Определение основных технологических параметров биосинтеза поверхностно-активных веществ Rhodococcus erythropolis ЕК-1 в лабораторном ферментере АК-210
Поверхностно-активные вещества(ПАВ) микробного происхождения благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам вызывают большой интерес у исследователей — микробиологов, биохимиков, биотехнологов. Несмотря на то, что поверхностно-активные вещества является относительно новым продуктом биотехнологии, они нашли широкое применение в процессах очистки окружающей среды, в нефтедобывающей, химической, пищевой промышленностях, а также в сельском хозяйстве. На кафедре биотехнологии микробного синтеза Национального университета пищевых технологий из загрязненных нефтью образцов грунта выделен штамм Rhodococcus erythropolis ЕК-1, который синтезирует поверхностно-активные вещества при росте на гидрофобных (гексадекан, жидкие парафины) и гидрофильных (глюкоза, этанол) субстратах.
При культивировании Rhodococcus erythropolis EК-1 в колбах установлено, что максимальное накопление поверхностно-активных веществ наблюдалось на среде с гексадекан за Кs системы 0,14 г О2 / л ч и наличие ионов железа и натрия в среде культивирования. Однако при масштабировании процесса (культивирование в ферментере АК-210) указанный способ получения поверхностно-активных веществ характеризовался слишком высокой продолжительности культивирования (более 110 часов) и небольшим количеством синтезированных поверхностно-активных веществ (условная концентрация не выше 0,5 -0,6). Учитывая полученные результаты, целью дальнейшей работы было изучение особенностей синтеза поверхностно-активных веществ Rhodococcus erythropolis ЕК-1 в лабораторном ферментере.
Известно, что уровень накопления поверхностно-активных веществ и длительность процесса биосинтеза зависят от физиологического состояния продуцента и концентрации инокулята. Так, использование посевного материала с середины экспоненциальной фазы роста позволило существенно активизировать синтез поверхностно-активных веществ, что подтверждалось высокими показателями условной концентрации поверхностно-активных веществ уже на 168 ч культивирования. Аналогичные показатели при использовании инокулята с ранней экспоненциальной или стационарной фазы роста, наблюдались лишь на 240 ч культивирования Rhodococcus erythropolis ЕК-1.
При исследовании влияния концентрации посевного материала установлено, что высокие показатели синтеза поверхностно-активных веществ наблюдались при внесении в среду 10% инокулята.
Установлено, что высокая начальная концентрация гексадекана (2%) ингибирует синтез биомассы и поверхностно-активных веществ при культивировании Rhodococcus erythropolis ЕК-1 в ферментере. Зато максимальный синтез поверхностно-активных веществ наблюдался при таком режиме подачи субстрата: начальная концентрация гексадекана в среде – 0,2-0,3% с последующим дробным внесением субстрата через 6-7 часов порциями по 0,3-0,4% до конечной концентрации 2,4%. Использование такого способа подачи субстрата дало возможность сократить в два раза продолжительность культивирования (с 110 до 50 ч) и повысить более чем в шесть раз (с 1,0 до 6,6) условную концентрацию поверхностно-активных веществ.
Показано, что оптимальной для синтеза поверхностно-активных веществ является температура 28°С. При такой температуре концентрация поверхностно-активных веществ достигала 6,6 г / л, ПАВ * — 6,9, а ПАВ-синтезирующая способность — 3,14 г ПАВ / г АСБ. Выращивание Rhodococcus erythropolis ЕК-1 при низких температурах приводило ингибирования процесса синтеза поверхностно-активных веществ.
Установлено, что поддержание рН среды на уровне 8,0 позволяет интенсифицировать синтез метаболитов с поверхностно-активными свойствами. При таком режиме культивирования концентрация поверхностно-активных веществ составила 7,15 г / л, ПАВ-синтезирующая способность — 3,4 г ПАВ / гАСБ, выход поверхностно-активных веществ от заданного субстрата достигал 50%. Вместе высокие эмульгирующие свойства культуральной жидкости (100%) были зафиксированы в процессе роста Rhodococcus erythropolis ЕК-1 при рН среды 7,0.
Источник: Визначення основних технологічних параметрів біосинтезу поверхнево-активних речовин Rhodococcus erythropolis ЕК-1 у лабораторному ферментаторі АК-210 / Ігнатенко С.В., Пирог Т.П. // Біотехнологія. Наука. Освіта. Практика: тези доповідей IV Міжнародної науково-практичної конференції (Дніпропетровськ, 11 – 13 листопада 2008 р.) – Дніпропетровськ, 2008. – С. 23.