Способ получения биомассы микроорганизмов (его варианты)

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН «»..«.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTCPCHOMY АРВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3721334/28-13 (22) 08.02.84 (46). 28.02.86. Бюл. ¹ 8 (71) Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР (72) А.Н.Шкидченко (53) 663.18(088.8) (56) Заявка Японии № 54-66339 кл. С 12 С 11/08, опублик. 1979.

Непрерывное культивирование микроорганизмов./Под ред. И.Малена и

З.Фенцеля. M.:Ïèùåâàÿ промышленность, 1968, с. 268. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Способ получения биомассы микроорганизмов, предусматривающий выращивание их в непрерывных условиях на жидкой питательной -среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли, с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта путем повышения скорости роста микроорганизмов, в процессе выращивания скорость протока питательной среды ступенчато повышают в 5-30 раз, повышение скорости протока осуществляют в 1,5-1,7 раза от

ÄÄSUÄÄ 1214753 А

СЯ) 4 С 12 И 1/00 /,/ (C 12 Х 1/60

С 12 R 1:72 1:119 ступени к ступени, поддерживают микроорганизмы на каждой ступени в течение 10-40 генераций, затем скорость протока снижают в 5-30 раз и поддерживают микроорганизмы в этом состоянии 10-40 генераций, при этом указанные операции повторяют 320 раз °

2. Способ получения биомассы микроорганизмов, предусматривающий выращивание их в непрерывных условиях на жидкой питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли, с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта путем повышения скорости роста микроорганизмов, в процессе выращивания исходную концентрацию любого источника питания в среде снижают ступенчато в 5-30 раз, снижение концентрации осуществляют в 2,0-2,5 раза от ступени к ступени, поддерживают микроорганизмы на каждой ступени в течение 10-40 генераций, затем повышают концентрацию источника питания до исходной и поддерживают микроорганизмъ| в этом состоянии 10-40 генераций, при этом указанные операции повторяют 3-20 раз.

1214753

Изобретение относится к способам культивирования микроорганизмов и может быть использовано в микробиологической, пищевой и медицинской промышленности, а также в исследовательской практике.

Целью изобретения является увеличение выхода биомассы за счет повышения скорости роста микроорганизмов.

Изменение величины фактора, ограничивающего скорость роста микроорганизмов в 5-30 раз, обусловлено тем, что ряд факторов (например источники фосфора или магния) весьма лабильны в клетках и их содержание в микробной биомассе может меняться в несколько раз без изменения удельной скорости роста исследуемых микроорганизмов. В этом случае для получения положительного эффекта концентрацию управляющего фактора приходится изменять в 20-30 раз. Другие факторы внешней среды, такие как источники углерода и азота, позволяк>т получить положительный эффект при гораздо меньших изменениях их концентрации в питательной среде.

Необходимость повторения указанных операций от 3 до 20 раз обусловлена высокой лабильностью разных групп микроорганизмов и, если для достижения положительного эффекта для дрожжей Candida utiIis было необходимо 4-кратное повторение описанных операций, то Capdida diddensii значительно увеличивала удельную скорость роста после 10-15 повторных воздействий. Указанное предлагаемом способе количество повторных воздействий получено экспериментально для различных микроорганизмов.

Пример 1. Дроюки Candida

utilis g-405 выращивают непрерывным способом в аппарате АНКУМ-2М на синтетической питательной среде следующего состава, г/л: NH NO 1,5;

КСР 0,3; NaCI 0,1; NgSOq 7Н O 0,25;

FeCI 0,0025, глюкоза 20. KH PO„ изменяют от 0,22 до 0,009, Na

1< NaOH. Рост дрожжей контролируют по оптической плотности постоянно

55 и по сухому весу в отбиравшихся пробах. Переменным фактором является концентрация фосфатов в питательной среде, которую ступенчато снижают в вышеуказанном диапазоне, каждая последующая концентрация в 2 раза ниже предыдущей, поддерживая культуру в каждом иэ стационарных состояний 30-ти генераций. После этого концентрацию фосфатов в среде повышают до исходной величины, стабилизирук т культуру в новом состоянии в течение 40 генераций и снова, как указано выше, снижают концентрацию фосфатов в среде ° Указанные операции повторяют 4 раза. При постоянной скорости протока среды Р=0,25 ч 1 концентрация биомассы в потоке в начале опыта составляла 3,25 г/л по

< ухому весу, а через 300 ч культивирования достигает 5,8 г/л, т.е. В03растает в 1 8 раза. Увеличение концентрации биомассы при постоянной скорости протока среды является следствием увеличения удельной скорости роста дрожжей С.uti7is в

1,8 раза.

