Различные подходы к накоплению биомассы микроводорослей Chlorellavulgaris и к процессам её биокаталитической трансформации (1105654), страница 26
Текст из файла (страница 26)
necator В-8619, накопивших ПГА прикультивировании в отцентрифугированных ферментолизатах на основе биомассы C. vulgaris.Микроскоп Биомед (Россия) с насадкой БиомедЛюм206070112209 и цифровой камерой длямикроскопа Myscope 500M (увеличение в 100 раз)- для получения ПГА в составе биомассы штамма C. necator В-8619 эффективнымоказалось предварительное выращивание биомассы на азотсодержащей питательной среде споследующим ее переносом в среду, лимитированную по источнику азота, в качествекоторого наилучшим образом может использоваться мочевина в концентрации 4г/л;- оптимизированы условия накопления ПГА (СПГА = 7,76±0,21 г/л, QПГА = 405±12мг/л/ч) в составе биомассы клеток C. necator (СБМ0 = 5,0 г сух.
в-в/л) в течение 15 ч прикультивировании их в синтетической глюкозосодержащей питательной среде (СГЛ0 = 20 г/л);- впервые установлено, что перспективной основой сред для биотехнологическогополучения ПГА в составе биомассы клеток C. necator является ферментолизат биомассымикроводорослей;- оптимизированы условия получения ПГА (СПГА=6,91±0,20 г/л, QПГА=440±13 мг/л/ч)в составе биомассы клеток C.
necator (СБМ0 = 5,0 г сух. в-в/л) в течение 15 ч, прииспользовании ферментолизата биомассы микроводорослей C. vulgaris в качестве средыкультивирования (СВС0 = 24,10±0,85 г/л).Полученные результаты биотехнологического процесса накопления ПГА в клеткахC. necator в установленных условиях превосходят известные из литературы данные (Таблица8) по использованию разных гидролизатов и отходов производства для накопления ПГА в4,6-17,6 раза по показателю скорости процесса.1383.4Оценканаучно-практическогопотенциалаполученныхвданнойработерезультатовДополнительно в ходе данной работы было решено исследовать возможностьприменения разработанных способа иммобилизации клеток микроводорослей С.
vulgaris вотношении клеток других фототрофных микроорганизмов и разработанного ИБК на основеклеток бактерий A. succinogenes для получения ЯК из гидролизатов различноговозобновляемого сырья. Помимо этого несомненный интерес представляло собойисследование возможности утилизации биокатализаторов в виде иммобилизованных клетокмицелиальных грибов, использованных в процессах получения органических кислот изферментолизатов биомассы микроводорослей С. vulgaris. Результаты, полученные в этихисследованиях, представлены в данном разделе.3.4.1 Определение возможности и эффективности использования разработанногоспособа иммобилизации клеток микроводорослей С.
vulgaris в отношении клетокразличных фототрофных микроорганизмовПоказано, что разработанный ранее (см. п. 3.1.2) способ иммобилизации клетокмикроводорослей C. vulgaris может успешно применяться с целью их криоконсервации длядлительного хранения (в течение 1,5 лет) практически без снижения уровня ихжизнеспособности (Таблица 30).Длявыясненияиммобилизациионбылпотенциальнойапробировануниверсальноститакжедляразработанногоклетокдругихспособафототрофныхмикроорганизмов.
В Таблице 30 для каждого микроорганизма указаны подобранныеоптимальные условия проведения иммобилизации и жизнеспособность микроорганизмов врезультате криохранения в течение 1,5 лет.В Таблице 31 приведено сравнение разработанного способа иммобилизации ссуществующими аналогами, описанными в литературном обзоре [69, 70].Следует отметить, что в сравнении с аналогом [69], предполагающим проведениеиммобилизации клеток диатомовых микроводорослей Haslea ostrearia в Са-альгинатныйгель, пропитывание их раствором 0,7 М сахарозы, используемой в качестве криопротектора,замораживание при -80 °C и хранение в среде жидкого азота, а также в сравнении с аналогом[70], предполагающим первоначально иммобилизацию клеток цианобактерий Rivulariaaquatica, Gloeotrichia echinulata в Ca-альгинатный гель с последующим их замораживанием ихранением при -20 0С, существенным отличием разработанного способа иммобилизации икриоконсервации является проведение процесса замораживания в одну стадию с включением139клеток фототрофных микроорганизмов в криогель полимера, способного выполнять ролькриопротектора.Таблица 30 – Характеристики процесса иммобилизации клеток различных фототрофныхмикроорганизмов в криогель ПВС (-70°С)КонцентрацияКонцентрациябиомассыраствора ПВС,(по сух.
