Получение экзополисахаридов на основе ксантана при совместном культивировании бактерий родов Xanthomonas Сampestris и Вacillus Amyloliquefacience.
|
ВВЕДЕНИЕ 15
Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 18
1.1 Экзополисахариды. Классификация экзополисахаридов 18
1.2 Экзополисахарид ксантан 20
1.2.1 Применение ксантана в пищевой, фармацевтической и
косметической промышленности
22
1.3 Методы получения экзополисахаридов 24
1.4 Характеристика бактерий рода Xanthomonas Сampestris 25
1.4.1 Биохимические свойства штамма Xanthomonas Campetris 26
1.5 Характеристика бактерий рода Вacillus Amyloliquefaciencе 27
1.5.1 Биохимические свойства бактерий Вacillus Amyloliquefaciencе 28
1.6 Факторы, влияющие на выход при микробиологическом синтезе
экзополисахаридов
28
1.7 Методы установления структуры экзополисахаридов 30
Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 32
2.1. Объекты и методы исследования 33
2.2 Приготовление питательных сред 34
2.2.1 Мясо-пептонный агар (МПА) 34
2.2.2 Накопительная среда для культивирования Xanthomonas
Сampestris (Среда №1)
34
2.2.3 Питательная среда Мозера – Рогоза - Шарпа (МРС) 34
2.3 Методики проведения эксперимента 35
2.3.1 Методика микробиологического синтеза экзополисахаридов с
использованием в качестве продуцентов бактерии Вacillus
Amyloliquefacience
35
2.3.2 Методика микробиологического синтеза экзополисахаридов с
использованием в качестве продуцента бактерии рода Xanthomonas
Сampestris
364
2.3.3 Методика микробиологического синтеза экзополисахаридов с
использованием в качестве продуцентов бактерии рода Xanthomonas
Сampestris и Вacillus Amyloliquefacience
37
2.4 Методика выделения экзополисахаридов 38
2.5 Методика исследования полисахаридов методом ИК –
спектроскопии
41
2.6 Методика определения мономерного состава во фракциях кислых
полисахаридов
42
2.7 Методика определения глюкозы в исследуемых образцах 43
Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 45
3.1Подбор оптимальных условий биосинтеза экзополисахаридов 45
3.1.1. Биосинтез экзополисахаридов бактериями Xanthomonas
Сampestris
46
3.1.2 Биосинтез экзополисахаридов бактериями Вacillus
Amyloliquefacience
47
3.1.3 Биосинтез экзополисахаридов бактериями Вacillus
Amyloliquefacience и Xanthomonas Сampestris
49
3.2 Исследование бактерицидной активности Вacillus
Amyloliquefacience
51
3.3 Исследование физико-химических свойств экзополисахаридов 52
3.3.1 Установление структуры экзополисахаридов методом ИК –
спектроскопии
52
3.3.2 Определение глюкозы в исследуемых образцах 63
3.3.3 Определение мономерного состава и молекулярной массы в
полученных образцах экзополисахаридов
64
Глава 4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ,
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
70
4.1 Введение 705
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 71
4.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения
71
4.3 SWOT-анализ 72
4.4 Планирование научно-исследовательских работ 75
4.4.1 Структура работ в рамках научного исследования 75
4.5 Определение трудоемкости выполнения работ 77
4.6 Разработка графика проведения научного исследования 80
4.6.1 Контрольные события проекта 80
4.7 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 82
4.7.1 Затраты на сырье и материалы 82
4.7.2 Расчет затрат на оборудование для научно-экспериментальных
работ
83
4.7.3 Расчет основной заработной платы 84
4.8 Оценка сравнительной эффективности исследования 87
4.8.1 Интегральный показатель эффективности разработки и аналога 89
Глава 5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСВЕННОСТЬ 90
5.1 Оценка условий производственной среды 93
5.1.1 Защита от опасных и вредных факторов 93
5.1.2 Уровень шума и вибрации 96
5.1.3 Защита от заражения биологическими агентами 96
5.1.4 Защита от воздействия электромагнитного излучения и
электростатических полей
98
5.1.5 Защита от воздействия ультрафиолетового излучения 99
5.1.6 Освещенность рабочих мест 99
5.1.7 Электробезопасность 101
5.1.8 Пожарная безопасность 102
5.2 Требования к рабочим помещениям 103
5.2.1 Требования к микроклимату рабочих помещений 105
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 1056
ВЫВОДЫ 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 109
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 110
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 111
Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 18
1.1 Экзополисахариды. Классификация экзополисахаридов 18
1.2 Экзополисахарид ксантан 20
1.2.1 Применение ксантана в пищевой, фармацевтической и
косметической промышленности
22
1.3 Методы получения экзополисахаридов 24
1.4 Характеристика бактерий рода Xanthomonas Сampestris 25
1.4.1 Биохимические свойства штамма Xanthomonas Campetris 26
1.5 Характеристика бактерий рода Вacillus Amyloliquefaciencе 27
1.5.1 Биохимические свойства бактерий Вacillus Amyloliquefaciencе 28
1.6 Факторы, влияющие на выход при микробиологическом синтезе
экзополисахаридов
28
1.7 Методы установления структуры экзополисахаридов 30
Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 32
2.1. Объекты и методы исследования 33
2.2 Приготовление питательных сред 34
2.2.1 Мясо-пептонный агар (МПА) 34
2.2.2 Накопительная среда для культивирования Xanthomonas
Сampestris (Среда №1)
34
2.2.3 Питательная среда Мозера – Рогоза - Шарпа (МРС) 34
2.3 Методики проведения эксперимента 35
2.3.1 Методика микробиологического синтеза экзополисахаридов с
использованием в качестве продуцентов бактерии Вacillus
Amyloliquefacience
35
2.3.2 Методика микробиологического синтеза экзополисахаридов с
использованием в качестве продуцента бактерии рода Xanthomonas
Сampestris
364
2.3.3 Методика микробиологического синтеза экзополисахаридов с
использованием в качестве продуцентов бактерии рода Xanthomonas
Сampestris и Вacillus Amyloliquefacience
37
2.4 Методика выделения экзополисахаридов 38
2.5 Методика исследования полисахаридов методом ИК –
спектроскопии
41
2.6 Методика определения мономерного состава во фракциях кислых
полисахаридов
42
2.7 Методика определения глюкозы в исследуемых образцах 43
Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 45
3.1Подбор оптимальных условий биосинтеза экзополисахаридов 45
3.1.1. Биосинтез экзополисахаридов бактериями Xanthomonas
Сampestris
46
3.1.2 Биосинтез экзополисахаридов бактериями Вacillus
Amyloliquefacience
47
3.1.3 Биосинтез экзополисахаридов бактериями Вacillus
Amyloliquefacience и Xanthomonas Сampestris
49
3.2 Исследование бактерицидной активности Вacillus
Amyloliquefacience
51
3.3 Исследование физико-химических свойств экзополисахаридов 52
3.3.1 Установление структуры экзополисахаридов методом ИК –
спектроскопии
52
3.3.2 Определение глюкозы в исследуемых образцах 63
3.3.3 Определение мономерного состава и молекулярной массы в
полученных образцах экзополисахаридов
64
Глава 4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ,
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
70
4.1 Введение 705
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 71
4.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения
71
4.3 SWOT-анализ 72
4.4 Планирование научно-исследовательских работ 75
4.4.1 Структура работ в рамках научного исследования 75
4.5 Определение трудоемкости выполнения работ 77
4.6 Разработка графика проведения научного исследования 80
4.6.1 Контрольные события проекта 80
4.7 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 82
4.7.1 Затраты на сырье и материалы 82
4.7.2 Расчет затрат на оборудование для научно-экспериментальных
работ
83
4.7.3 Расчет основной заработной платы 84
4.8 Оценка сравнительной эффективности исследования 87
4.8.1 Интегральный показатель эффективности разработки и аналога 89
Глава 5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСВЕННОСТЬ 90
5.1 Оценка условий производственной среды 93
5.1.1 Защита от опасных и вредных факторов 93
5.1.2 Уровень шума и вибрации 96
5.1.3 Защита от заражения биологическими агентами 96
5.1.4 Защита от воздействия электромагнитного излучения и
электростатических полей
98
5.1.5 Защита от воздействия ультрафиолетового излучения 99
5.1.6 Освещенность рабочих мест 99
5.1.7 Электробезопасность 101
5.1.8 Пожарная безопасность 102
5.2 Требования к рабочим помещениям 103
5.2.1 Требования к микроклимату рабочих помещений 105
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 1056
ВЫВОДЫ 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 109
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 110
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 111
Объект исследования: микробный экзополисахарид бактерий родов
Xanthomonas Сampestris и Вacillus Amyloliquefaciencе.