Производительность процесса (ВХ) в контроле составила 3,25 гХ0,25 ч "=

=0,81 г/л/ч, а в опыте — 5,8 г к

«0,25 ч =1,45 г/zx/÷.

Контролем служило выращивание дрожжей Candida utiYis на данной питательной среде КН РО4 (0,22 г/л) и

N НРОq (0,43 г/л), максимальная удельная скорость роста составляла

0,5; ч, а после серии описанных воздействий — 0,71 ч -" (при периодическом выращивании).

Пример 2. Дрожжи Candida

diddensii ИБФМ-У-707 выращивают непрерывнькч способом в аппарате

АНКУМ-?М на синтетической питательной среде следующего состава, г/л: (NH>) SOq 3; NaC7 0,5; МяБО 7Н О 0,7;

СаСР О, 1; КН РО 1,0; K>HPO 1,О; глюкоз а 20. Микроэлементы, P/ë:

NnSO< 7H

PeS0 ч 200; CuSO .5H О 40. Культивирование ведут при 38 С, аэрации

1 л/л/мин, 800 об/мин мешалки, рН поддерживают в диапазоне 5,3-5,5 подтитровкой 1 " NaOH. Рост дрожжей контролируют по оптической плотности постоянно и по сухому весу в отбиравшихся пробах. Переменным фактором являлась скорость протока питательной среды, которую ступенчато

1214753 повышали от 0,05 до 1,5 ч "(каждая последующая скорость протока в

1,5 раза вьппе предыдущей), поддерживая культуру в каждом из стационарных состояний 30-ти генераций. Высокие скорости протока чередуют с низкими 10 раз.

Через 800 ч непрерывного культивирования максимальная удельная ско1 рость роста увеличилась до 1,5 ч или в 2,8 раза по сравнению с исходной.

Контролем служило выращивание

С.diddensii на данной питательной среде, максимальная удельная скорость роста составляла 0,53 ч

Продолжительность процесса при этом (П X) в контроле составила 1г °

« 0,53 ч =0 53 г/л/час, а в опытном .варианте — 3,2 г«1,5 ч "=4,8 л/ч биомассы.

Пример 3. Бактериальную культуру Е.cori .СМ 5199 выращивают непрерывным способом в аппарате

АНКУМ-2М на синтетической питательной среде следующего состава, г/л:

К НРО 7; КН РО 3; ИаСХ 3; (ИН„) SO>

5; М@ЯОс, . 7Н О 0,5; Na> Cq H>O 0,5;

FeSO 0,0028; СаСХ«0,2; глюкоза 5; микроэлементы. Культивирование ведут при 37 С, аэрации 1 л/л/мин, 800 об/мин мешалки.

Рост культуры контролируют по изменению оптической плотности. Переменным фактором является скорость протока питательной среды, которую ступенчато повьппают от 0 05 до 0,8 ч 1 (каждая последующая скорость протока в 1,5 раза выше предыдущей), поддерживая культуру в каждой из стационарных состояний 30-ти генераций.

Высокие скорости протока чередуются с низкими 12 раз. Через 320 ч непрерывного культивирования в указанном режиме удельная скорость роста возрастает до 0,8 ч или в

2,4 раза по сравнению с исходной.

Контролем служило выращивание

Е.cori на данной питательной среде, максимальная удельная скорость роста составляла 0,33 ч

П р и м. е р 4. Операции осуществляют по примеру 2, за исключением того, что скорость протока питательной среды повышают от 0 05 до

2,2 ч, поддерживая культуру в каждом из стационарных состояний 40 ге-, нераций, каждая последующая скорость протока в 1,5 раза вьппе предыдущей.

Высокие скорости протока чередуют с низкими 20 раз.

Через 1021 ч непрерывного культи5 вирования максимальная удельная скорость роста увеличилась до 2,2 ч или в 4 раза по сравнению с исходной.

Контролем служило выращивание !

О Candida diddensii на данной питательной среде, максимальная удельная скорость роста составляла 0,53 ч .

