Синтез сополимеров с 3-гидроксивалератом бактериями Cupriavidus necator B-10646 при росте на липидных субстратах
|
Глава 1. Обзор литературы 4
1.1 Введение 4
1.2 Классификация ПГА 7
1.3 Свойства ПГА 10
1.4 Биосинтез ПГ А 11
1.5 Производство ПГА на растительных маслах и жирных кислотах 12
1.6 Использование эмульгаторов при культивировании микроорганизмов на
липидных субстратах 18
Глава 2. Материалы и методы 20
2.1 Штамм Cupriavidus necator B-10646 20
2.2 Культивирование бактерий и методы измерения параметров
культивирования 20
2.3 Определение концентрации фруктозы 22
2.4 Определение содержания в клетках состава ПГА 22
2.5 Выделение полимера 23
2.6 Определение молекулярной массы полимера 23
2.7 Статистическая обработка данных 23
Глава 3. Результаты и обсуждения 24
3.1 Влияние концентрации эмульгаторов на показатели удельной скорости
роста C. necator B-10646
3.2 Возможность использования бактериями штамма C. necator B-10646
эмульгаторов коилглтутамата натрия и Tween-80 в качестве углеродных субстратов Ошибка! Закладка не определена.
3.3 Изучение параметров эмульгирования субстратов пальмового масла,
пальмитиновой кислоты, олеиновой кислоты эмульгаторами кокоилглутамат натрия и Tween-80
3.4 Изучение влияния эмульгаторов кокоилглутамата натрия и Tween-80 на рост культуры C. necator B-10646^ синтез полимера при росте на фруктозе
3.5 Культивировение C.necator B-10646 на олеиновой кислоте без и с
добавлением эмульгаторов кокоилглутамата натрия и Tween-80 с предшественником 3ГВ
3.6 Культивировение C.necator B-10646 на пальмитиновой кислоте без и с
добавлением эмульгаторов кокоилглутамата натрия и Tween-80 с предшественником 3ГВ
ЪП Культивировение C.necator B-10646 на пальмовом масле без и с добавлением эмульгаторов кокоилглутамата натрия и Tween-80 с предшественником 3ГВ
3.8 Показатели накопления биомассы, процентного содержания полимера и валерата культуры C.necator B-10646 при росте на олеиновой кислоте, пальмитиновой кислоте и пальмовом масле с эмульгаторами кокоилглутамат натрия и Tween-80 c предшественником 3ГВ
Заключение 25
Список литературы: 26
1.1 Введение 4
1.2 Классификация ПГА 7
1.3 Свойства ПГА 10
1.4 Биосинтез ПГ А 11
1.5 Производство ПГА на растительных маслах и жирных кислотах 12
1.6 Использование эмульгаторов при культивировании микроорганизмов на
липидных субстратах 18
Глава 2. Материалы и методы 20
2.1 Штамм Cupriavidus necator B-10646 20
2.2 Культивирование бактерий и методы измерения параметров
культивирования 20
2.3 Определение концентрации фруктозы 22
2.4 Определение содержания в клетках состава ПГА 22
2.5 Выделение полимера 23
2.6 Определение молекулярной массы полимера 23
2.7 Статистическая обработка данных 23
Глава 3. Результаты и обсуждения 24
3.1 Влияние концентрации эмульгаторов на показатели удельной скорости
роста C. necator B-10646
3.2 Возможность использования бактериями штамма C. necator B-10646
эмульгаторов коилглтутамата натрия и Tween-80 в качестве углеродных субстратов Ошибка! Закладка не определена.
