Химия. Эконология. Биотехнология
.pdfмов полезных микроорганизмов, которые не всегда понятны для широкого круга покупателей.
Основным свойством молочнокислых бактерий, на основе которых их объединяют в отдельную группу, является способность образовывать молочную кислоту в качестве основного продукта брожения. По характеру образования продуктов сбраживания сахаров подразделяются на гомоферментативные и гетероферментативные. По форме клеток молочнокислые бактерии представляют собой кокки сферической или эллипсовидной формы и палочки разной длины. Относятся к группе анаэробных микроорганизмов, требовательны к составу питательных сред. Элективной средой их культивирования является молоко и молочные продукты.
Значение молочнокислых бактерий определяется их физио- лого-биохимическими, антибиотическими и пробиотическими свойствами. Их бактерицидное и бактериостатическое действие на вредную микрофлору широко используется в пищевой промышленности, медицине, ветеринарии и в сельском хозяйстве.
Целью данной работы является изучение антибактериальных свойств молочнокислых бактерий, выделенных из различных источников.
На первоначальном этапе работы производился подбор сред для выделения и культивирования молочнокислых бактерий. Наиболее приемлемыми средами в наших условиях оказалась питательная среда Теппера, приготавливаемая на обрате после трехсуточной ферментативной обработки молока, и синтетическая среда MRS, содержащая пептон и неорганические соли.
Выделение бактерий проводили из различных продуктов, полученных при молочнокислом брожении. Отрабатывается методика определения антибиотических свойств выделенных молочнокислых бактерий, основанная на способности антимикробных веществ диффундировать в плотные агаризованные среды и образовывать зоны подавления роста тест-организма.
51
elib.pstu.ru
УДК 664.579
Ф.А. Ковалев, А.В. Виноградова
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
СГУЩЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ СУСПЕНЗИИ
Завершающей стадией любого биотехнологического процесса является выделение целевого продукта. Независимо от того, накапливается ли продукт в клетке или в культуральной среде, или же продуктом является сама биомасса, требуется отделение клеток микроорганизмов от среды. В последнее время все более актуальным становится вопрос отделения микроорганизмов в технологии очистки сточных вод и подготовки воды, т.е. выделение клеток из малоконцентрированных суспензий.
Наиболее разработанными и реализуемыми технологическими методами сгущения суспензии микроорганизмов являются центрифугирование, флотация, фильтрование и мембранное разделение.
Процессы сгущения биосуспензии обладают специфическими особенностями по сравнению с аналогичными процессами в химической и других отраслях промышленности в силу малых размеров микроорганизмов, саморегуляции и разрушения биосистем при изменении внешних условий.
К настоящему моменту в промышленном пищевом производстве, а именно в пивоварении, к концу основного технологического процесса образуется избыточное количество так называемых пивных дрожжей, которые затем сбрасываются на очистные сооружения и тем самым увеличивают их загруженность.
Однако пивные дрожжи можно рассматривать как резерв в получении добавок пищевого и кормового достоинства. Их питательная ценность определяется в первую очередь богатым ви-
52
elib.pstu.ru
таминным составом, а аминокислотный состав характеризуется хорошей сбалансированностью незаменимых аминокислот.
Благодаря высокой пищевой ценности и низкой себестоимости (являются отходом пивоваренного производства), остаточные пивные дрожжи могут быть использованы для обогащения, например, пивной дробины белком при скармливании ее скоту.
Концентрирование суспензии остаточных пивных дрожжей вышеупомянутыми методами не может быть реализовано из-за сравнительно небольших объемов их образования и эксплуатационных затрат практикуемых методов сгущения.
Перспективными направлениями в этом случае могут явиться процессы седиментации с использованием коакулянтов и флокулянтов, а также другие способы физико-химического воздействия на биосуспензии, например, электрофлотация.
Начаты исследования по возможности сгущения суспензии пивных дрожжей методом осаждения с использованием биофлокулянтов. Преимуществами данного метода видятся его низкая энергозатратность и себестоимость. В качестве биофлокулянтов планируется использовать белковую фракцию биомассы, в данном случае реагентом – биофлокулянтом и продуктом концентрирования являются сами дрожжи.
53
elib.pstu.ru
УДК 576.8.282
Т.В. Еремеева, А.В. Виноградова
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ВЛИЯНИЕ ИОНОВ Zn2+ И Cd2+ НА МЕТАБОЛИЗМ ДРОЖЖЕЙ CANDIDA UTILIS
Роль микробиологических процессов в жизни человечества возрастает и будет возрастать в обозримом будущем. Расширяется круг областей, в которых используются микроорганизмы и их метаболиты. Питание людей и животных предполагает выращивание продуцентов белка, в широком смысле – трансформацию несъедобных материалов в продукты пищевого и кормового достоинства. Качество получаемой продукции относится к числу основополагающих, составляющих конкурентоспособность продукции, при оценке качества которой учитывается не только биологическая ценность, но и безвредность.
