Характеристика біосинтетичної активності мікробних продуцентів органічних кислот та вплив на неї основних факторів (на прикладі обраної культури) - Биология и естествознание контрольная работа

Главная

Биология и естествознание
Характеристика біосинтетичної активності мікробних продуцентів органічних кислот та вплив на неї основних факторів (на прикладі обраної культури)

Ідентифікація лимонної кислоти в якості продукту метаболізму цвільових грибів. Реалізація синтезу лимонної кислоти у мікроорганізмів. Варіанти синтезу в виробництві кислоти (незмінний, незмінний із доливами, метод плівок). Характеристика умов ферментації.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ і науки, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КПІ"
факультет біотехнології і біотехніки
Тема: "Характеристика біосинтетичної активності мікробних продуцентів органічних кислот та вплив на неї основних факторів (на прикладі обраної культури)"
Лимонна кислота (СН 2 - СООН - СОНСООН - СН 2 СООН) - трьохосновна оксикислота. Лимонна кислота була ідентифікована в якості продукту метаболізму цвільових грибів в 1893 році Вемером. У даний час ця кислота за об'ємами виробництва (більше 350 тисяч тонн на рік) займає перше місце серед всіх органічних кислот.
У мікроорганізмів синтез лимонної кислоти реалізується в циклі дикарбонових кислот і здійснюється в результаті конденсації кислоти із чотирма атомами вуглецю і двома карбоксильними групами, і кислоти з однією карбоксильною групою. Утворена в результаті гліколізу піровиноградна кислота зв'язується з вуглекислотою; синтезована при цьому щавелево-оцтова кислота реагує з оцтовою кислотою з утворенням лимонної кислоти, тобто утворення лимонної кислоти включає реакції гліколізу і ряд реакцій циклу Кребса. При кожному оберті циклу молекула щавелево-оцтової кислоти взаємодіє з оцтовою, утворюючи лимонну кислоту [1].
У промисловому виробництві лимонної кислоти в якості продуцента переважно використовують Aspergillus niger . Процес ферментації досить складний, тому що лимонна кислота - продукт первинного метаболізму грибів, і навіть незначне виділення даного продукту в навколишнє середовище свідчить про виражений дисбаланс клітинного метаболізму.
Ріст продуцента і синтез кислоти зазвичай регулюють складом середовища (цукру, P, Mn, Fe, Zn). Надсинтез лимонної кислоти реалізується при великих концентраціях цукрів у середовищі (14-24 %), що є наслідком реакції продуцента на дефіцит фосфору, а також інших металів, хоча їх роль до кінця не вияснена. Це, мабуть, і порушення анаболізму, і вплив на властивості поверхні і морфологію гіфів [2].
Оптимум рН на стадії кислотоутворення становить 1,7-2,0. У більш лужному середовищі процес зсувається в бік накопичення щавлевої і глюконової кислот. В якості основи середовища зазвичай використовують глюкозний сироп, гідролізати крохмалю або мелясу. Останню попередньо розбавляють до потрібного рівня цукрів і обробляють з метою зниження вмісту металів. Джерелом азоту служать солі амонію (0,2 %), концентрація фосфатів (0,01-0,02 %). Як піногасники використовують природні масла з високим вмістом жирних кислот.
У виробництві лимонної кислоти застосовують кілька варіантів процесу. Поверхневий спосіб реалізується на твердому сипучому середовищі і в рідкій фазі. При рідкофазній поверхневій ферментації поживне середовище розливають в кювети шаром від 8 до 18 см. Кювети розміщують на стелажах у попередньо простерилізованій парами формаліну бродильній камері. Через спеціальні повітроводи з потоком стерильного повітря поверхню середовища засівають вихідною музейною культурою. Як посівний матеріал використовують попередньо отримані і висушені спори (конідії) з розрахунку 50-75 мг конідій на 1 м 2 площі кювет [3].
Відомо кілька варіантів процесу: незмінний, незмінний із доливами і метод плівок. При незмінному режимі процес здійснюється на одному середовищі від моменту засіву спор до завершення стадії кислотоутворення. При використанні методу плівок, через 7 діб після завершення кислотоутворення, зброджений розчин меляси зливають з кювет, міцелій промивають стерильною водою і в кювети заливають нове середовище. Незмінний спосіб з доливами характеризується добавками меляси під плівку гриба на стадії кислотоутворення (30-35 % від початкового об'єму), так званий режим з підживленням субстратом. Це дозволяє підвищити вихід лимонної кислоти на 15-20 % з одиниці поверхні при скороченні витрат цукрів на 10-15 % в порівнянні з іншими методами.
