Біоконверсія соняшникової олії в поверхнево-активні речовини acinetobacter calcoaceticus IMB B-7241 i nocardia vaccinii IMB B-7405

Размещено на http://www.allbest.ru/

Біоконверсія соняшникової олії в поверхнево-активні речовини acinetobacter calcoaceticus imb b-7241 i nocardia vaccinii imb b-7405

І.Ю. Павлюковець, студ., Л.В. Никитюк, студ.

Х.А. Берегова, асп., Т.П. Пирог, д-р біол. наук

Національний університет харчових технологій

УДК759.873.088.5:661.185

BIOCONVERSION OF SUNFLOWER OIL INTO SURFACTANTS OF ACINETOBACTER CALCOACETICUS IMV B-7241 AND NOCARDIA VACCINII IMV B-7405

I. Pavlyukovets, L. Nikityuk, K. Beregovaya, T. Pirog

National University of Food Technologies

ABSTRACT

The possibility of increasing biosurfactants synthesis under cultivation of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 and Nocardia vaccinii IMV B-7405 on sunflower oil was studied.

It was established that increasing the concentration of sunflower oil in basic medium for IMV B-7405 and IMV B-7241 strains cultivation from 2 to 5 % was accompanied by decrease of biosurfactants synthesis. However, increasing urea in 3--4 times (up 1,0--1,35 g/l) allowed to increase the amount of biosurfactants synthesized by A. calcoaceticus IMV B-7241 in the medium containing 6--7 % of sunflower oil up to 9,2--11,2 g/l, that almost 2--2.5 times higher than in the basic medium with the lower concentration of the carbon and nitrogen sources.

The obtained results indicate the possibility of biosurfactants synthesis under A. calcoaceticus IMV B-7241 and N. vaccinii IMV B-7405 cultivation in the medium with a high content of sunflower oil.

БИОКОНВЕРСИЯ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА В ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ACINETOBACTER CALCOACETICUS IMB В-7241 И NOCARDIA VACCINIIІМВ В-7405

И.Ю. Павлюковец, Л.В. Никитюк, К.А. Береговая, Т.П. Пирог

Национальный университет пищевых технологий

Показана возможность использования подсолнечного масла в качестве субстрата для биосинтеза поверхностно-активных веществ (ПАВ) Acinetobacter Calcoaceticus IMB В-7241 и Nocardia Vaccinii IMB В-7405. Установлено, что увеличение концентрации подсолнечного масла в базовой среде культивирования штаммов IMB В-7405 и IMB В-7241 с 2 до 5 % соровождалось снижением показателей синтеза ПАВ. Однако повышение содержания мочевины в 3--4 раза (до 1,0--1,35 г/л) позволило увеличить количество поверхностноактивных веществ, синтезированных A. calcoaceticus IMB В-7241 на среде, содержащей 6-- 7 % подсолнечного масла, до 9,2--11,2 г/л, что почти в 2--2,5 раза выше, чем на базовой среде с более низкой концентрацией иточников углеродного и азотного питания. Ключевые слова: Acinetobacter Calcoaceticus IMB В-7241, Nocardia Vaccinii IMB В-7405, маслосодержащий субстрат, микробные поверхностно-активные вещества.

Показано можливість використання соняшникової олії як субстрату для біосинтезу поверхнево-активних речовин (ПАР) Acinetobacter Calcoaceticus IMB B-7241 і Nocardia Vaccinii IMB B-7405. Встановлено, що збільшення концентрації соняшникової олії у базовому середовищі культивування штамів IMB В-7405 та ІМВ В-7241 з 2 до 5 % супроводжувалося зниженням показників синтезу ПАР. Проте підвищення вмісту сечовини в 3--4 рази (до 1,0--1,35 г/л) дало змогу збільшити кількість поверхнево-активних речовин, синтезованих A. Calcoaceticus ІМВ В-7241 на середовищі з 6--7 % соняшникової олії, до 9,2--11,2 г/л, що майже в 2--2,5 рази вище, ніж на базовому середовищі з нижчою концентрацією джерел вуглецевого і азотного живлення. Ключові слова: Acinetobacter Calcoaceticus IMB В-7241, Nocardia Vaccinii IMB B-7405, олієвмісний субстрат, мікробні поверхнево-активні речовини.

На сьогодні синтетичні поверхнево-активні речовини (ПАР) є лідерами на ринку хімічних сполук. Вони використовуються в різних галузях промисловості, медицині та сільському господарстві. Щорічно у світі виробляється близько 13 млн т синтетичних ПАР [1]. Проте істотним їх є токсичність і стійкість до біологічної деструкції. Альтернативної заміною синтетичним ПАР можуть стати мікробні поверхнево-активні речовини, позбавлені цих недоліків [1, 3].