При производстве кормовых белковых продуктов на отходах производства и углеводородах нефти содержание тяжелых металлов нормируется требованиями ГОСТов. С учетом того, что Candida utilis является продуцентом белка на различных средах, вопросы влияния и накопления металлов на биомассу весьма актуальны с точки зрения эффективности биосинтеза и безвредности получаемой биомассы.
Роль тяжелых металлов по отношению к микроорганизмам двойственна. Многие из них участвуют в биохимических процессах внутри клетки и поэтому в определенных концентрациях являются необходимыми для нормального функционирования. В то же время металлы в избыточных концентрациях способны подавлять жизнедеятельность микроорганизмов: они блокируют ферментные системы, разрушают целостность клеточных стенок, смещают сбалансированные процессы метаболизма и т.д.
54
elib.pstu.ru
Взаимодействие микроорганизмов с металлами зависит от окружающих условий, индивидуальных свойств металла или его соединений, их миграционных, сорбционных характеристик, комплексообразующей способности, токсичности и т.д.
Целью исследования явилось выяснение влияния ионов цинка и кадмия на процесс биосорбции дрожжевыми клетками и качество получаемой биомассы.
Дрожжи Candida utilis выращивались на синтетической питательной среде Ридер в качалочных колбах при температуре 36 оС с числом оборотов качалки 180 об/мин. Ионы цинка и кадмия вносились в виде растворов солей ZnSO4 7Н2О,
CdSO4 8Н2О.
Внесение ионов цинка и кадмия в культуральную среду в экспоненциальной фазе роста микроорганизмов показало, что металлы интенсивно сорбируются клетками дрожжей в первые минуты контакта с последующим постепенным снижением скорости их поглощения. В начальный период времени контакта металлы сорбируются компонентами клеточной стенки, а затем происходит их внутриклеточное накопление с участием мембранных переносчиков ионов.
Величина удельного поглощения металла микроорганизмами повышается с увеличением времени контакта клеток с металлом. Так, биомасса клеток при ее контакте с металлом в течение 0,5 ч накапливала ионы кадмия в количестве 1,49 мг/г, а при 20 ч – 5,23 мг/г. Таким образом, увеличение удельного поглощения составило 71,5 %.
В присутствии ионов цинка в концентрации 300 мг/л удельная скорость роста снижается на 70 %, а выход биомассы – на 27,7 %. Внесение в среду кадмия в концентрациях 10, 34 и 205 мг/л снижает удельную скорость роста соответственно на 41,7; 72,3 и 80,6 %, а съем биомассы с единицы сырья на 70 %.
Промывка дрожжевой суспензии позволяет снизить концентрацию ионов металлов в биомассе. При этом наибольшим десорбирующим эффектом обладает 0,8%-й раствор NaCl.
55
elib.pstu.ru
Исследованы также вопросы аккумуляции этих металлов дрожжевыми клетками в присутствии ионов магния и сахаров.
Таким образом, показано, что ионы цинка и кадмия при присутствии их в среде культивирования влияют на метаболизм дрожжевой клетки, снижая удельную скорость роста, накопление биомассы и синтез белка.
УДК 628.3
А.С. Пепеляева, Г.А. Козлова
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
БИОДЕГРАДАЦИЯ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ СТОЧНЫХ ВОД АССОЦИАЦИЕЙ МИКРООРГАНИЗМОВ
В настоящие время в Пермском крае существует большое количество предприятий по нефтепереработке и нефтехимии. Сточные воды этих предприятий высокотоксичны и при существующих объемах водоотведения представляют собой серьезную экологическую опасность. Очистка этих стоков до параметров, предусмотренных действующими в настоящее время нормативными требованиями, традиционными способами практически невозможна.
Наиболее перспективным способом ликвидации нефтяных загрязнений является биоремедиация с помощью углеводородокисляющих микроорганизмов. В последние годы расширяется применение смешанных культур микроорганизмов и их природных ассоциаций, так как при изменении кинетических параметров роста микроорганизмов в смеси возникает возможность в зависимости от целей направить развитие популяций по пути
56
elib.pstu.ru
устойчивого сосуществования, доминирования или элиминирования одной из культур. Но при этом нефтеокисляющие штаммы, интродуцируемые в загрязненную воду, должны обладать определенными свойствами: высокой метаболической активностью и скоростью потребления углеводородов нефти, конкурентной способностью по отношению к аборигенным углеводородокисляющим микроорганизмам и способностью к длительному выживанию в изменяющихся условиях окружающей среды.
Целью данной научной работы является установление закономерности роста смешанных культур алканотрофных микроорганизмов на жидких средах, содержащих нефтяные углеводороды, такие как гексадекан.
В настоящие время экспериментально установлено, что динамика роста индивидуальных исследуемых культур значительно ниже по сравнению с их ассоциацией. Изучены морфологические и культуральные признаки, позволяющие различать эти штаммы.