в-вам) виспользованного дляиммобилизованномиммобилизациипрепарате, %клеток, %Зеленые микроводорослиВид фототрофныхмикроорганизмовЖизнеспособность*после 1,5 летхранения, %C. vulgaris7,04,095 ± 3Dunaliella salina8,04,394 ± 4Nannochloropsis sp.7,53,893 ± 4Chlamydomonas sp.6,54,390 ± 3Chlorococcum sp.7,04,292 ± 3Cosmarium sp.8,03,794 ± 4Красные микроводорослиGaldieria partita8,04,191 ± 3Haematococcus pluvialis7,04,392 ± 3Диатомовые микроводорослиThalassiosira weissflogii8,74,095 ± 4Сине-зелёные микроводоросли (цианобактерии)Nostoc sp.6,54,091 ± 3Spirulina platensis6,03,890 ± 3Gloeotrichia echinulata8,53,793 ± 4* отношение скоростей накопления биомассы при использовании в качестве инокулятаобразца клеток до и после храненияТакой способ обеспечивает высокий уровень сохранения жизнеспособности клетокразных микроводорослей (в среднем 90÷95 %) как после размораживания клеток сразу послеих замораживания, так и после длительного их хранения в замороженном состоянии (втечение, как минимум, 1,5 лет).
Кроме того, поскольку ПВС, выполняющий функциикриопротектора, практически не подвержен микробному разложению, то снижаетсяопасность контаминации криоконсервируемого материала посторонними микроорганизмамии не требуется соблюдения столь строгих норм стерильности при подготовке и хранении140материала, как в случае использования Cа-альгинатного геля в качестве носителя.Таблица 31 – Сравнение основных характеристик различных способов иммобилизациифототрофных микроорганизмовВид фототрофныхмикроорганизмовВид иммобилизацииРежим замораживанияЦианобактерииRivularia aquatica,GloeotrichiaechinulataИммобилизация в Са-альгинатныйРазличныефототрофныемикроорганизмыДиатомовыемикроводорослиHaslea ostreariaИммобилизация вгельДвухстадийныйкриогель ПВСОдностадийныйОдностадийный-196-20-70Криопротектор0,7 М сахарозанетнетЖизнеспособность клеток77 (после 48 ч47-49 (после 1 гв образце, %криохранения)криохранения)[69][70]-800С / -1960СТемпература хранения, 0ССсылка90-95 (после 1,5 леткриоконсервации икриохранения)Данная работаРазработанный способ не требует использования специального низкотемпературногои термоизолирующего, как в случае с жидким азотом, оборудования для хранения образцовклеток при их криоконсервации, что позволяет хранить большие объемы замороженногоматериала.Впервыебылопоказано,чтопредложенныйспособиммобилизацииикриоконсервации пригоден для широкого спектра клеток фототрофных микроорганизмов –зеленых, сине-зеленых, красных и диатомовых микроводорослей (Таблица 30).
Следуетотметить, что полученные результаты могут иметь огромное практическое значение, вчастности, при создании и хранении коллекций указанных микроорганизмов.Таким образом, в результате проведенных исследований показано, что разработанныйновый способ иммобилизации, заключающийся в иммобилизации клеток путем ихвключения в криогель ПВС, универсален и может успешно применяться для широкогоспектраклетокфототрофныхмикроорганизмов.Одноизосновныхпреимуществразработанного способа заключается в том, что он обеспечивает длительный срок храненияклеток (не менее 1,5 лет) при сохранении их жизнеспособности на 90-95%.Полученные результаты являются абсолютно конкурентоспособными по сравнению с141аналогами, имеют высокую научную и практическую значимость и могут быть использованыдля хранения большого количества биоматериала, а также при разработке технологииочистки сточных вод, альтернативной традиционно используемой на основе активного ила.Результаты, изложенные в этом разделе работы, послужили основой для полученияПатента РФ на изобретение № 2508397 «Способ криоконсервации клеток фототрофныхмикроорганизмов»,которыйподтвердилоригинальность,новизнуипреимуществаразработанного подхода к получению иммобилизованных форм клеток различныхмикроводорослей.3.4.2 Трансформация различного возобновляемого углеродсодержащего сырья в ЯК поддействием ИБК, разработанного на основе иммобилизованных клеток бактерийA.
succinogenesБылорешеноисследоватьвозможностьуниверсальногоиспользованияразработанного ИБК на основе клеток бактерий A. succinogenes для получения ЯК изгидролизатов различного возобновляемого сырья. В результате исследований впервые былапоказана принципиальная возможность эффективной биотрансформации в ЯК гидролизатовбиомассы различных видов фототрофных микроорганизмов, а также макроводорослей иразличных образцов ЦСО под действием разработанного ИБК (Таблица 32).Информации относительно получения ЯК из возобновляемого сырья под действиемиммобилизованных клеток бактерий A. succinogenes в литературе не найдено.
Сравнениеполученных результатов с известными из литературы данными по получению ЯК изгидролизатованалогичногосырьясиспользованиемсвободныхклетокбактерийA. succinogenes (Таблица 6) позволяет заключить, что использование разработанного ИБКдля конверсии гидролизатов пшеничной соломы в ЯК обеспечивает увеличение показателяСЯКмакс в 1,8 раз, показателя QЯК – в 2,7 раз.Иммобилизацияклетокобеспечиваетвозможностьзначительногоувеличениядлительности эффективного использования одной и той же биомассы: для процессовконверсии гидролизатов пшеничной соломы - в 12,5 раз ([146], Таблица 6), для процессовконверсии гидролизатов багассы – в 25 раз ([150], Таблица 6), при этом достигаетсяувеличение показателя суммарного количества ЯК, которое можно получить прииспользовании 1 г сух.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
