Способ получения обогащенной селеном биомассы спирулины (spirulina platensis)

 

Изобретение относится к способам получения биологически активных соединений, обогащенных селеном на основе биомассы микроводорослей, и может быть применено в фитобиотехнологии, микробиологии, медицине, альгологии, пищевой промышленности и в сельском хозяйстве. Предлагаемый способ получения обогащенной селеном биомассы Spirulina platensis заключается в подготовке инокулята путем предварительной адаптации клеток при культивировании в течение 7-10 пассажей на агаризованных средах с низким содержанием серы (5-10% от нормы) в присутствии 15-30 мг/л селенита натрия и использовании полученного таким образом инокулята для ведения производства в питательной среде с таким же содержанием селена, как и при подготовке инокулята, и с содержанием серы 15-30 мг/л (5-10% от нормы). Изобретение позволяет получить биомассу Spirulina platensis с различным обогащением селеном в составе биологически активных соединений путем управления процессом его накопления, при высокой скорости роста и накопления биомассы, что обусловливает высокую производительность по выходу биомассы. 4 табл.

Предлагаемое изобретение относится к способам получения биологически активных соединений (БАС), обогащенных селеном на основе биомассы микроводорослей, и может быть применено в фитобиотехнологии, микробиологии, медицине, альгологии, пищевой промышленности и в сельском хозяйстве.

Недостаток селена отрицательно сказывается на деятельности организма и хорошо усваивается лишь в виде органических соединений селена.

Известен способ получения селенсодержащего препарата на основе биомассы спирулины путем введения соли неорганического селена в среду и последующего выращивания культуры (Патент DE заявка 3421644, МКИ А 61 К 33/04, опубликованный в 1985 г.).

К недостаткам аналога относится низкое содержание селена в органических соединениях в получаемой биомассе спирулины.

Известен другой способ получения обогащенной селеном биомассы спирулины, заключающийся во введении неорганических солей селена в питательную среду в начале и в первой половине логарифмической фазы роста культуры спирулины на 5-10 сут после начала инкубации (Патент РФ 2096037, МКИ А 61 К 33/04, опубликованный 20. 11. 97, БИ 32).

В настоящем способе обеспечивается высокое содержание селена в биомассе.

Однако это достигается путем длительного культивирования спирулины (30 суток), что обусловливает низкую производительность получения полезного продукта. Кроме того, этим способом не обеспечиваются отсутствие в биомассе неорганического селена и возможность управления процессом накопления селена в БАС.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа получения биомассы спирулины с различным обогащением селеном в составе БАС путем управления процессом его накопления, при высокой скорости роста и накопления биомассы, что обусловливает высокую производительность по выходу биомассы.

Задача решена тем, что разработан новый способ получения обогащенной селеном биомассы спирулины, заключающийся в подготовке инокулята путем предварительной адаптации клеток при культивировании в течение 7-10 пассажей на агаризованных средах с использованием полученного таким образом инокулята для ведения производства в питательной среде с таким же содержанием селена, как и при подготовке инокулята и с содержанием серы 15-30 мг/л (5-10% от нормы).

Сущность изобретения заключается в том, что, как известно, сульфаты тормозят поглощение и метаболизм селена растениями, микроорганизмами и микроводорослями, который в присутствии серы адсорбируется клетками в неорганической форме и плохо включается в БАС из-за слабой конкуренции с серой. Сера значительно легче чем селен метаболизируется и входит в состав белков, ферментов, пептидов, серосодержащих аминокислот, сульфолипидов и других органических соединений клетки.

Из научно-технической и патентной литературы авторам не известны технические решения, которые могли бы в предлагаемой совокупности существенных признаков позволить получить биомассу микроводорослей с заранее заданным содержанием селена в БАС с высокой производительностью по выходу полезного продукта и без ингибирования скорости роста и накопления селенсодержащей биомассы при внесении соли селена в среду культивирования.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

ПРИМЕР 1 Проводят подготовку инокулята путем предварительного выращивания спирулины в течение 7 пассажей на агаризованной среде Зарука (таблицы 1-3), отличающейся тем, что в ней уменьшено содержание серы до 15 мг/л (0,05 г/л K₂SO₄, 5% от нормы в среде Зарука) и внесено 15 мг/л селенита натрия. Инокулят засевают до конечной плотности 0,05-0,2 мг/л в питательную среду Зарука с таким же содержанием селена и серы, как и при подготовке инокулята. Выращивание культуры проводят при температуре 34^oС и освещенности 80-100 Вт/м².

