Различные подходы к накоплению биомассы микроводорослей Chlorellavulgaris и к процессам её биокаталитической трансформации (1105654), страница 24
Текст из файла (страница 24)
vulgaris в ЯК под действием ИБК на основе клеток бактерий A. succinogenes,включенных в криогель ПВСБыла исследована возможность конверсии ферментативных гидролизатов биомассымикроводорослей C. vulgaris в ЯК под действием разработанного ИБК.Для конверсии в ЯК использовался полученный согласно оптимизированным ранееусловиямферментативныйгидролизатмеханическидезинтегрированнойбиомассыC.
vulgaris (см.п.3.2.2). Концентрация ВС в ферментолизатах варьировалась в диапазоне от24,1 до 45,2 г/л благодаря тому, что ферментативному гидролизу подвергалась биомассаC. vulgaris в концентрации 50÷100 г сух. в-в/л. Процесс проводился в анаэробных условияхпри 370С при концентрации иммобилизованных клеток A. succinogenes 3,0 г сух. в-в/л125(СИБК=20 г сух. в-в/л), значение рН в гидролизате устанавливалось на уровне 6,8±0,2 прииспользовании 2 М раствора Na2CO3 и поддерживался на этом уровне введением в средуMgCO3 (Рисунок 37, Таблица 26).Рисунок 37 – Кинетика потребления ВС (черные символы) и накопления в среде ЯК (белыесимволы) в процессе конверсии ВС, содержащихся в ферментолизатах биомассы C.
vulgarisпод действием разработанного ИБК на основе клеток бактерий A. succinogenes, включенныхв криогель ПВС (СИБК=20 г сух. в-в/л), при различной исходной концентрации ВС,полученных при ферментативном гидролизе биомассы C. vulgaris, СБМ0: 50 (■, □), 70 (♦, ◊),100 (●, ○) г сух. в-в/лКак видно из полученных результатов (Рисунок 37, Таблица 26), увеличение исходнойконцентрации ВС в среде от 24,1 до 45,2 г/л способствовало повышению продуктивностиИБК и эффективности процесса получения ЯК по показателям скорости (продуктивности)накопления ЯК и степени конверсии ВС в ЯК.
Наилучший показатель максимальнойконцентрации ЯК был получен при исходной концентрации ВС СВС0=45,2±1,7 г/л, биомассыСБМ0 = 100 г сух. в-в/л, которая и была выбрана в качестве оптимальной для проведениядальнейших исследований.
Увеличение исходной концентрации ВС в среде было сочтенонецелесообразным в связи с наличием ограничений по эффективности предварительногопроцесса ферментативного гидролиза биомассы C. vulgaris, которую необходимо быловводить в реакцию ферментативного гидролиза в концентрации свыше 100 г сух. в-в/л (см. п.3.2.2).126Таблица 26 – Характеристики процесса получения ЯК из ВС, содержащихся вферментолизатах биомассы C.
vulgaris под действием разработанного ИБК на основе клетокбактерий A. succinogenes, включенных в криогель ПВС (СИБК=20 г сух. в-в/л), приварьировании исходной концентрации биомассы C. vulgaris, взятой для полученияферментолизатовИсходная концентрация биомассыC. vulgarisСБМ0, г сух. в-в/лИсходная концентрация ВС вферментолизатахСВС0, г/лИсходная концентрация глюкозыв ферментолизатахСГЛ0, г/л507010024,1±0,833,0±1,245,2±1,719,4±0,626,0±0,833,9±1,2128Номер циклаДлительность цикла, чМаксимальная концентрация ЯКСЯК макс, г/лПродуктивность процесса по ЯКQЯК, г/л/чПродуктивность ИБКПИБК, г ЯК/ч/кг ИБКПотребление глюкозыΔ СГЛ, %Потребление ВСΔ СВС, %Степень конверсии потребленныхВС в ЯК YЯК/ВССтепень конверсии всех углеводовбиомассы в ЯК YЯК/УГЛСтепень конверсии БМ в ЯКYЯК/БМСледуетотметить,биокаталитическойчто283034282814,3±0,620,1±0,828,1±1,129,5±1,728,0±1,30,51±0,02 0,67±0,03 0,83±0,04 1,05±0,06 1,00±0,0425,5±1,133,5±1,341,5±1,752,5±2,850,0±2,299,1±0,998,5±1,598,0±0,898,2±0,697,9±0,792,9±2,392,4±2,691,5±2,191,2±2,291,0±1,90,64±0,02 0,66±0,03 0,68±0,03 0,69±0,03 0,68±0,030,52±0,02 0,52±0,02 0,51±0,02 0,53±0,02 0,50±0,020,29±0,01 0,29±0,01 0,28±0,01 0,29±0,01 0,28±0,01максимальнаятрансформацииконцентрацияферментативныхЯК,полученнаягидролизатовприбиомассымикроводорослей C.