Цель работы: Получение экзополисахаридов на основе ксантана при
совместном культивировании бактерий родов Xanthomonas Сampestris и
Вacillus Amyloliquefacience.
В ходе исследовательской работы проводился подбор оптимальных
условий микробиологического синтеза экзополисахаридов бактериями
Xanthomonas Сampestris, Вacillus Amyloliquefaciencе и при их совместном
культивировании.
В результате исследования впервые синтезированы экзополисахариды
при совместном культивировании бактерий Xanthomonas Сampestris и
Вacillus Amyloliquefacience. Полученные полисахариды охарактеризованы
методами: эксклюзионной хроматографии, ИК- и УФ-спектроскопией.
Мономерный состав показал, что все образцы являются однородными.
Установлено, что все полученные экзополисахариды содержат глюкозу.
ИК-спектры синтезированных ЭПС имеют фрагменты стандартного
ксантана.
Область применения: косметология, пищевая промышленность,
медицина.
Бакалаврская работа выполнена на кафедре ФАХ, ИПР.
Руководитель: к.х.н., доцент А.П. Асташкина.
Выполнил: студент группы 2Д2Г Л.И. Худякова.
ВВЕДЕНИЕ
Полисахариды являются значимыми компонентами клеток
микроорганизмов. Большинство физиологических, биохимических и
иммунохимических особенностей полисахаридов определяются их
распределением в клетке: наружная и цитоплазматическая мембрана,
цитоплазма, выделение в виде внеклеточных слизей в окружающую среду
(экзополисахариды) [1,2]. Экзополисахариды (ЭПС) выполняют ряд важных
биологических функций: резервную, защитную и др. Сегодня
экзополисахариды широко применяются в косметологии, медицине, пищевой
промышленности и др., благодаря своим уникальным свойствам –
эмульгирования, студнеобразования, загущения, влагоудержания и
стабилизации [3]. В России наиболее часто применяются полисахариды
растительного происхождения – агар, крахмал, пектин. Индустриальные
потребности в биополимерах данного класса значительно возрастают.
Полисахариды микробного происхождения имеют ряд преимуществ
(простота, климатическая независимость, экономичность производства и
регулирование свойств) и занимают лидирующие позиции. В связи с этим, во
многих индустриально развитых странах производству полисахаридов
микробного происхождения, а среди них и бактериальным, уделяют очень
большое внимание. При получении экзополисахаридов используют разные
способы, как традиционные, так и принципиально новые. Сфера применения
полисахаридов определяется с учетом их свойств, как функциональных –
создавать высоковязкие растворы, способность растворяться в воде, гели,
студни, так и биологических. На сегодняшний день получение и применение
бактериальных полисахаридов широко развито за рубежом, выпускаются
такие полисахариды как ксантан, курдлан, геллан и другие.
В нашей стране различные отрасли индустрии нуждаются в
полисахаридах и их в большом количестве закупают в таких странах, как
Великобритания, Франция, Китай и США. Таким образом, изучение8
экзополисахаридов бактериального происхождения и разработка их
получения безусловно имеет важное научное и практическое значение.
Для получения ЭПС используют бактерии родов Lactobacillus,
Lactococcus, Leuconostoc, Strepyococcus, Bifidobacterium, Xanthomonas и др.
[4-6]. В литературе наиболее подробно исследованы бактерии рода
Xanthomonas для синтеза ЭПС [4]. Однако исследования по синтезу ЭПС при
совместном культивировании бактерий рода Xanthomonas Сampestris с
другими бактериями отсутствуют и являются актуальными.
Целью работы являлось получение и выделение экзополисахаридов при
совместном культивировании бактерий родов Xanthomonas Сampestris и
Вacillus Amyloliquefacience. Для достижения цели необходимо было решить
поставленные задачи:
1.Выбрать оптимальные условия для микробиологического синтеза
экзополисахаридов (питательная среда, источник углерода, рН).
2.Провести микробиологический синтез экзополисахаридов с
использованием в качестве продуцентов бактерии Xanthomonas Сampestris и
Вacillus Amyloliquefacience.
3.Исследовать физико-химические свойства полученных
экзополисахаридов.