В ході стадії ферментації на першому етапі (перші 24-36 год) відбувається інтенсивний ріст міцелію. Температура середовища в цей період стабілізується на рівні 32-34 о С, інтенсивність аерації становить 3-4 м 3 повітря за год/м міцелію. У період активного кислотоутворення подачу повітря збільшують в 5-6 разів. В результаті більш інтенсивного термогенезу температуру знижують до 30-32°С. У міру зниження процесу кислотоутворення режим аерації стає менш інтенсивним. Контроль процесу ведуть за показниками титруємої кислотності середовища. Процес вважають завершеним при залишковій концентрації цукрів близько 1-2 % і рівні титруємої кислотності 12-20 %. Вміст лимонної кислоти від рівня всіх кислот досягає 94-98 %. Зброджений розчин зливають у приймач і направляють на обробку; промитий міцелій використовують у кормовиробництві [4].
Починаючи з 1950 року, промислові процеси отримання лимонної кислоти стали переводити в умови глибинної культури. Стабільний процес можливий при його організації в дві стадії: ріст міцелію на повному середовищі в ході першої стадії і на другій (за відсутності фосфору в середовищі) - утворення лимонної кислоти. Глибинна ферментація проводиться в апаратах ємністю 50 м 3 із заповненням на 70-75 %. Як посівний матеріал використовують міцелій, підрощений також в умовах глибинної культури. У виробничому апараті, куди підрощений міцелій передається по стерильній посівній лінії, поживне середовище містить 12 - 15 % цукрів. Ферментацію проводять при 31-32°С при безперервному перемішуванні. В ході процесу кислотоутворення (5-7 діб) реалізують інтенсивний режим аерації (до 800-1000 м 3 /год) із додаванням цукрів, 2-3 підживлення. Вихід лимонної кислоти становить від 5 до 12 %, залишкова концентрація цукрів - 0,2-1,5 %, частка цитрату - 80-98 % від суми всіх органічних кислот [1].
Умови ферментації Aspergillus niger в середовищі з вуглеводами: для виробництва лимонної кислоти потрібна висока концентрація цукру (140-240 г/л). При більш низьких концентраціях накопичується більше щавлевої і менше лимонної кислоти. Asp . niger не використовує сахарозу, але частина її розкладається під час стерилізації. Крім того, гриби містять позаклітинну, зв'язану з міцелієм інвертазу, активну в кислих умовах ферментації, яка каталізує швидкий гідроліз сахарози [5].
Найчастіше в якості джерела вуглецю і енергії використовують цукрову або очеретяну мелясу або сахарозу, картопляний крохмаль, гідролізати крохмалю, глюкозний сироп. Якщо використовують крохмаль, то його гідролізують власні амілази гриба або ті, які додаються ззовні [2].
Новий штам Aspergillus niger ВКПMF - 696 - продуцент лимонної кислоти, отриманий в процесі селекції із штаму, що зберігається в музеї ВНІІ ПАКК. Штам ВКПMF - 696 утворює округлі, конідії кремового забарвлення, середнього діаметру 3,8 мкм, стеригми двошарові довжиною 12,5 мкм і 6,8 мкм. Активно ферментує сахарозо-мінеральні поживні середовища та середовища, отримані в результаті гідролізу крохмалю. Володіє стійкою активністю кислотоутворення і стабільно високим (82,2-90 %) виходом лимонної кислоти від цукру протягом 12 місяців зберігання штаму [6].
У мелясі міститься близько 48-50 % сахарози, але також велика кількість зольних елементів. Мелясу розбавляють слабкою сірчаною кислотою до концентрації 15-20 % цукру, рН встановлюють 5,5-6,5. Перед стерилізацією меляси її обробляють гексаціанофератом Са або катіонними обмінниками для видалення металів [7].
Селекціонований штам Aspergillus niger ВКПМF - 719 володіє високою активністю утворення лимонної кислоти при глибинному культивуванні на середовищах зі згущеного соку сорго, утворюючи 18,0 - 18,7 г/дм 3 на добу лимонної кислоти. При цьому конверсія цукрів поживного середовища в лимонну кислоту складає 79,2-80,1 % [8].
Як джерело азоту використовують солі амонію (2-2,5 г/л), переважно (NH 4 ) 2 SО 4 ; його утилізація супроводжується зниженням рН середовища нижче 2,0, що необхідно для синтезу лимонної кислоти.