Производительность процесса в опытном варианте составляет 1,9 г « !

5 «2,2 ч 1= 4,18 г/л/ч биомассы.

Пример 5. Дрожжи Candida

uti1is У-405 выращивают непрерывным способом в аппарате АНКУМ-2М на синтетической питательной среде сле20 дующего состава, г/л: КН РО 3,54, Иа НРО 6,92; KCI 0,3; МаС2 О,1;

MgSOr,. 7Н О 0,25; РеС|з 0,0025, глюкоза 20,0, NH@NO изменяют от 1,5

25 до 0,188 ° Культивирование ведут при постоянной скорости протока среды

0,25 ч, аэрации 1 л/л/мин при

30 С. Поддерживают рН в- диапазоне

6,7-6,9 подтитровкой 1" NaOH. Рост дрожжей контролируют по оптической плотности постоянно 1и по сухому весу в отбиравшихся пробах. Переменным фактором является концентрация источника азота в питательной среде, которую ступенчато снижают в вьппе35 указанном диапазоне (каждая последующая концентрация в 2 раза ниже предыдущей), поддерживая культуру в каждом из стационарных состояний

20-ти генераций. После этого концен40 трацию источника азота в среде повышают до исходной величины, стабилизируют культуру в новом состоянии в течение 20-ти генераций и снова снижают концентрацию азота в среде.

45 Указанные операции повторяют 5 раз.

При постоянной скорости протока D =

= 0,25 ч " концентрация биомассы в начале опыта составляет 3,25 г/л по сухому весу, а через 340 ч куль"

50 тивирования достигает 5 35 г/л, т.е. возрастает в 1,6 раза. Увеличение концентрации биомассы при постоянной скорости протока среды является следствием увеличения скорости рос55 та дрожжей Cand.utifis в 1, 6 раза.

Выход биомассы в контроле составил 3,25 0,25 =0,81 г/л/ч, а в опыте 5,35 0,25 = 1,34 г/л/ч.

1214753

Составитель В.Голимбет

Редактор Л.Повхан Техред С.Мигунова Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 857/38 Тираж 490 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4

Контролем служило выращивание дрожжей С.ий Яз на данной питательной среде с 1,5 г/л NHqN0, максимальная удельная скорость роста составляла 0,54 ч,а после серии описанных воздействий достигала 0,67 ч "(при периодическом выращивании).

Пример 6. Все операции проводят по примеру 2, но скорость 1О протока питательной среды от ступени к ступени увеличивают в 1,7 раза.

Культуру поддерживают в каждом из стационарных состояний в течение

30-ти генераций. Высокие скорости 15 протока чередуют с низкими 12 раз.

Через 820 ч непрерывного культивирования максимальная удельная скорость роста увеличилась до 1,8 ч или в 3,4 раза. Производительность 2о процесса (9 Х) при этом в опытном варианте составила 2,8г 1,8 ч

5,04 г/л/ч, в контроле — 1 г

«0,53 ч =0,53 г/л/ч.

Пример 7. Все операции проводят по примеру 2, но скорость протока питательной среды от ступени к ступени увеличивают в 2 раза, скорость протока — в 40 раз, микроорганизмы поддерживают в течение 50 ге-ЗО нераций. После увеличения скорости протока среды в 2 раза культура не переходит в стабильное состояние и вымывается полностью из ферментера.

Пример 8. Все операции проводят по примеру 5., но концентрацию источника азота в подаваемой питательной среде снижают в 2,5 раза, поддерживая культуру в каждом из стационарных состояний в течение 10-ти генераций. Указанные операции повторяют 5 раз, При постоянной скорости протока среды D = 0,25 ч " концентрация биомассы в потоке через 290 ч достигает 5,47 г/л, т.е. возрастает в 1,6 раза. Выход биомассы (П Х)

= 5,47 0,25 1,37 г/л/ч.

Выход биомассы по известному способу составлял 3,25 0,25 = 0,81 г/л/ч.

Пример 9. Все операции проводят по примеру 5, но концентрацию источника азота снижают в 40 раз, культуру поддерживают в течение 10-ти генераций, концентрацию источника азота в среде снижают в 3 раза от ступени к ступени. После двух тактов снижения концентрации источника азота в среде при D = 0,25 ч- культура не стабилизировалась в потоке и вымывалась из ферментера полностью.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет увеличить выход биомассы.