3.3 Изучение параметров эмульгирования субстратов пальмового масла,
пальмитиновой кислоты, олеиновой кислоты эмульгаторами кокоилглутамат натрия и Tween-80
3.4 Изучение влияния эмульгаторов кокоилглутамата натрия и Tween-80 на рост культуры C. necator B-10646^ синтез полимера при росте на фруктозе
3.5 Культивировение C.necator B-10646 на олеиновой кислоте без и с
добавлением эмульгаторов кокоилглутамата натрия и Tween-80 с предшественником 3ГВ
3.6 Культивировение C.necator B-10646 на пальмитиновой кислоте без и с
добавлением эмульгаторов кокоилглутамата натрия и Tween-80 с предшественником 3ГВ
ЪП Культивировение C.necator B-10646 на пальмовом масле без и с добавлением эмульгаторов кокоилглутамата натрия и Tween-80 с предшественником 3ГВ
3.8 Показатели накопления биомассы, процентного содержания полимера и валерата культуры C.necator B-10646 при росте на олеиновой кислоте, пальмитиновой кислоте и пальмовом масле с эмульгаторами кокоилглутамат натрия и Tween-80 c предшественником 3ГВ
Заключение 25
Список литературы: 26
Полигидроксиалканоаты - это особая группа природных полиэфиров гидроксипроизводных жирных кислот, которые обычно используются микроорганизмами в качестве запасающего вещества. В отличие от большинства природных полиэфиров, ПГА локализованы внутри клеток, тогда как остальные соединения продуцируются во внешнюю среду. Находятся ПГА в цитоплазме клетки, в виде шарообразных гранул имеющих размер от 0,21 до 0,55 микрометров.
Впервые обнаружил ПГА в клетках бактерий учёный Бейеринк в 1888 году. Первое документальное описание ПГА принадлежит французскому ученому Лемойну, который впервые описал ПГА в клетках Bacillusmegaterium в виде полимера поли-3-гидроксибутирата (ПГБ) в 1925 г [1]. Позже учёный Улкинсон с коллегами в 1958 году в своем докладе указал на особые свойства биосовместимости и биодеградации П(3ГБ). Это привлекло внимание общественности и вызвало значительный научный и коммерческий интерес к П(3ГБ) и остальным ПГА. Учёные стали активнее исследовать способы получения и использования данных биополимеров [2].
ПГА действительно уникальные биополимеры. Они обладают широким диапазоном физических свойств. Помимо термопластичности, высокой по сравнению с другими полимерами механической прочности и гибкости, они характеризуются такими важными в современном мире качествами как биоразрушаемость и биосовместимость [3].
Наиболее хорошо изученным и описанным в литературных источниках полигидроксиалканоатом является гомополимер поли(З-гидроксибутират) (П(3ГБ)). По своим физическим свойствам он очень близок к активно используемым в промышленности на данный момент полимерам — полиэтилену и полипропилену, что делает его потенциальным кандидатом на замещение этих вредных для экологии материалов [4]. Термопластичность П(3ГБ) и способность кристаллизоваться в исходном состоянии являются наиболее значимыми параметрами, поскольку открывают возможность переработки полимера в коммерческие продукты и изготавливать сложные изделия на их основе.
Свойства ПГА изменчивы в широком диапазоне в зависимости от типа и соотношения мономеров в их полимерной цепи. В результате этого на основе ПГА можно иметь выбор материалов с различными физикомеханическими показателями [5].
Полигидроксиалканоаты имеют огромный потенциал использования практически во всех сферах человеческой деятельности: в медицине (протезирование, хирургия, стоматология) и фармацевтике, в сельском хозяйстве, пищевой промышленности. Существует более чем 150 вариаций включений мономеров в их полимерную цепь, которые и определяют свойства ПГА [6].
Одной из главных проблем коммерческого производства ПГА является их высокая стоимость. Большая часть затрат приходится на стоимость углеродного субстрата для выращивания микроорганизмов продуцентов. Поиск подходящих субстратов крайне важен для создания экономически выгодного и успешного производства ПГА различных составов. Оптимизация технологии производства может значительно увеличить производство бактериального полимера и его сополимеров.