Фосфор - важлива поживна речовина, що має значення в регуляції синтезу лимонної кислоти. Якщо підтримується ліміт металевих іонів, то ефект Р мало виражений, в протилежному випадку ліміт по фосфору дає хороший ефект. При високій концентрації фосфору акумулюється багато цукрових кислот замість лимонної.
Якщо вміст мікроелементів збалансований, то інші фактори (концентрація цукру, Р та ін) проявляють незначні ефекти. Asp . niger вимагає для росту всі мікроелементи, але ліміт за деякими, особливо для глибинної ферментації, має критичне значення. Певний вплив мають іони Zn, Fe і Мn. Останній в концентрації 3 мг/л сильно знижує вихід лимонної кислоти. Іони Сu служать противагою не Fe-іонам, як раніше вважали, а Mn-іонам. Сu служить інгібітором поглинання, який вважається критичним металом і діє на рівні синтезу білка. Для максимального синтезу цитрату достатньо 0,05 - 0,2 ppm Fe. Zn 2+ виконує регулювання процесу ферментації (1 ppm = 10 - 12 М). При концентрації 1-2 мкмоль він сприяє проходженню ростової фази, але при концентрації менше 1 мкмоль обмежує ріст. Додавання Zn 2+ в надлишку до культури, яка продукує цитрат, обертає ферментацію в першу фазу. Вважають, що дефіцит Zn 2+ служить сигналом для культури про перехід з ростової фази в продуктивну. Припускають також, що Zn 2+ має непряме значення для функціонування циклічного AMP (сАМР). Якщо додавання сАМР під час виробничої фази посилює утворення цитрату, то внесення Zn 2+ затримує синтез кислоти. Велика частина лимонної кислоти утворюється клітинами, що не ростуть [1].
У період ідіофази значення рН потрібно підтримувати нижче 2,0, щоб пригнітити утворення щавлевої і глюконової кислот. Остання утворюється під дією глюкозооксидази, активність якої збільшується при підвищенні рН > 4,0, але при рН < 2,0 фермент інактивується. Під час трофофази початковий рН ~ 5,0 [3].
Новий штам гриба Aspergillus niger ВКПМF - 718 - продуцент лимонної кислоти з високою активністю кислотоутворення. Використання нового штаму у виробництві лимонної кислоти дозволяє вести процес при більш низьких значеннях pH середовища, що істотно знижує ризик виникнення інфекції в середовищі, при цьому вихід лимонної кислоти зростає в середньому на 10 %. Крім того, штам адаптований до ферментації в безперервному режимі [9].
Аерація має критичне значення для глибинної ферментації. Пропускання чистого О 2 збільшує утворення лимонної кислоти, але це дорого; газова фаза може рециркулювати, якщо при цьому поглинається СО 2 . Переривання аерації на короткий час може мати згубний вплив на синтез лимонної кислоти, але якщо при цьому підвищити рН з 3,0 до 4,0, то ферментація може розпочатися знову [3].
Гексаціаноферат (HCF) підтримують у розчині в невеликому надлишку. При цьому він не тільки зв'язує іони металів, а й дещо обмежує ріст гриба. Зазвичай вносять 10 - 200 мг HCF на один літр у залежності від якості та сорту сировини і проводять обробку гарячого розчину. Занурена культура Asp . niger менш стійка до HCF, ніж поверхнева.
Поряд з Сu 2+ і HCF нижчі спирти - метанол, етанол, n-пропанол, ізопропанол і метилацетат в концентрації від 1 до 5% - відносять до важливих добавок середовищ, виготовленних з природньої сировини [2].
Новий штам гриба Aspergillus niger ВКПМ F - 722 - продуцент лимонної кислоти, який здатний синтезувати лимонну кислоту з 80 % виходом від етилового спирту, що міститься в середовищі, 110 % - вим від суміші етилового спирту і сахарози. Використання штаму дозволяє застосовувати в якості вуглецевовмісного субстрату цукровмісні середовища з підвищеним вмістом етилового спирту [10].
Природні масла, особливо ті, які містять багато ненасичених жирних кислот, сприяють збільшенню виходу цитрату. Жири часто використовують як антиспінювачі. Під час ферментації рекомендують підтримувати 0,05 - 0,3 % жирних кислот.
Перекис водню стимулює утворення лимонної кислоти, очевидно, за рахунок збільшення О 2 в середовищі при своєму розкладанні. Крім зазначених сполук стимулюючу дію на вихід лимонної кислоти грибами надають 4-метил-беліферон, четвертинні амонійні основи, аміноксими, крохмаль, ЕДТА, ПАРи, вермикуліт [4].
