие количества ЯК.3.3.2.2.3 Трансформация ферментативных гидролизатов биомассы микроводорослейC.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