Следующий этап работы – изучение влияния концентрации субстрата на рост ассоциации углеводородокисляющих микроорганизмов, а также влияния соотношения концентраций исследуемых штаммов на скорость биодеградации нефтяных углеводородов.
57
elib.pstu.ru
УДК 634.0.861
В.А. Гущина, В.С. Бевзюк, М.В. Постникова
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ К ФЕРМЕНТАТИВНОМУ ГИДРОЛИЗУ
Древесина и различные древесные отходы представляют cобой лигноцеллюлозный материал, который может быть использован для получения глюкозы. Глюкоза является основой для технологий различных видов топлива будущего.
Осахаривание древесной биомассы можно осуществить кислотным или ферментативным гидролизом сырья.
При практической реализации ферментативного гидролиза возникают большие трудности, связанные со сложным составом и структурой древесного сырья. Поэтому для создания эффективной технологии ферментативного гидролиза растительного сырья требуется его предварительная обработка, направленная на разрушение кристаллической структуры целлюлозы и полное или частичное удаление лигнина.
Одним из методов разделения компонентов растительной клетки является процесс делигнификации, предусматривающий получение целлюлозы. В качестве способа делигнификации древесного материала нами был выбран способ делигнификации древесины органосольвентным раствором на основе уксусной кислоты и пероксида водорода. Этот способ позволяет разделить древесный материал на целлюлозу, гемицеллюлозы и лигнин. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными способами, применяемыми сегодня на промышленных предприятиях, вырабатывающих техническую целлюлозу.
58
elib.pstu.ru
В данной работе изучается процесс подготовки древесного сырья к ферментативному гидролизу на опилках из древесины березы и ели. По стандартным методикам в них было определено содержание основных компонентов (лигнин, целлюлоза, трудногидролизуемые и легкогидролизуемые полисахариды). Для предобработок использовались растворы: 10%-я надуксусная кислота и водный состав на основе уксусной кислоты и пероксида водорода. В качестве катализатора использовалась серная кислота. Для некоторых образцов перед обработкой органосольвентным раствором был проведен водный предгидролиз для выделения гемицеллюлозных сахаров с целью повышения эффективности ферментативного гидролиза целлюлозы. Выделяемые гемицеллюлозные сахара можно использовать для получения кормовых дрожжей, пока нет возможности использовать их на производство биоэтанола. Применение 10%-й надуксусной кислоты для обработки позволяет выделять почти всю углеводную часть, растворяя весь лигнин.
Водные растворы уксусной кислоты и пероксида водорода с добавкой катализатора и обработка таким раствором опилок при температуре 98–100 ºС позволили получить техническую целлюлозу (твердый остаток) с содержанием лигнина 3,8–6,0 % при продолжительности обработки 240 мин. Водный предгидролиз позволил отделить гемицеллюлозные легкогидролизуемые сахара, при этом содержание лигнина в целлюлозе снижается незначительно по сравнению с обработкой без предгидролиза. Содержание редуцирующих сахаров в водном гидролизате при этом составляет 1,9–2,4 %. Полученный целлюлозный материал был использован в качестве субстрата для ферментативного гидролиза. Проведенный ферментативный гидролиз показал пригодность полученного нами целлюлозного материала на основе древесных опилок из древесины березы и ели к ферментативному гидролизу. Продолжаются исследования выделения микроорганизмов, разлагающих целлюлозу, обрабатываются условия ферментативного гидролиза древесного сырья и определяются оптимальные условия его подготовки к ферментативному гидролизу.
59
elib.pstu.ru
УДК 676.1.022.148
М.В. Теплоухова, А.И. Тарасова
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФЛОКУЛЯНТА НА РЕЗУЛЬТАТЫ ЩЕЛОЧНЫХ ВАРОК ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Древесина является уникальным возобновляемым природным ресурсом. Крупнейшей отраслью химической переработки древесины является целлюлозно-бумажная промышленность, вырабатывающая техническую целлюлозу для производства различных видов бумаги и картона, а также для получения искусственных волокон, пластических масс, бездымного пороха, кинопленки, лаков и др. В РФ на долю целлюлозно-бумажной промышленности приходится 15 % всего объема заготавливаемой древесины, что примерно составляет более 60 млн м3 в год.
Интенсивное потребление древесины привело к опасности истощения лесных ресурсов. Поэтому одним из путей совершенствования существующих способов получения целлюлозы является повышение выхода и прочности целлюлозы после варки, что соответственно позволит уменьшить расход древесины на 1 т получаемой целлюлозы, а также расход целлюлозы на 1 т бумаги.
Вданной работе с целью повышения выхода и качества целлюлозы исследовано влияние добавки в сульфатный и натронный варочные растворы флокулянта Праестол.
Вкачестве сырья для получения целлюлозы была использована щепа из древесины березы. Варки проводили при температуре 165 °С по традиционным режимам в лабораторных батарейных автоклавах емкостью 500 мл на глицериновой бане с электрообогревом. Варочный раствор для варок готовили в лабораторных условиях. В качестве основных варочных реагентов
60
elib.pstu.ru