Новий штам продуцент лимонної кислоти - Aspergillus niger BKPM F - 681. Штам отриманий шляхом селекції, має чорне забарвлення колоній, конідії діаметром 3,4 - 4,6 мкм. Відрізняється високою продуктивністю біомаси, утворює 11,8 - 18,7 г лимонної кислоти на 1 г повітряно-сухого міцелію [11].
Типовий склад основного середовища для синтезу цитрату Asp . niger наступний: загальна кількість редукуючих цукрів (меляса, сахароза) - 14-15 %; джерело N - 0,25 %; КН 2 РО 4 - 0,10-0,15 %; MgSО 4 •7H 2 О - 0,02-0,25 %; рН: мелясні середовища - 5,0-6,0, сахарозні середовища - 2,0-3,0 [5].
Дослідження штамів мікроорганізмів. Використання мутантів мікроорганізмів. Промисловий синтез амінокислот. Мікробіологічний синтез глутамінової кислоти, лізину, метіоніну, треонина, ізолейцину та триптофану. Ход реакцій і блокуванням етапів синтезу. реферат [34,9 K], добавлен 25.08.2010
Визначення поняття, структури, основних властивостей та функцій дезоксирибонуклеїнової кислоти, ознайомлення з історією її відкриття. Поняття генетичного коду. Розшифровка генетичного коду людини як найбільше відкриття біогенетиків кінця ХХ століття. реферат [36,3 K], добавлен 19.06.2015
Застосування регуляторів росту в сучасних технологіях виробництва продукції рослинництва. Роль фітогормонів в обміні речовин та морфогенезі клітини. Дослідження впливу розчину бета-індолілоцтової кислоти на морфометричні показники проростків рослин. статья [16,7 K], добавлен 02.12.2014
Поняття та загальна характеристика насичених жирних кислот, їх класифікація та різновиди, головні функції в організмі людини. Значення рибосом, їх внутрішня структура та функції, типи та відмінні особливості. Водорозчинні вітаміни групи В, їх будова. контрольная работа [639,1 K], добавлен 17.12.2014
Біотехнологія мікроорганізмів та їх різноманітний світ. Створення мікроорганізмів-продуцентів та отримання генетичних рекомбінантів. Застосування рекомбінантних ДНК для переносу природних генів. Виробництво харчових білків, амінокислот та вітамінів. реферат [21,8 K], добавлен 16.01.2013
Поняття про ліпіди - низькомолекулярні речовини з гідрофобними властивостями. Перетравлювання жирів у шлунково-кишковому тракті. Окислення гліцерину, пов'язане з утворенням оцтової кислоти, яка у вигляді ацетил-КоА втягується в цикл трикарбонових кислот. реферат [50,2 K], добавлен 20.11.2015
Дослідження властивостей гіберелінів, групи гормонів рослин, які регулюють ріст і різноманітні процеси розвитку. Характеристика етапів синтезу гіберелінів. Огляд методу зануреного культивування грибів фузарій. Вплив аерації та температури на біосинтез. реферат [961,4 K], добавлен 10.01.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Характеристика біосинтетичної активності мікробних продуцентів органічних кислот та вплив на неї основних факторів (на прикладі обраної культури) контрольная работа. Биология и естествознание.
Решебник Контрольных Работ По Алгебре 7 Класс
Контрольная работа: Информационная сфера как сфера правового регулирования
Реферат по теме Тактика огляду місця події і трупа
Реферат по теме История религиозных верований
Учебное пособие: Построение Декарта
Дипломная работа по теме Правовой статус некоммерческих организаций в РФ
Контрольная работа по теме Понятие и задачи следственной тактики
Мини Сочинение Я Хочу Стать Врачом
Реферат По Истории Задачи
Местное Самоуправление В Германии Курсовая
Курсовая Работа На Тему Педагогическая Этика Учителя
Реферат: Бюджетная система в США. Скачать бесплатно и без регистрации
Дипломная работа: Расчет и проектирование дискового долбяка и участка инструментального цеха
Доклад: Angel
Реферат 44 Фз Расчет Нмцк
Реферат: Проблемы разграничения доходов между бюджетами разных уровней в системе бюджетного федерализма
Отчет по практике по теме Характеристика АО "Казкоммерцбанк"
Курсовая работа по теме Сущность инфляции. Предпосылки появления
Эссе По Философии Типы Противоречий
Реферат: Особенности методологии валеологии
Правила безопасности на морских судах - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда курсовая работа
Птицы: общая характеристика - Биология и естествознание доклад
Фауна и экология птиц окрестностей села Семёновское - Биология и естествознание курсовая работа