Біотехнологія поверхнево-активних речовин бактерій родів Gordonia і Rhodococcus
Ескіз недоступний
Дата
2012
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 03.00.20 – біотехнологія.
Дисертаційна робота присвячена розробці технології поверхнево-активних речовин штамів G. rubripertincta УКМ Ас-122 і R. ruber УКМ Ас-288 та перспективам їх практичного застосування.
Встановлено, що штам G. rubripertincta УКМ Ас-122 є активним продуцентом клітино-зв’язаних ПАР, які містять трегалозоліпіди, пептидоліпіди та нейтральні ліпіди, а також каротиноїди. Крім цього, даний штам синтезує біоемульгатор – екзополісахаридний комплекс. Показано, що ПАР штаму G. rubripertincta УКМ Ас-122 є малотоксичними за концентрацій 0,1-0,5 г/дм3 і сприяють підвищенню проникності клітинних мембран мікроорганізмів різних таксономічних груп.
Розроблено оптимальний склад поживних середовищ з допомогою математичного моделювання та оптимізовані умови культивування для синтезу ПАР та ЕПК штамом G. rubripertincta УКМ Ас-122. Вперше показано стимулювальний вплив аспарагінової кислоти на синтез гліколіпідних ПАР. Проведено оптимізацію екстракції ПАР штаму R. ruber УКМ Ас-288 із застосуванням лінійних багатопараметрових рівнянь.
Апробовано технологію біосинтезу ПАР та ЕПК штамом G. rubrіpertincta УКМ Ас-122 у ферментері з вихровою системою аерації, що дозволило одержати 10,0 г/дм3 клітино-зв’язаних ПАР та 9,2 г/дм3 ЕПК. Запропоновано технологічно-апаратурну схему одержання цих продуктів.
Визначено перспективи практичного застосування отриманих речовин як стимуляторів росту олійних рослин та для підвищення їх стійкості до нафтових забруднень, а також для створення комплексних біоцидних препаратів.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 03.00.20 - биотехнология. Диссертация посвящена разработке технологии поверхностно-активных веществ актинобактерий G. rubripertincta УКМ Ас-122 и R. ruber УКМ Ас-288, а также перспективам их практического использования. Установлено, что штамм G. rubripertincta УКМ Ас-122 является активным продуцентом клеточно-связанных ПАВ и каротиноидов. Кроме того, данный штамм синтезирует биоэмульгатор - экзополисахаридний комплекс (ЭПК). Проведена оптимизация состава питательной среды культивирования штамма G. rubripertincta УКМ Ас-122 по соотношению концентраций источников углерода (сахароза и гексадекан) и азота (мочевина) с использованием многофакторного регрессионного и дисперсионного анализа. По результатам математического моделирования разработан состав двух питательных сред - для синтеза ПАВ и ЭПК. Их применение позволило увеличить количество клеточно-связанных ПАВ на 86,7% (до 8,12 г/дм3), а ЭПК - в 4 раза (7,82 г/дм3) по сравнению с выращиванием штамма на неоптимизированной питательной среде. Впервые показано стимулирующее влияние аспарагиновой кислоты на синтез ПАВ и ЭПК актинобактериями. Разработаны условия культивирования штамма G.rubripertincta УКМ Ас-122 для синтезу ПАВ и ЭПК: рН 6,8-7,2; температура 28-30оС; коэффициент заполнения колбы - 0,2, скорость роторной качалки - 220 об./мин. Определено оптимальное количество посевного материала – 10 % (5×108 КОЕ/см3) и способ его получения – выращивание штамма на питательной среде с сахарозой в течение 48 часов. Проведена апробация технологии биосинтеза ПАВ и ЭПК штаммом G.rubripertincta УКМ Ас-122 в ферментере с вихревой системой аэрации, что позволило получить 10,0 г/дм3 клеточно-связанных ПАВ и 9,2 г/дм3 ЕПК. Установлено, что в состав ПАВ штамма G. rubripertincta УКМ Ас-122 входят трегалозолипиды, пептидолипиды, нейтральные липиды, а также каротиноиды. Поверхностное натяжение раствора ПАВ составляет 33,2 мН/м. Показано, что ЭПК является эффективным эмульгатором для ряда гидрофобных соединений, в его состав входит полисахарид, состоящий из двух компонентов (50 и 73 кДа), а также липиды и белки. Полученные продукты являются термостабильными. Показано, что ПАВ штамма G. rubripertincta УКМ Ас-122 являются малотоксичными в диапазоне концентраций 0,1-0,5 г/дм3. Полученные ПАВ способствуют увеличению проницаемости клеточных мембран микроорганизмов разных таксономических групп. Разработан также оптимальный состав питательной среды (источники углерода и азота) для синтеза клеточно-связанных ПАВ культурой R. ruber УКМ Ас-288. Определены оптимальные условия экстракции ПАВ - впервые показано, что их растворимость можно количественно связать со свойствами экстрагентов, применяя метод линейных многопараметровых уравнений. Эффективность экстракции ПАВ определялась способностью растворителей к неспецифической сольватации, зависящей от их полярности и мольных объемов, и увеличивалась с ростом