Введение 5
1. Обзор литературы 7
1.1 Характеристика полигидроксиалканоатов 7
1.2 Свойства ПГА 10
1.3 Биосинтез ПГА 11
1.4 Потенциальные источники углерода для синтеза ПГА 13
1.5 Меласса как источник углерода в промышленности 15
1.6 Предварительная обработка мелассы для использования в качестве С- субстрата 16
2. Материалы и методы 19
2.1 Объект исследования - Cupriavidus necator B-10646 19
2.2 Подготовка инокулята 19
2.3 Анализ проб 20
2.3.1 Подсчёт микроорганизмов в счётной камере 20
2.3.2 Определение абсолютно сухой биомассы клеток 21
2.3.3 Определение концентрации фруктозы 22
2.3.4 Определение концентрации глюкозы 23
2.3.5 Определение содержания аммонийного азота 24
2.4 Расчет кинетических параметров роста культуры 24
2.5 Определение процентного содержания ПГА в клетках 25
2.6 Подготовка мелассы для культивирования бактерий 25
2.6.1 Предварительная обработка мелассы 26
2.6.2 Ферментативный гидролиз мелассы 26
2.6.3 Осветление мелассы раствором H2O2 26
3. Результаты и обсуждения 27
3.1 Химический состав мелассы 27
3.2 Культивирование бактерий Cupriavidus necator B-10646на очищенной мелассе 29
3.3 Культивирование Cupriavidus necator B-10646 на различных С-субстратах 31
Выводы 34
Список использованных источников 35
В современном мире ежегодно увеличивается спрос на пластмассы, основой которых служат нефтепродукты. Изделия на основе нефти представляют собой неразлагающиеся продукты, из-за чего создают значительные нагрузки для окружающей среды, накапливаясь в больших объёмах в почве, водоёмах и на свалках. Создание биополимеров является одним из возможных вариантов решения данной проблемы. Эти полимеры являются биоразлагаемыми и биосовместимыми, а получить их можно из таких ресурсов как масла, жиры, белки, крахмал и целлюлоза [1].
На 2018 год мировое производство пластика составило около 400 млн тонн в год. Всего же с 1950 по 2018 год было произведено около 6,3 млрд тонн пластмассы, из них переработано около 9%, а сожжено - 12%. Ежегодно в мире увеличиваются объемы выпуска пластмассовых изделий, основой которых служат нефтепродукты, которые представляют собой неразлагающиеся продукты, из-за чего создают значительные нагрузки для окружающей среды, накапливаясь в больших объёмах в почве, водоёмах и на свалках. И хотя подобные синтетические материалы имеют ряд преимуществ, пластиковое загрязнение - это глобальная проблема, над решением которой работают ученые мира. При поиске альтернативы синтетическим материалам особое внимание уделяется полигидроксиалканоатам [2].
Полигидроксиалканоаты (ПГА) представляют собой сложные полиэфиры, которые образуются в процессе ферментации микроорганизмов из возобновляемых ресурсов. Имеют выраженные свойства биоразлагаемости и биосовместимости, что значительно расширяет спектр их промышленного применения [3]. ПГА - это экологичные пластики, которые оказывают положительное экологическое воздействие по сравнению с обычными пластиками с точки зрения производства и переработки. Кроме того, биопластик является возобновляемым и устойчивым ресурсом, значительно сокращая потребность образования захоронений отходов.
На данный момент существует потенциал для увеличения эффективности производства ПГА и сокращения затрат на субстраты, которые составляют около 40% от стоимости производства. Исследования показали, что использование отходов сельского хозяйства и промышленности может значительно снизить затраты и увеличить экологическую устойчивость производства. Кроме того, развитие новых технологий, таких как генетические модификации микроорганизмов, может привести к созданию более эффективных и быстрорастущих культур для создания биополимеров, что значительно повысит производительность и его использование в более широком спектре промышленности [4].
Для снижения производственных затрат культивирования микроорганизмов необходимо использовать недорогие, но богатые питательными веществами субстраты. Свекловичная патока-меласса имеет низкую стоимость, высокий уровень содержания углерода и необходимые для роста микроорганизмов микро- и макроэлементы, является продуктом переработки сахара и относится к промышленным отходам [5].
Цель работы: определить возможность использования мелассы в качестве основного субстрата для биосинтеза полигидроксиалканоатов.
Задачи:
1. Исследовать состав мелассы, возможности ее эффективного использования в процессе культивирования.
2. Провести процесс культивирования бактерий Cupriavidus necator B-10646 на различных субстратах (глюкозе, фруктозе, мелассе). Определить динамику накопления биомассы.
3. Исследовать динамику накопления ПГА в процессе культивирования бактерий Cupriavidus necator B-10646 на различных субстратах.
1. Исследован химический состав мелассы. Показано, что при правильной подготовке мелассы, в ней содержится более 200 г/л моносахаров и практически все макро- и микроэлементы необходимые для полноценного протекания процесса культивирования.
2. Исследование процесса культивирования Cupriavidus necator B-10646 на мелассе показало, что глюкозно-фруктозный субстрат гидролизованной мелассы не уступает по эффективности процессу выращивания бактерий на раздельных субстратах глюкозы или фруктозы. Кроме того, полученные данные свидетельствуют, что культивирование на мелассе позволяет ее использовать в качестве единственного углеродного и азотного субстрата. Также данный процесс более эффективно протекает в условиях использования экспериментальной водной среды с добавлением фосфора.
3. Использование мелассы показало целесообразность ее использования в качестве основного субстрата для биосинтеза полигидроксиалканоатов.