vulgaris при использовании ИБК на основе клеток A. succinogenes(Таблица 26) оказалась несколько ниже той, что была получена при функционированииразработанного ИБК в глюкозосодержащей питательной среде (Таблица 24), что, очевидно,связано с меньшей исходной концентрацией потребляемых сахаров в среде.Была исследована возможность многократного использования разработанного ИБК впроцессах трансформации ферментативных гидролизатов биомассы микроводорослейC. vulgaris в ЯК (Рисунок 38, Таблица 26).127Рисунок 38 – 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 ВС (●) и накопления в среде ЯК (■)в процессе 2-х циклов использования ИБК на основе клеток бактерий A.
succinogenes(СИБК=20 г сух. в-в/л) для получения МК из ферментативных гидролизатов биомассыC. vulgaris, полученных при исходной ее концентрации СБМ0=100 г сух. в-в/л. Пунктирнымилиниями на «врезке» отмечено время замены культуральной жидкости в реакторе на свежуюпитательную средуИз представленных данных (Рисунок 38, Таблица 26) следует, что первый циклкультивированиявферментолизатахбиомассыC.vulgarisтакже,какивглюкозосодержащей среде, был на 6 ч дольше последующих. Установлено, чторазработанный ИБК способен эффективно функционировать в процессе получения ЯК изгидролизатов биомассы микроводорослей C.
vulgaris в течение не менее 8 циклов (230 ч) беззначительных потерь продуктивности по ЯК (не более 5%). Период полуинактивации ИБКсоставил 594 ч.Таким образом, из полученных результатов следует, что:- иммобилизация клеток бактерий А. succinogenes в криогель ПВС, сформированныйпри использовании 13% раствора ПВС с ресуспендированной в нем биомассой клеток (2% помассе) является оригинальным методом получения ИБК, применение которого позволяетсущественно повысить эффективность биотехнологического процесса получения ЯК поосновным показателям;128-впервыепоказанавозможностьиоптимизированыусловияпроведенияпериодического биотехнологического процесса получения ЯК из ферментолизатов биомассымикроводорослей C.
vulgaris при использовании разработанного ИБК на основеиммобилизованных в криогель ПВС клеток бактерий A. succinogenes : СВС0=45,2±1,7 г/л,СИБК=20 г сух. в-в/л, длительность цикла - 28ч, продуктивность процесса по ЯК QЯК =1,05±0,06 г/л/ч, СЯКмакс= 29,5±1,7 г/л, YЯК/ВС = 0,69±0,03, период полуинактивации ИБКППИБК = 594ч.3.3.3 Использование ферментативных гидролизатов биомассы микроводорослейC.
vulgaris в качестве субстрата для накопления полигидроксиалканоатов бактериямиCupriavidus necator В-8619Полигидроксиалканоаты (ПГА) – перспективные, с точки зрения практическогоприменения, биоразлагаемые полимеры, которые клетки бактерий Cupriavidus necatorнакапливают в составе своей биомассы в качестве запасных веществ [200]. В связи сустановленнойвозможностьюиспользованиябиомассымикроводорослейвместотрадиционно применяемых ЦСС для получения коммерчески значимых продуктов на данномэтапе было проведено исследование возможности применения ферментативного гидролизатабиомассы микроводорослей C. vulgaris для синтеза ПГА бактериями C.
necator (в работеиспользовался штамм В-8619, полученный из ВКПМ).Из литературы известно, что в условиях “богатой” питательной среды, как правило,наблюдаетсяактивноеделениеклетокисинтезвосновномазотсодержащихбиоорганических веществ (белки, нуклеиновые кислоты) и только в незначительныхколичествах - резервных макромолекул (ПГА) [200]. Вследствие этого одновременноеполучение высоких выходов биомассы клеток и накопление в них высокой внутриклеточнойконцентрации полимера является проблематичным. На сегодняшний день продуктивнымпризнан способ синтеза ПГА, который подразумевает первоначальное накопление биомассыклеток продуцента с последующим ограничением их питания по азоту для накопления ПГА ввыросших клетках [201, 202].В связи с вышесказанным в первую очередь был проведен анализ кинетики ростаклеток выбранного для работы штамма C. necator В-8619 в синтетических питательныхсредах с разным источником азота с целью выбора наилучшей из них для эффективногороста клеток без активного накопления ПГА.
При проведении экспериментов наблюдалосьизменение концентрации биомассы клеток C. necator в среде и ПГА в их составе. Процессвелся аэробно при 280С в течение 48 ч с постоянным перемешиванием (180 об/мин). Для129поддержания рН среды 7,0±0,2 использовался 2 М раствор KOH (Рисунок 39, Таблица 27).АБРисунок 39 – Кинетика накопления биомассы клеток C.
necator (А) и ПГА в них (Б) прикультивировании в различных питательных средах: №1 (♦), №2 (■), №3 (▲), №4 (●).Составы сред указаны в сноске Таблицы 27Таблица 27 – Характеристики процесса культивирования клеток C. necator в различныхпитательных средахПитательнаясреда*Концентрациябиомассы,г сух. в-в/лКонцентрацияПГА, г/лВнутриклеточноесодержание ПГА,%Средняя скоростьнакоплениябиомассы,мг сух.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
