Оптимизация условий глубинного культивирования клубеньковых бактерий люцерны

Оптимизация условий глубинного культивирования клубеньковых бактерий люцерны

Кузьмина Оксана, Ерош Александр, Гайдукевич Юлия, Федоренчик Анастасия

Государственное научное учреждение «Институт микробиологии Национальной академии наук Беларуси», г. Минск, Республика Беларусь

Принципиальным подходом к оптимизации биотехнологических процессов на основе микробного синтеза, позволяющим без вмешательства в геном активизировать метаболическую активность бактериальной клетки, является управляемое культивирование (изменение состава питательной среды, целевые добавки, регуляция аэрации и температурного режима и пр.). Конструкция ферментера должна позволять регулировать условия роста – постоянную температуру, pH (кислотность или щелочность) и концентрацию растворенного в среде кислорода.

Выбор рациональных режимов работы динамической системы ферментера при выращивании в нем микроорганизмов, учитывая физиологические особенности роста клеток и технологические ограничения процесса культивирования, а также анализ возможностей аппаратурного оформления, представляет собой актуальную научную и практическую задачу.

Целью настоящей работы была оптимизация условий глубинного культивирования клубеньковых бактерий люцерны Sinorhizobium meliloti

В качестве объекта исследований в настоящей работе использован штамм клубеньковых бактерий Sinorhizobium meliloti .

Ранее полученные результаты изучения динамики роста отобранного штамма клубеньковых бактерий на бобовой, заводской и кукурузно-мелассной средах показали, что максимального титра (1,9+0,55·1010 КОЕ/мл) культуральная жидкость бактерий Sinorhizobium meliloti S3 достигает через 48 часов на  кукурузно-мелассной среде при скорости вращения качалки 200 об/мин и температуре 26-280С. Общее количество вносимого посевного материала – 10% от объема питательной среды.

Отработка технологических параметров глубинного культивирования бактерий Sinorhizobium meliloti в лабораторном ферментере АНКУМ-2М общим объемом 10л проводилась при аэрации – 0,5; 0,75; 1,0; 1,5 л воздуха/л среды/мин., температуре культивирования – 280С, скорости вращения мешалки – 100; 150; 200 об/мин. Общее количество вносимого посевного материала – 5-10% от объема питательной среды.

Оптимальными для роста и развития культуры были следующие технологические параметры: аэрация - 1л воздуха/л среды/мин., температура культивирования – 280С, скорость вращения мешалки – 200 об./мин., количество посевного материала – 10% от объема питательной среды.

Данный режим культивирования обеспечивал высокий титр жизнеспособных клеток штамма бактерий Sinorhizobium meliloti (9,2±1,91·108.КОЕ/мл) через 48 часов [1].

Культивирование бактерий Sinorhizobium meliloti  в ферментерах LiFlus SP-300 общим объемом 300 л проводилось при следующих параметрах: температура – 28 0С, обороты мешалки – 50; 70; 100 об/мин., аэрация – 0,25; 0,5 л воздуха/л среды/ мин., время культивирования – 48 часов, давление в аппарате – 0,3 атм, общее количество вносимого посевного материала – 5% от объема питательной среды.

Бактериальный штамм Sinorhizobium meliloti достигал стационарной фазы роста и максимального титра клеток, который составил 6,3·109, при культивировании в ферментерах LiFlus SP-300 общим объемом 300 л через 38 часов при следующих оптимальных условиях: температура – 28 0С, обороты мешалки – 50 об/мин., аэрация – 0,25 л воздуха/л среды/ мин., время культивирования – 48 часов, давление в аппарате – 0,3 атм, общее количество вносимого посевного материала – 5% от объема питательной среды.

Проведенные исследования по оптимизации условий глубинного культивирования клубеньковых бактерий Sinorhizobium meliloti при масштабирования технологического процесса показали, что снижение количества вносимого посевного материала, числа оборотов мешалки, количества подаваемого воздуха и увеличения давления в аппарате позволяют повысить эффективность процесса и достигать качественных показателей, необходимых для микробных препаратов.

Рис 1.  Ферментация BioFlo 5000, 14-16 марта 2011 г. Условия культивирования: t=28 0C, Q=0,5 л/л среды*мин, n=200 об/мин, τ=48 ч; представлено изменение концентрации растворенного воздуха DO, %.

Рис. 2. Изменение концентрации растворенного воздуха (DO) и водородного показателя pH в ходе ферментации

1 Алещенкова, З.М. Микробный препарат Ризофос для повышения продуктивности многолетних бобовых трав / З.М. Алещенкова, Л.Е. Картыжова, А.А.Ланцевич, Н.В. Короленок, О.Н.Кузьмина, В.И.Бушуева // Международная научная конференция 2-6 июня 2008г. «Современное состояние и перспективы развития микробиологии и биотехнологии» - С.62-64.