Оптимизация условий культивирования бактерии xanthomonas campestris и выведеления ксантана из культуральной жидкости

stify">     X. campestris 2228, продуцент ксантана, выращивался в 200 мл жидкой питательной среды с сахарозой в качалочной колбе на 500 мл. Раз в сутки, в течение трех дней, отбирались пробы в стерильных условиях для определения характера роста микроорганизма и накопления ксантана с целью подбора оптимального времени культивирования микроорганизма для получения максимального выхода полисахарида.

     Динамика  накопления ксантана и биомассы в  культуральной жидкости представлена на рисунках 3.1.1 и 3.1.2. 

       

Рисунок 3.1.1 – Характер роста X. campestris 2228 на жидкой            питательной среде с сахарозой 
 
 
 

       

Рисунок 3.1.2 –Динамика накопления ксантана при выращивании     X.campestris 2228 на жидкой питательной среде с сахарозой 

     Из  представленных графиков следует, что на вторые сутки культивируемый микроорганизм переходит от стадии активного роста к стационарной фазе роста. Накопление ксантана строго коррелировало с накоплением биомассы продуцента и на третьи сутки происходило заметное снижение динамики накопления ксантана, выход которого составил 7,78 г/л. В соответствии с этими данными было принято решение рассмотреть влияние условий аэрации на накопление ксантана на третьи сутки роста продуцента. 

     3.2 Определение влияния условий аэрации на биосинтез ксантана 

     При периодическом культивировании  микроорганизма, который был использован  в данной работе, изменение уровня аэрации можно осуществлять за счет изменения объема жидкой питательной  среды в качалочной колбе, скорости перемешивания питательной среды, а также одновременным изменением обоих этих параметров. В данной работе для определения влияния уровня аэрации продуцент ксантана X. campestris 2228 культивировался на жидкой среде разного объема при максимально возможной скорости перемешивания (таблица 3.1). Соответственно, чем меньше объем питательной среды в колбе, тем интенсивнее происходит растворение кислорода в питательной среде. 

Таблица 3.1 - Влияние интенсивности аэрации на накопление ксантана               в культуральной жидкости при культивировании X. сampestris 2228 

 

     Из  представленной таблицы видно, что  изменение объема питательной среды  в 500 мл качалочной колбе с 200 мл до 100 мл привело к увеличению накопления ксантана на 16,87%. При выращивании  продуцента на питательной среде  объемом 50 мл произошло лишь незначительное увеличение выхода ксантана. Незначительное увеличение содержания ксантана при выращивании на 50 мл жидкой среды может быть связано с тем, что скорость роста микроорганизма была несколько выше, и в результате этого отбор пробы произошел в момент, когда уже происходило гидролитическое разрушение полисахарида, что в свою очередь сказалось на количестве выделенного ксантана. Это предположение подтверждается данными оптической плотности, которая отражает накопление биомассы. На момент отбора пробы из качалочной колбы с 50 мл питательной среды оптическая плотность культуральной жидкости была на 0,7 единицы ниже по сравнению с оптической плотностью образца культуральной жидкости объемом 200 мл. Уменьшение оптической плотности культуральной жидкости говорит об активном процессе лизиса клеток. Следовательно, отбор пробы из колбы содержащей 50 мл питательной жидкой среды произошел в фазе роста, отличной от точек отбора проб из колб, содержащих 100 и 200 мл жидкой питательной среды.  

     3.3 Определение влияния NaCl на эффективность осаждения ксантана этанолом из супернатанта полученным после осаждения биомассы из культуральной жидкости.  

     Для определения влияния присутствия  соли NaCl на эффективность осаждения ксантана из культуральной жидкости было проведено осаждение полисахарида этиловым спиртом в присутствии 1% и 2% NaCl в супернатанте после осаждения биомассы из культуральной жидкости. Осаждение полисахарида в присутствии 1% и 2% NaCl привело увеличению выхода ксантана по сравнению с контрольной пробой соответственно на 37,35 и 44,58% (таблица 3.2). 