ПАР мікробного походження характеризуються постійними властивостями в широкому діапазоні температури і pH, а також їх можна отримувати з різних промислових відходів [1 -- 4]. Раніше [4--6] із забруднених нафтою зразків ґрунту було виділено нафтоокиснювальні бактерії, ідентифіковані як Acinetobacter Calcoaceticus ІМВ В-7241 і Nocardia Vaccinii IMB В-7405 та встановлено їх здатність синтезувати метаболіти з поверхнево-активними і емульгувальними властивостями на вуглеводневих і гідрофільних (етанол, гліцерин) субстратах. Однак, на сьогоднішній день перспективними субстратами для отримання мікробних ПАР є різні рослинні олії, в тому числі й відпрацьовані (пересмажені) [1--3]. Так, Candida bombicola АТСС22214 і Candida antarctica синтезували 15,25 і 13,86 г/л софороліпідів на середовищі, що містило олію ятрофи (100 г/л) і соєву олію (65 г/л) відповідно [1, 2]. Культивування Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853 на середовищі з соняшниковою олією (3,5 %) супроводжувалося утворенням 4,07 г/л ПАР [3].

У той же час нам не вдалося знайти в літературі відомостей про синтез ПАР на олієвмісних субстратах бактеріями родів Acinetobacter і Nocardia.

У роботі [7] ми встановили можливість синтезу поверхнево-активних речовин A. Calcoaceticus ІМВ В-7241 і N. Vaccinii ІМВ В-7405 на відходах олійно-жирової промисловості (фузи).

Зазначимо, що в Україні викиди відпрацьованої соняшникової олії в навколишнє середовище не регламентуються, а одним з шляхів утилізації цього токсичного відходу є використання його як субстрату в біотехнологічних процесах. У зв'язку з викладеним вище мета даної роботи -- дослідити можливість синтезу ПАР A. Calcoaceticus ІМВ В-7241 і N. Vaccinii ІМВ В-7405 на соняшниковій олії.

Матеріали та методи. Об'єкти дослідження -- штами A. Calcoaceticus ІМВ В-7241 і N Vaccinii ІМВ В-7405, зареєстровані в Депозитарії мікроорганізмів Інституту мікробіології і вірусології ім. Д. К. Заболотного Національної академії наук України.

Штам A calcoaceticus ІМВ В-7241 культивували на рідкому поживному середовищі (г/л): (NH2)2CO -- 0,35; MgS04x7H20 -- 0,1; NaCI -- 1,0; Na2HP04 -- 0,6; КН2Р04 -- 0,14. У середовище додатково вносили дріжджовий автолізат --0,5% (об'ємна частка) і розчин мікроелементів -- 0,1% (об'ємна частка). Розчин мікроелементів містив (г/100 мл): ZnS04x7H20 -- 1,1; MnS04xH20 -- 0,6; FeS04x7H20 -- 0,1; CuS04x5H20 -- 0,004; CoS04x7H20 -- 0,03; H3B03 -- 0,006; Kl -- 0,0001; ЕДТА (трилон Б) -- 0,5.

N. vaccinii ІМВ В-7405 культивували на середовищі такого складу (г/л): NaN03 -- 0,5; MgS04x7H20 -- 0,1; СаСІ2х2Н20 -- 0,1; КН2Р04 -- 0,1; FeS04x7H20 -- 0,01. Додатково в середовище вносили дріжджовий автолізат (0,5 %, об'ємна частка).

Як джерело вуглецю використовували соняшникову олію в концентрації 2--7 % (за об'ємом). В одному з варіантів у середовищі культивування збільшували вміст джерела азоту в 2--3 рази для N. Vaccinii ІМВ В-7405 та в 2--4 рази для A Calcoaceticus ІМВ В-7241.

Як посівний матеріал використовували культури з експоненційної фази росту, вирощені на відповідних рідких середовищах, що містили 1% (масова частка за вуглеводами) меляси як джерела вуглецю. Зазначимо, що з метою скорочення тривалості лаг-фази в біотехнологічних процесах використовують однакові субстрати [8] як в середовищі для отримання інокуляту, так і біосинтезу цільового продукту. Проте раніше [4] було показано, що використання інокуляту, вирощеного на мелясі, супроводжувалося підвищенням синтезу ПАР A calcoaceticus ІМВ В-7241 і N. Vaccinii ІМВ В-7405 на олієвмісних субстратах.

Кількість посівного матеріалу становила 10 % від об'єму поживного середовища. Культивування здійснювали в колбах об'ємом 750 мл з 100 мл середовища на качалках (320 об / хв) при 28--ЗО °С упродовж 120 год.

Здатність до синтезу ПАР оцінювали за такими показниками: умовна концентрація ПАР (ПАР*, безрозмірна величина), а також кількість синтезованих ПАР (г/л), які визначали як описано раніше [4--6, 8].

Усі досліди проводили в 3 повторах, кількість паралельних визначень в експериментах становила 3--5. Статистичну обробку експериментальних даних здійснювали за Лакіним [9]. Відмінності середніх показників вважали достовірними на рівні значимості р < 0,05.

Результати та обговорення. Показники синтезу ПАР за умов росту A. Calcoaceticus ІМВ В-7241 і N. Vaccinii ІМВ В-7405 на середовищі з різними концентраціями соняшникової олії наведено у табл. 1.

Таблиця 1. Синтез пар A. Calcoaceticus I MB В-7241 і N. Vaccinii ІМВ В-7405 на середовищі з різними концентраціями олії