Ведутся исследования по использованию в качестве сырья для роста культуры микроорганизмов различных растительных масел (оливковое, кукурузное, соевое, рапсовое, пальмовое, подсолнечное и другие), а также длинноцепочечных жирных кислот (пальмитиновая, олеиновая кислота, миристиновая, лауринова и т.д.).
Использование данных субстратов позволяет получать значительно больше целевого продукта - полимера и сополимеров в результате культивирования. Также при использовании растительных масел и жирных кислот экономический коэффициент по биомассе увеличивается до значений 0.7-0.8, в то время как при использовании сахаров в качестве углеродного субстрата составляет - 0.3-0.35, что доказывает возможную эффективность использования данных субстратов[7].
Водородокисляющие бактерии Cupriavidus necator являются очень перспективными кандидатами для создания полного биотехнологического производства биоразрушаемых пластиков. Но на данный момент для производства ПГА используют в основном сахара, а ростовые характеристики культуры и состав полимера при использовании в качестве субстрата жирных кислот и масел изучены плохо.
Беря во внимание всю вышеизложенную информацию, в работе была поставлена важная и актуальная задача по изучению процесса культивирования на растительных маслах и жирных кислотах.
Тема работы: Синтез сополимеров с 3-гидроксивалератом бактериями Cupriavidus necator B-10646 при росте на липидных субстратах c эмульгаторами
Цель работы: исследовать рост бактерий Cupriavidus necatorB-10646 и синтез сополимера с 3-гидроксивалератом на различных липидных субстратах
Задачи:
• Исследовать влияние эмульгаторов Tween-80 и кокоилглуматат натрия на рост бактерий и синтез полимера;
• Исследовать возможность синтеза сополимеров с 3-гидроксивалератом
бактериями Cupriavidus necator -10646прп росте на липидных
субстратах с добавлением и без добавления эмульгаторов;
Впервые обнаружил ПГА в клетках бактерий учёный Бейеринк в 1888 году. Первое документальное описание ПГА принадлежит французскому ученому Лемойну, который впервые описал ПГА в клетках Bacillusmegaterium в виде полимера поли-3-гидроксибутирата (ПГБ) в 1925 г [1]. Позже учёный Улкинсон с коллегами в 1958 году в своем докладе указал на особые свойства биосовместимости и биодеградации П(3ГБ). Это привлекло внимание общественности и вызвало значительный научный и коммерческий интерес к П(3ГБ) и остальным ПГА. Учёные стали активнее исследовать способы получения и использования данных биополимеров [2].
ПГА действительно уникальные биополимеры. Они обладают широким диапазоном физических свойств. Помимо термопластичности, высокой по сравнению с другими полимерами механической прочности и гибкости, они характеризуются такими важными в современном мире качествами как биоразрушаемость и биосовместимость [3].
Наиболее хорошо изученным и описанным в литературных источниках полигидроксиалканоатом является гомополимер поли(З-гидроксибутират) (П(3ГБ)). По своим физическим свойствам он очень близок к активно используемым в промышленности на данный момент полимерам — полиэтилену и полипропилену, что делает его потенциальным кандидатом на замещение этих вредных для экологии материалов [4]. Термопластичность П(3ГБ) и способность кристаллизоваться в исходном состоянии являются наиболее значимыми параметрами, поскольку открывают возможность переработки полимера в коммерческие продукты и изготавливать сложные изделия на их основе.
Свойства ПГА изменчивы в широком диапазоне в зависимости от типа и соотношения мономеров в их полимерной цепи. В результате этого на основе ПГА можно иметь выбор материалов с различными физикомеханическими показателями [5].
Полигидроксиалканоаты имеют огромный потенциал использования практически во всех сферах человеческой деятельности: в медицине (протезирование, хирургия, стоматология) и фармацевтике, в сельском хозяйстве, пищевой промышленности. Существует более чем 150 вариаций включений мономеров в их полимерную цепь, которые и определяют свойства ПГА [6].