Научная новизна:
Выбраны оптимальные условия для микробиологического синтеза
экзополисахаридов при совместном культивировании бактерий родов
Xanthomonas Сampestris и Вacillus Amyloliquefaciencе.
Практическая значимость:
Экзополисахариды применяются в медицине (пероральные препараты и
препараты местного действия), пищевой промышленности (в качестве
наполнителей, загустителей, приготовления диетических продуктов),
косметологии (солнцезащитные крема, лосьоны, гели, шампуни), сельском
хозяйстве (удобрения, взвешенные кормовые добавки), нефтедобывающей
промышленности (приготовления буровых растворов и повышение9
нефтеоотдачи пластов) и др. Необходимо отметить, что такие широкие
перспективы использования внеклеточных микробных полисахаридов
определяются не только большим разнообразием их физико-химических
свойств, но и многообразием возможных форм их применения: порошок,
волокно, пленка, гранулы, высоковязкие растворы. Полученный
полисахарид по своим физико-химическим свойствам может найти
применение в медицине и фармацевтической промышленности, при
изготовлении мягких лекарственных форм.
Xanthomonas Сampestris и Вacillus Amyloliquefaciencе.
Цель работы: Получение экзополисахаридов на основе ксантана при
совместном культивировании бактерий родов Xanthomonas Сampestris и
Вacillus Amyloliquefacience.
В ходе исследовательской работы проводился подбор оптимальных
условий микробиологического синтеза экзополисахаридов бактериями
Xanthomonas Сampestris, Вacillus Amyloliquefaciencе и при их совместном
культивировании.
В результате исследования впервые синтезированы экзополисахариды
при совместном культивировании бактерий Xanthomonas Сampestris и
Вacillus Amyloliquefacience. Полученные полисахариды охарактеризованы
методами: эксклюзионной хроматографии, ИК- и УФ-спектроскопией.
Мономерный состав показал, что все образцы являются однородными.
Установлено, что все полученные экзополисахариды содержат глюкозу.
ИК-спектры синтезированных ЭПС имеют фрагменты стандартного
ксантана.
Область применения: косметология, пищевая промышленность,
медицина.
Бакалаврская работа выполнена на кафедре ФАХ, ИПР.
Руководитель: к.х.н., доцент А.П. Асташкина.
Выполнил: студент группы 2Д2Г Л.И. Худякова.
ВВЕДЕНИЕ
Полисахариды являются значимыми компонентами клеток
микроорганизмов. Большинство физиологических, биохимических и
иммунохимических особенностей полисахаридов определяются их
распределением в клетке: наружная и цитоплазматическая мембрана,
цитоплазма, выделение в виде внеклеточных слизей в окружающую среду
(экзополисахариды) [1,2]. Экзополисахариды (ЭПС) выполняют ряд важных
биологических функций: резервную, защитную и др. Сегодня
экзополисахариды широко применяются в косметологии, медицине, пищевой
промышленности и др., благодаря своим уникальным свойствам –
эмульгирования, студнеобразования, загущения, влагоудержания и
стабилизации [3]. В России наиболее часто применяются полисахариды
растительного происхождения – агар, крахмал, пектин. Индустриальные
потребности в биополимерах данного класса значительно возрастают.
Полисахариды микробного происхождения имеют ряд преимуществ
(простота, климатическая независимость, экономичность производства и
регулирование свойств) и занимают лидирующие позиции. В связи с этим, во
многих индустриально развитых странах производству полисахаридов
микробного происхождения, а среди них и бактериальным, уделяют очень
большое внимание. При получении экзополисахаридов используют разные
способы, как традиционные, так и принципиально новые. Сфера применения
полисахаридов определяется с учетом их свойств, как функциональных –
создавать высоковязкие растворы, способность растворяться в воде, гели,
студни, так и биологических. На сегодняшний день получение и применение
бактериальных полисахаридов широко развито за рубежом, выпускаются
такие полисахариды как ксантан, курдлан, геллан и другие.
В нашей стране различные отрасли индустрии нуждаются в
полисахаридах и их в большом количестве закупают в таких странах, как
Великобритания, Франция, Китай и США. Таким образом, изучение8
экзополисахаридов бактериального происхождения и разработка их
получения безусловно имеет важное научное и практическое значение.
Для получения ЭПС используют бактерии родов Lactobacillus,
Lactococcus, Leuconostoc, Strepyococcus, Bifidobacterium, Xanthomonas и др.