Таблица 3.2 - Определение влияния NaCl на эффективность осаждения ксантана из культуральной жидкости 

       
 
 
 
 

     Выводы 

     

1. При объеме питательной среды 200 мл в колбе на 500 мл выход ксантана составлял 9,96 г/л. Увеличение степени аэрации, достигнутое за счет уменьшения объема жидкой питательной среды в колбе, приводит к увеличению накопления ксантана до 11,64 г/л, что превышает накопление ксантана наблюдаемого в колбе с 200 мл жидкой питательной среды на 16,87%.
2. Осаждение ксантана в присутствии 1% и 2% NaCl приводит к увеличению выхода ксантана на 37,35 и 44,58%, соответственно.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников 

     

1. Елинов Н. П. Основы биотехнологии / Н. П. Елинов. – М.: Наука, 1995. - 600 с.
2. Степаненко Б. Н. Химия и биохимия углеводов /                           Б. Н. Степаненко. - М.: Высшая школа, 1978. - 380 с.
3. Кочетков Н. К. Синтез полисахаридов / Н. К. Кочетков. -            М.: Наука, 1994. - 217 с.
4. Кочетков Н. К. Химия углеводов /Н. К. Кочетков, А. Ф. Бочков, Б. А. Дмитриев. — М., 1967. - С. 477-624.
5. Аркадьева З. А. Промышленная микробиология / З. А. Аркадьева,       А. М. Безбородов, И. Н. Блохина. – М.: Высшая школа, 1989. – 688 с.
6. Вудсайд Е. Полисахариды микроорганизмов / Е. Вудсайд,           Е. Кваринский. - М.: Высшая школа, 1977. - 26 с.
7. Ботвинко И. В. Экзополисахариды бактерий / И. В. Ботвинко. - М.: Высшая школа, 1985. - 218 с.
8. Sutherland I. W. Biosynthesis of microbial polysaccharides /              I. W. Sutherland // Appl. Microbiol . Physiol . — 1982. — Vol. 23.—P . 79—150 .
9. Елинов Н. П. Химия микробных полисахаридов / Н. П. Елинов. - М.: Высшая школа, 1984. - 256 с.
10. Prigent J. R. Les aspects industriels dans la production des polysaccharides microbiens / J. R. Prigent // Petrole et Techn. - 1988. - Vol. 342. - P. 35-38.
11. Sutherland I. W. Biosynthesis and composition of gram-negative bacterial extracellular and wall polysaccharides / I. W. Sutherland // Annu. Rev. Microbiol. – 1985. – Vol. 39. – P. 243–270.
12. Гринберг Т. А. Микробный синтез экзополисахаридов на С1-С2- соединениях / Т. А. Гринберг, Т. П. Пирог, Ю. Р. Малашенко, Г. Э. Пинчук. - Киев: Наукова думка, 1992. - 212 с.
13. Гвоздяк Р. И. Микробный полисахарид ксантан / Р. И. Гвоздяк,          М. С. Матышевская, Е. Ф. Григорьевич, О. А. Литвинчук. - Киев: Наукова думка, 1989.-212с.
14. Giavasis I. Gellan gum / I. Giavasis, L. M. Harvey, B. McNeil // Crit. Rev. Biotechnol.—2000. — N 3. — P. 177—211.
15. Leroy F. A novel area of predictive modeling: describing the functionality of beneficial microorganisms in foods / F. Leroy, B. Degeest,          L. De Vuyst // Int. J. Food Microbiol. - 2002. - N 73. – P. 251-259.
16. Sandford P. A. Extracellular microbial polysaccharides /                    P.  A. Sandford // Adv. Carbohydr. Chem. and Biotechnol. - 1979. - N 36. - P. 265-313.