Одной из главных проблем коммерческого производства ПГА является их высокая стоимость. Большая часть затрат приходится на стоимость углеродного субстрата для выращивания микроорганизмов продуцентов. Поиск подходящих субстратов крайне важен для создания экономически выгодного и успешного производства ПГА различных составов. Оптимизация технологии производства может значительно увеличить производство бактериального полимера и его сополимеров.
Ведутся исследования по использованию в качестве сырья для роста культуры микроорганизмов различных растительных масел (оливковое, кукурузное, соевое, рапсовое, пальмовое, подсолнечное и другие), а также длинноцепочечных жирных кислот (пальмитиновая, олеиновая кислота, миристиновая, лауринова и т.д.).
Использование данных субстратов позволяет получать значительно больше целевого продукта - полимера и сополимеров в результате культивирования. Также при использовании растительных масел и жирных кислот экономический коэффициент по биомассе увеличивается до значений 0.7-0.8, в то время как при использовании сахаров в качестве углеродного субстрата составляет - 0.3-0.35, что доказывает возможную эффективность использования данных субстратов[7].
Водородокисляющие бактерии Cupriavidus necator являются очень перспективными кандидатами для создания полного биотехнологического производства биоразрушаемых пластиков. Но на данный момент для производства ПГА используют в основном сахара, а ростовые характеристики культуры и состав полимера при использовании в качестве субстрата жирных кислот и масел изучены плохо.
Беря во внимание всю вышеизложенную информацию, в работе была поставлена важная и актуальная задача по изучению процесса культивирования на растительных маслах и жирных кислотах.
Тема работы: Синтез сополимеров с 3-гидроксивалератом бактериями Cupriavidus necator B-10646 при росте на липидных субстратах c эмульгаторами
Цель работы: исследовать рост бактерий Cupriavidus necatorB-10646 и синтез сополимера с 3-гидроксивалератом на различных липидных субстратах
Задачи:
• Исследовать влияние эмульгаторов Tween-80 и кокоилглуматат натрия на рост бактерий и синтез полимера;
• Исследовать возможность синтеза сополимеров с 3-гидроксивалератом
бактериями Cupriavidus necator -10646прп росте на липидных
субстратах с добавлением и без добавления эмульгаторов;
• Установлено, что Tween-80 и кокоилглутамат натрия в концентрациях свыше 7г/л и 10 г/л соответственно ингибируют рост бактерий Cupriavidus necator B-10646
• Доказано, что бактерии Cupriavidus necator B-10646 не используют Tween-80 и кокоилглутамат натрия в качестве углеродного субстрата
• Исследована возможность синтеза сополимеров с 3-гидроксивалератом бактериями Cupriavidus necator -10646при росте на липидных субстратах с добавлением и без добавления эмульгаторов. Наибольшее накопление биомассы (8.2-9.1 г/л) и содержание полимера (71-72%) из представленных субстратов происходило при культивировании на среде, содержащей олеиновую кислоту и эмульгаторы. Содержание 3ГВ составило 21-22 мол. %
• Максимальное содержание 3ГВ (32 мол. %), 1,39 г/л получено при выращивании бактерий на среде, содержащей пальмитиновую кислоту и эмульгатор кокоилглутамат натрия
• Доказано, что бактерии Cupriavidus necator B-10646 не используют Tween-80 и кокоилглутамат натрия в качестве углеродного субстрата
• Исследована возможность синтеза сополимеров с 3-гидроксивалератом бактериями Cupriavidus necator -10646при росте на липидных субстратах с добавлением и без добавления эмульгаторов. Наибольшее накопление биомассы (8.2-9.1 г/л) и содержание полимера (71-72%) из представленных субстратов происходило при культивировании на среде, содержащей олеиновую кислоту и эмульгаторы. Содержание 3ГВ составило 21-22 мол. %
• Максимальное содержание 3ГВ (32 мол. %), 1,39 г/л получено при выращивании бактерий на среде, содержащей пальмитиновую кислоту и эмульгатор кокоилглутамат натрия
