Тема: Использование мелассы в качестве субстрата для биосинтеза полигидроксиалканоатов

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.
Купить

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.
Купить