СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Биополимеры и их применение 6
1.1 Виды биополимеров и их продуценты 9
1.2. Декстран и его применение 12
2. Бактерии рода Leuconostoc как продуценты биополимеров 16
2.1. Общая характеристика бактерий рода Leuconostoc 17
2.2. Промышленное культивирование Leuconostoc mesenteroides для
производства декстрана 19
3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 24
3.1. Объект исследования 24
3.2. Методы 25
3.2.1. Культивирование Leuconostoc mesenteroides 25
3.2.2. Микроскопический анализ 26
3.2.3. Методика определения количества декстрана с осаждением белка
хлороформом 26
3.2.4 Методика измерения декстрана с двойным осаждением этанолом 27
ВЫВОДЫ 29
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 30
В современном мире многие вещества производятся биотехнологическим путём, в том числе с использованием бактерий. Одним из таких веществ является декстран - полисахарид, разветвлённый полимер глюкозы, синтезируемый некоторыми молочнокислыми бактериями, из которых наиболее известные - Leuconostoc mesenteroides и Streptococcus mutans [1]. Декстран является полисахаридом, разветвлённым полимером глюкозы. Средняя масса молекулы декстрана - от 3 до 20000 кДа. Главная цепь состоит из молекул, связанных связью а-1,6, а боковые ветви присоединены связями а-1,3 [1]. Декстран - вещество, имеющее очень широкий спектр применения. Он используется в качестве антитромботика для снижения вязкости крови и как наполнитель для увеличения объема циркулирующей крови при гиповолемии; в сельском хозяйстве для специальной обработки семян; в текстильной и бумажной промышленности; применяется в качестве молекулярных сит и сорбентов в гель- обменной, ионообменной и гидрофобной хроматографии, а также в электрофорезе [1], [2]. В пищевой промышленности производные декстрана используются как эмульгирующие, текстурирующие, желирующие агенты и как загустители.
Разработка более выгодного и эффективного способа производства декстрана важна для современной промышленности, так как область применения этого полисахарида является достаточно широкой и, более того, определена на данный момент не до конца. Благодаря высокой способности к адгезии декстран может использоваться в качестве биоклея, в том числе при производстве ДСП, являясь при этом экологически безопасным клеящим веществом натурального происхождения; использоваться в сельском хозяйстве как биоадгезивный материал для закрепления агрохимикатов и биопрепаратов на растениях. На данный момент культивирование Leuconostoc mesenteroides производится на средах с достаточно сложным составом и, как следствие, довольно высокой стоимостью. Высокая стоимость и технологическая сложность производства декстрана ограничивает его широкомасштабное применение.
Целью данной работы является изучение возможности культивирования Leuconostoc mesenteroides на среде с мелассой и молочной сывороткой для получения декстрана и оптимизация условий культивирования.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Подобрать оптимальную базовую среду для культивирования продуцента и продукции декстрана.
2. Оценить влияние ионов магния на культивирование продуцента и образование декстрана.
3. Исследовать эффективность добавления в среду источников витаминов для повышения выхода декстрана при промышленном культивировании.
4. Определить оптимальные физико-химические условия и оптимальную продолжительность культивирования Leuconostoc mesenteroides для промышленного получения декстрана.
5. Сравнить продуктивность разных штаммов Leuconostoc mesenteroides на мелассной среде.
6. Подобрать оптимальную методику количественного определения декстрана.
Работа выполнена в лаборатории промышленной микробиологии БИ ТГУ на базе ООО «Дарвин». Благодарность за консультации, советы и помощь в работе выражаю всему коллективу лаборатории и ООО «Дарвин», в частности Денису Александровичу Ивасенко, Юлии Александровне Франк, Полине Александровне Бухтияровой и Дмитрию Викторовичу Анциферову. Штаммы Leuconostoc mesenteroides 8404 и NIMB-1, а также образцы мелассы для приготовления питательных сред предоставлены ООО «БиоЭко».
По результатам данной работы можно сделать следующие выводы:
1) Подобрана оптимальная базовая среда для культивирования продуцента
Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides В-8404 (среда MRS) и продукции им декстрана (натуральная среда, содержащая 30 %
качественной мелассы и 50 % молочной сыворотки).
2) Показано положительное влияние ионов магния на процесс
культивирования бактерий. Сульфат магния в концентрации 0,3 г/л стимулировал рост клеток в жидкой среде MRS. Добавление MgSO4 x 7H2O в питательную среду в концентрациях 0.1, 0.3 и 0.5 г/л
существенно не сказывалось на выходе декстрана.
3) Добавление витаминов (парааминобензойная кислота и дрожжевой экстракт) достоверно увеличивает продукцию декстрана клетками штамма В-8404 на 67 % процентов (на 6 сутки).
4) Оптимальное значение рН для продукции декстрана штаммом В-8404 составляет 6.5. Для роста и образования декстрана не требуется перемешивание и аэрация. Оптимальная продолжительность промышленного культивирования - 6-8 суток.
5) Штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides 8404 был более эффективным по сравнению со штаммом NIMB-1 по скорости продукции декстрана. Максимальный выход декстрана для обоих протестированных штаммов был сопоставимым.
6) Для количественного определения декстрана рекомендуется применять весовой метод с двойным осаждением этанолом как более быстрый и простой по сравнению с применением метода с предварительной экстракцией белков хлороформом.