17. Гринберг Т. А. Способность смешанных культур метилотрофных микроорганизмов синтезировать экзополисахариды / Т. А. Гринберг // Микробиологический журнал. – 1987. - Т. 49. - С. 52-56.
18. Елинов H. П. Некоторые микробные полисахариды и их практическое применение / Н. П. Елинов. — М.: Наука, 1982. — 170 c.
19. Slodki M. E. Production of microbial polysaccharides / M. E. Slodki, M. C. Cadmus // Adv. Appl . Microbiol.—1978.—N 23.—P. 19—54 .
20. Pace G. W. Production of extracellular microbial polysaccharides /   G. W. Pace, R. C. Righelato // Adv. Biochem. Eng. - 1980. - Vol. 15. - P. 41- 70.
21. Margaritis A. Microbial polysaccharides. / A. Margaritis, G. W. Pace, M.-Y. Murrsy, H. W. Blanch, S. Drew // Abstr. 87th Annu. Meet. Amer. Soc. Microbiol. — Washington, 1987. — P. 1005 - 1044.
22. Sandford P. A. Microbial polysaccharides: new products and their commercial applications / P. A. Sandford, I. W. Cottrell, D. J. Pettitt // Pure Appl. Chem. – 1984. - Vol. 56. - P. 879-892.
23. Снежко В. А. Продукты окисления декстрана. / В. А. Снежко,   К. П. Хамяков, А. Д. Вирник // Химия и химическая технология. - 1973. - С. 309 – 314.
24. Вирник А. Д. Декстран и его производные / А. Д. Вирник,           К. П. Хамяков, Н. Ф. Сконова // Успехи химии. - 1975. - С. 1280 – 1307.
25. Роуз Э. Химическая микробиология / Э. Роуз. – М.: Мир, 1971. - 47 с.
26. Егоров Н. С. Биотехнология / Н. С. Егоров, А. В. Олескин,        В. Д. Самуилов. – М.: Высшая школа, 1987. – 159 с.
27. Матышевская М. С. Образование экзополисахарида Xanthomonas campestris на различных средах / М. С. Матышевская, Р. И. Гвоздяк,           И. И. Майко // Микробиологический журнал. – 1982. – Т.44. – С. 138 - 144.
28. Елинов Н. П. Химическая микробиология / Н. П. Елинов. - М.: Высшая школа, 1989. – 448 с.
29. Гвоздяк Р. И. Микробный экзополисахарид как стабилизатор мочевино-формальдегидных смол / Р. И. Гвоздяк, Л. К. Данилова,                  С. К. Воцелко // Микробиологический журнал. – 1988. – Т.48. – С. 327 - 340.
30. Беккер М. Е. Биотехнология микробного синтеза / М. Е. Беккер, М. Ж. Кристапсонс. – Рига: Знание, 1980. – 350 с.
31. Воробьева Л. И. Промышленная микробиология: учебное пособие / Л. И. Воробьева. Московский университет. – Москва, 1989. – 294 с.
32. Souw P. Nutritional studies on xanthan production by Xanthomonas campestris NRR L В1459 / P. Souw, A. Demain // Appl . Environ. Microbiol.—1979. — N 6. — P. 1186—1192.
33. Chang H. N. Xanthan production by Xanthomonas campestris in continuous fermentation / P. K. Lee, H. N. Chang, B. H. Kim // Biotechnol. — 1989. — N 8.—P. 573—578.
34. Осадчая А. И. Влияние условий аэрации на синтез полисахаридов при их глубинном культивировании / А. И. Осадчая, В. А. Кудрявцев,          С. Р. Резник // Биотехнология.— 1993. — С. 12 — 14.
35. Ананьева Е. П. Влияние условий биосинтеза на физико-химические свойства экзополисахаридов / Е. П. Ананьева, Ж. В. Быстрова,   Г. А. Витовская // Прикладная биохимия и микробиология. — 1995. - С. 417 — 421.