При приготовлении всех сред и растворов их компоненты последовательно растворяют в воде, затем вносят микроэлементы, раствор Fe+EDTA и селенит натрия.

Время культивирования составляет 5-6 суток, что определяется выходом на максимальную плотность суспензии, составляющую 7 г сухой массы в 1 л суспензии. 95% объема фотореактора, в котором культивируется спирулина, сливают и полученную биомассу отделяют от среды фильтрованием, промывают от способного сорбироваться клеточными мембранами внеклеточного селена водой объемом, равным объему суспензии, и высушивают. Получают биомассу, внутриклеточный селен которой полностью включается в состав БАС и содержание которого составляет 570 мг/кг сухой массы. Результаты по примерам 1-5 представлены в таблице 4.

ПРИМЕР 2 Для засева фотореактора используют суспензию, полученную при культивировании в примере 1 или инокулят, полученный, как описано в примере 1. Инокулят засевают в питательную среду, содержащую 15 мг/л Na₂SeO₃ и 30 мг/л серы (10% серы от нормы в среде Зарука). Водоросли выращивают в тех же условиях, как в примере 1, в течение 5-6 дней до стационарной плотности 7 г/л. Сбор, отмывку и высушивание биомассы проводят согласно примеру 1. Получают биомассу, внутриклеточный селен который полностью включился в состав БАС и содержание которого составляет 530 мг/кг сухой массы.

ПРИМЕР 3 Инокулят, полученный согласно примеру 2, засевают в питательную среду, содержащую 20 мг/л Na₂SeO₃ и 15 мг/л серы (5% от нормы). Водоросли выращивают в тех же условиях, как в примере 1, в течение 5-6 дней до стационарной плотности 7 г/л. Сбор, отмывку и высушивание биомассы проводят согласно примеру 1. Получают содержание внутриклеточного селена, равное 4000 мг/кг сухой массы, в том числе в составе БАС 3980 мг/кг сухой биомассы.

ПРИМЕР 4 Инокулят, полученный согласно примеру 2, засевают в питательную среду, содержащую 25 мг/л Na₂SeO₃ и 30 мг/л серы (10% от нормального содержания в среде Зарука). Водоросли выращивают в тех же условиях, как в примере 1, в течение 5-6 дней до стационарной плотности 7 г/л. Сбор, отмывку и высушивание биомассы проводят согласно примеру 1. Получают содержание внутриклеточного селена, равное 4100 мг/кг сухой массы, в том числе в составе БАС 4050 мг/кг сухой биомассы.

ПРИМЕР 5 Инокулят, полученный согласно примеру 2, засевают в питательную среду, содержащую 30 мг/л Na₂SeO₃ и 30 мг/л серы (10% от нормального содержания в среде Зарука). Водоросли выращивают в тех же условиях, как в примере 1, в течение 5-6 дней до стационарной плотности 7 г/л. Сбор, отмывку и высушивание биомассы проводят согласно примеру 1. Получают содержание внутриклеточного селена, равное 4200 мг/кг сухой массы, в том числе в составе БАС 4130 мг/кг сухой биомассы.

Как следует из результатов таблицы 4, настоящее изобретение, а именно предварительная адаптация спирулины при подготовке инокулята в течение 7-10 пассажей на средах с содержанием серы до 5-10% от нормы, и внесение в среду селенита натрия в количестве 15-30 мг/л позволило получить биомассу спирулины, с разным обогащением селеном в концентрациях 530-4130 мг/кг, который полностью включился в БАС и не сорбировался клетками. При этом за короткие сроки (5-6 дней культивирования) был достигнут высокий выход биомассы 7 г/л, и не наблюдалось ингибирование скорости роста культуры солями селена.

Формула изобретения

Способ получения обогащенной селеном биомассы спирулины (Spirulina platensis) путем выращивания культуры в присутствии селенита натрия, отличающийся тем, что культуру S.platensis предварительно адаптируют к недостатку серы посредством культивирования в течение 7 - 10 пассажей на агаризованных средах с низким содержанием серы 15 - 30 мг/л в присутствии селенита натрия в количестве 15 - 30 мг/л, а затем проводят выращивание адаптированной культуры при содержании серы 15 - 30 мг/л и селенита натрия 15 - 30 мг/л в среде культивирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2