молекулярной массы. На основе разработанной технологии биосинтеза ПАВ и ЭПК штаммом G.rubripertincta УКМ Ас-122 предложена технологическая и аппаратурно-технологическая схемы получения этих продуктов. Особенностью данной технологии является использование ферментера с вихревой системой аэрации. Такая конструкция ферментера эффективна для малотоннажного производства: коэффициент массопереноса по кислороду в 4-5 раз выше, чем при барботажной аэрации, что способствует уменьшению расхода кислорода для обеспечения необходимого уровня аэрации и соответственно - снижению затрат энергии. Показана перспективность использования полученных продуктов в растениеводстве, а также при создании комплексных антимикробных препаратов. Так, установлено их стимулирующее влияние на биометрические показатели проростков ряда растений: при обработке семян растворами ПАВ и ЭПК (0,05-0,1 г/дм3) длина корней увеличивалась на 9,2-51,1%, длина проростков – на 2,7-24,0% в зависимости от вида растений. Обработка семян редьки масличной и сурепки растворами ПАВ и ЭПК способствовала повышению стойкости растений при выращивании на загрязненной нефтью среде. Установлена возможность увеличения активности биоцидного препарата этилтиосульфанилата при его совместном использовании с ПАВ штамма G. rubripertincta УКМ Ас-122.
Thesis for the scientific degree of candidate of technical sciences in specialty 03.00.20 – biotechnology. The thesis is devoted to the development of the technology of G. rubripertincta UKM Ac-122 and R. ruber UKM Ac-288 surfactants as well as the prospects of their practical use. It was established that the G. rubripertincta UKM Ac-122 strain is an active producer of cell-bound surfactants containing trehaloselipids, peptidelipids, neutral lipids, and carotenoids. In addition, this strain synthesizes bioemulsifier – exopolysaccharide complex. It was shown that G. rubripertincta UKM Ac-122 surfactants were low toxic at the concentrations in the range 0.1-0.5 g/dm3 and contributed to the increase in the permeability of cell membranes of microorganisms belonging to different taxonomic groups. The optimum composition of growth media with the help of mathematical modeling as well as the optimized cultivation conditions for the synthesis of surfactants and EPS by strain G. rubripertincta UKM Ac-122 was developed. The stimulating effect of aspartic acid on the synthesis of glycolipids was shown for the first time. The optimization of extraction of surface-active products from culture R. ruber UKM Ac-288 was carried out using the multiparameteric linear equations. The technology of biosynthesis of surfactants and the EPS by strain G.rubripertincta UKM Ac-122 in fermenter with vortex system of aeration was developed, thus allowed obtaining 10.0 g/dm3 of cell-bound surfactants and 9.2 g/dm3 of EPS. The technology-apparatus scheme for production of these products was proposed. The perspective of the obtained surface-active products for the practical application as growth promoters of oil plants and for the increase of their resistance to petroleum contamination, as well as for creation of complex biocidal products was shown.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 03.00.20 - биотехнология. Диссертация посвящена разработке технологии поверхностно-активных веществ актинобактерий G. rubripertincta УКМ Ас-122 и R. ruber УКМ Ас-288, а также перспективам их практического использования. Установлено, что штамм G. rubripertincta УКМ Ас-122 является активным продуцентом клеточно-связанных ПАВ и каротиноидов. Кроме того, данный штамм синтезирует биоэмульгатор - экзополисахаридний комплекс (ЭПК). Проведена оптимизация состава питательной среды культивирования штамма G. rubripertincta УКМ Ас-122 по соотношению концентраций источников углерода (сахароза и гексадекан) и азота (мочевина) с использованием многофакторного регрессионного и дисперсионного анализа. По результатам математического моделирования разработан состав двух питательных сред - для синтеза ПАВ и ЭПК. Их применение позволило увеличить количество клеточно-связанных ПАВ на 86,7% (до 8,12 г/дм3), а ЭПК - в 4 раза (7,82 г/дм3) по сравнению с выращиванием штамма на неоптимизированной питательной среде. Впервые показано стимулирующее влияние аспарагиновой кислоты на синтез ПАВ и ЭПК актинобактериями. Разработаны условия культивирования штамма G.rubripertincta УКМ Ас-122 для синтезу ПАВ и ЭПК: рН 6,8-7,2; температура 28-30оС; коэффициент заполнения колбы - 0,2, скорость роторной качалки - 220 об./мин. Определено оптимальное количество посевного материала – 10 % (5×108 КОЕ/см3) и способ его получения – выращивание штамма на питательной среде с сахарозой в течение 48 часов. Проведена апробация технологии биосинтеза ПАВ и ЭПК штаммом G.rubripertincta УКМ Ас-122 в ферментере с вихревой системой аэрации, что позволило получить 10,0 г/дм3 клеточно-связанных ПАВ и 9,2 г/дм3 ЕПК. Установлено, что в состав ПАВ штамма G. rubripertincta УКМ Ас-122 входят трегалозолипиды, пептидолипиды, нейтральные липиды, а также каротиноиды. Поверхностное натяжение раствора ПАВ составляет 33,2 мН/м. Показано, что ЭПК является эффективным эмульгатором для ряда гидрофобных соединений, в его состав входит полисахарид, состоящий из двух компонентов (50 и 73 кДа), а также липиды и белки. Полученные продукты являются термостабильными. Показано, что ПАВ штамма G. rubripertincta УКМ Ас-122 являются малотоксичными в диапазоне концентраций 0,1-0,5 г/дм3. Полученные ПАВ способствуют увеличению проницаемости клеточных мембран микроорганизмов разных таксономических групп. Разработан также оптимальный состав питательной среды (источники углерода и азота) для синтеза клеточно-связанных ПАВ культурой R. ruber УКМ Ас-288. Определены оптимальные условия экстракции ПАВ - впервые показано, что их растворимость можно количественно связать со свойствами экстрагентов, применяя метод линейных многопараметровых уравнений. Эффективность экстракции ПАВ определялась способностью растворителей к неспецифической сольватации, зависящей от их полярности и мольных объемов, и увеличивалась с ростом молекулярной массы. На основе разработанной технологии биосинтеза ПАВ и ЭПК штаммом G.rubripertincta УКМ Ас-122 предложена технологическая и аппаратурно-технологическая схемы получения этих продуктов. Особенностью данной технологии является использование ферментера с вихревой системой аэрации. Такая конструкция ферментера эффективна для малотоннажного производства: коэффициент массопереноса по кислороду в 4-5 раз выше, чем при барботажной аэрации, что способствует уменьшению расхода кислорода для обеспечения необходимого уровня аэрации и соответственно - снижению затрат энергии. Показана перспективность использования полученных продуктов в растениеводстве, а также при создании комплексных антимикробных препаратов. Так, установлено их стимулирующее влияние на биометрические показатели проростков ряда растений: при обработке семян растворами ПАВ и ЭПК (0,05-0,1 г/дм3) длина корней увеличивалась на 9,2-51,1%, длина проростков – на 2,7-24,0% в зависимости от вида растений. Обработка семян редьки масличной и сурепки растворами ПАВ и ЭПК способствовала повышению стойкости растений при выращивании на загрязненной нефтью среде. Установлена возможность увеличения активности биоцидного препарата этилтиосульфанилата при его совместном использовании с ПАВ штамма G. rubripertincta УКМ Ас-122.
Thesis for the scientific degree of candidate of technical sciences in specialty 03.00.20 – biotechnology. The thesis is devoted to the development of the technology of G. rubripertincta UKM Ac-122 and R. ruber UKM Ac-288 surfactants as well as the prospects of their practical use. It was established that the G. rubripertincta UKM Ac-122 strain is an active producer of cell-bound surfactants containing trehaloselipids, peptidelipids, neutral lipids, and carotenoids. In addition, this strain synthesizes bioemulsifier – exopolysaccharide complex. It was shown that G. rubripertincta UKM Ac-122 surfactants were low toxic at the concentrations in the range 0.1-0.5 g/dm3 and contributed to the increase in the permeability of cell membranes of microorganisms belonging to different taxonomic groups. The optimum composition of growth media with the help of mathematical modeling as well as the optimized cultivation conditions for the synthesis of surfactants and EPS by strain G. rubripertincta UKM Ac-122 was developed. The stimulating effect of aspartic acid on the synthesis of glycolipids was shown for the first time. The optimization of extraction of surface-active products from culture R. ruber UKM Ac-288 was carried out using the multiparameteric linear equations. The technology of biosynthesis of surfactants and the EPS by strain G.rubripertincta UKM Ac-122 in fermenter with vortex system of aeration was developed, thus allowed obtaining 10.0 g/dm3 of cell-bound surfactants and 9.2 g/dm3 of EPS. The technology-apparatus scheme for production of these products was proposed. The perspective of the obtained surface-active products for the practical application as growth promoters of oil plants and for the increase of their resistance to petroleum contamination, as well as for creation of complex biocidal products was shown.