[4-6]. В литературе наиболее подробно исследованы бактерии рода
Xanthomonas для синтеза ЭПС [4]. Однако исследования по синтезу ЭПС при
совместном культивировании бактерий рода Xanthomonas Сampestris с
другими бактериями отсутствуют и являются актуальными.
Целью работы являлось получение и выделение экзополисахаридов при
совместном культивировании бактерий родов Xanthomonas Сampestris и
Вacillus Amyloliquefacience. Для достижения цели необходимо было решить
поставленные задачи:
1.Выбрать оптимальные условия для микробиологического синтеза
экзополисахаридов (питательная среда, источник углерода, рН).
2.Провести микробиологический синтез экзополисахаридов с
использованием в качестве продуцентов бактерии Xanthomonas Сampestris и
Вacillus Amyloliquefacience.
3.Исследовать физико-химические свойства полученных
экзополисахаридов.
Научная новизна:
Выбраны оптимальные условия для микробиологического синтеза
экзополисахаридов при совместном культивировании бактерий родов
Xanthomonas Сampestris и Вacillus Amyloliquefaciencе.
Практическая значимость:
Экзополисахариды применяются в медицине (пероральные препараты и
препараты местного действия), пищевой промышленности (в качестве
наполнителей, загустителей, приготовления диетических продуктов),
косметологии (солнцезащитные крема, лосьоны, гели, шампуни), сельском
хозяйстве (удобрения, взвешенные кормовые добавки), нефтедобывающей
промышленности (приготовления буровых растворов и повышение9
нефтеоотдачи пластов) и др. Необходимо отметить, что такие широкие
перспективы использования внеклеточных микробных полисахаридов
определяются не только большим разнообразием их физико-химических
свойств, но и многообразием возможных форм их применения: порошок,
волокно, пленка, гранулы, высоковязкие растворы. Полученный
полисахарид по своим физико-химическим свойствам может найти
применение в медицине и фармацевтической промышленности, при
изготовлении мягких лекарственных форм.
В настоящее время получение и применение бактериальных
полисахаридов очень развито за рубежом, выпускаются такие полисахариды
как ксантан, геллан, курдлан и другие. Ксантан широко зарекомендовал себя,
как загуститель и стабилизатор на рынке фармацевтической, косметической
и пищевой промышленностях. В ходе литературного обзора, было
обнаружено, что изучение ксантана с каждым годом становится более
актуальным. Основными поставщиками ксантана в РФ являются Китай и
США. В силу этого, получение и изучение экзополисахаридов имеет важное
научное и практическое значение для нашей страны. В литературе подробно
описаны экзополисахариды на основе ксантана с использованием бактерий
Xanthomonas Сampestris. Однако, постоянно ведутся исследования по
биосинтезу ЭПС бактериями Xanthomonas Сampestris с другими бактериями
для получения новых экзополисахаридов.
В ходе выполнения научно – исследовательской работы был впервые
получен и выделен экзополисахарид на основе ксантана при совместном
культивировании Xanthomonas Сampestris и Вacillus Amyloliquefaciencе,
который может найти применение в ветеринарии, медицине, косметологии,
пищевой промышленности и др.
полисахаридов очень развито за рубежом, выпускаются такие полисахариды
как ксантан, геллан, курдлан и другие. Ксантан широко зарекомендовал себя,
как загуститель и стабилизатор на рынке фармацевтической, косметической
и пищевой промышленностях. В ходе литературного обзора, было
обнаружено, что изучение ксантана с каждым годом становится более
актуальным. Основными поставщиками ксантана в РФ являются Китай и
США. В силу этого, получение и изучение экзополисахаридов имеет важное
научное и практическое значение для нашей страны. В литературе подробно
описаны экзополисахариды на основе ксантана с использованием бактерий
Xanthomonas Сampestris. Однако, постоянно ведутся исследования по
биосинтезу ЭПС бактериями Xanthomonas Сampestris с другими бактериями
для получения новых экзополисахаридов.
В ходе выполнения научно – исследовательской работы был впервые
получен и выделен экзополисахарид на основе ксантана при совместном
культивировании Xanthomonas Сampestris и Вacillus Amyloliquefaciencе,
который может найти применение в ветеринарии, медицине, косметологии,
пищевой промышленности и др.