CC BY
36
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология»
При анализе этих звеньев на предмет зависимости длительности сигнала прямоугольной, треугольной и пилообразной формы от постоянной времени звена было выявлено, что не все звенья могут быть использованы в качестве ИП.
Выводы
1. Найдены математические модели ИП на основе типовых звеньев.
2. Исследована возможность использования импульсных сигналов различной формы для питания ИП.
3. В ходе анализа выявлены возможные сочетания ИП и типовых сигналов для их дальнейшего практического использования.
Литература
1. Патент РФ № 2121149. Импульсный измерительный преобразователь // Бугров А.В. Ла-тышенко К.П., Левин А.В. Изобретения. Полезные модели № 30, 1998.
2. Головин В.В. Использование импульсной модуляции в кондуктометрии//Актуальные проблемы технических наук: сб. ст. Междунар. н.-практ. конф. - Уфа: Аэтерна, 2014. а 6 - 8.
Индуцирование каротиногенеза у дрожжей Phaffia rhodozyma штамм У2228 при образовании синглетного кислорода в культуральной жидкости под действием пероксида водорода
Мельникова Е.В., к.т.н. Герман Л.С., д.т.н. проф. Крамм Э.А.
Университет машиностроения [email protected]
Аннотация. В статье рассмотрен способ индуцирования каротиногенеза у
дрожжей Phaffia rhodozyma штамм Y2228 при помощи пероксида водорода.
Ключевые слова: биомасса дрожжей, каротиноиды, синглетный кислород
Дрожжи РЬаШа гЬоёо2ута штамм У2228 являются продуцентом астаксантина. Эти дрожжи способны утилизировать как шестиатомные, так и пятиатомные сахара.
Астаксантин является высшим каротиноидом с самой высокой антиоксидантной активностью. В организмах высших животных астаксантин выполняет регуляторные функции, повышает иммунитет, повышает выживаемость особей в условиях стресса и вредных воздействий окружающей среды.
Благодаря способности культуры утилизировать пяти- и шестиатомные сахара возможно получение кормового препарата, содержащего астаксантин из послеспиртовой барды.
Послеспиртовая барда для культивирования дрожжей РИаЖа гЬоёо2ута штамм У2228 требует предварительной переработки, включающей разделение барды на фракции, слабокислый гидролиз биомассы спиртовых дрожжей и двухступенчатый гидролиз дробины (для получения пяти- и шестиатомных моносахаров).
Однако в результате гидролиза цветность питательной среды не позволяет получить нужную концентрацию синглетного кислорода, образующегося при воздействии света, чтобы индуцировать каротиногенез у дрожжей.
Получить синглетный кислород в культуральной жидкости возможно при внесении в культуральную жидкость органических или неорганических окислителей. При выборе окислителя следует учитывать его токсичность и токсичность продуктов разложения, так как токсины могут угнетать рост биомассы дрожжей, а содержание токсинов в кормовых продуктах недопустимо.
В предварительных экспериментах из трех неорганических окислителей, показавших возможность их применения для получения такой концентрации синглетного кислорода, которая индуцирует образование астаксантина, по вышеназванным причинам выбран пероксид водорода [1].
Таблица 1
План многоуровневого эксперимента в абсолютных единицах
№ Концентрация Время внесения, час от Объем культуральной Количество
п/п Н202, ммоль/л начала культивирования жидкости, мл внесений, раз
1 8 0 10 1
2 8 6 15 2
3 8 12 20 3
4 8 18 25 4
5 10 0 25 4
6 10 6 20 3
7 10 12 15 2
8 10 18 10 1
9 12 0 15 2
10 12 6 20 4
11 12 12 25 1
12 12 18 10 2
13 14 0 20 3
14 14 6 15 1
15 14 12 25 4
16 14 18 10 3
Таблица №2
Результаты эксперимента
№ п/п Конечная концентрация астаксантина, мг/л (У1) Концентрация биомассы, г (У2) Концентрация АК, мг/г сухой биомассы (У3)
1 29,74 28,6 1,04
2 40,3 24,4 1,66
3 26,47 22,0 1,21
4 14,42 20,6 0,7
5 10,31 22,4 0,46
6 30,84 22,4 1,38
7 39,97 23,6 1,7
8 17,72 24,0 0,74
9 35,74 22,6 1,59
10 23,26 19,2 1,22
11 9,05 22,6 0,4
12 26,71 18,0 1,49
13 20,0 21,0 0,96
14 33,86 19,6 1,73
15 12,41 9,4 1,32
16 25,43 24,0 1,06
Для определения оптимальных условий культивирования и максимального выхода астаксантина проведен эксперимент согласно многоуровневому плану латинских прямоугольников для 4 факторов на 4 уровнях. Основными варьируемыми параметрами выбраны: концентрация пероксида водорода, время внесения (через сколько часов после начала культивирования будет внесен пероксид водорода), количество внесений пероксида водорода и объем культуральной жидкости в колбе.
Результаты эксперимента представлены в таблице №2.
Таблица № 3
Итоги расчетов величины эффектов аддитивно-решетчатого описания для конечной концентрации астаксантина, мг/л(У1)
№ п/п Наименование фактора Натуральные и кодированные значения уровней факторов
1 S1 Концентрация Н2О2 8 10 12 14
Эффект 2,96 -0,06 -1,08 -1,845
2 S2 Время внесения 0 6 12 18
Эффект -0,82 7,29 -2,79 -3,7
3 S3 Объем культуральной жидкости 10 15 20 25
Эффект 0,13 12,69 0,39 -13,22
4 S4 Количество внесений 1 2 3 4
Эффект -2,18 10,91 0,915 -9,67
Таблица № 4
Итоги расчетов величины эффектов аддитивно-решетчатого описания для
концентрации биомассы, г (У2)
№ п/п Наименование фактора Натуральные и кодированные значения уровней факторов
1 S1 Концентрация Н2О2 8 10 12 14
Эффект 2,37 1,57 -0,93 -3,03
2 S2 Время внесения 0 6 12 18
Эффект 2,12 -0,13 -2,13 0,12
3 S3 Объем культуральной жидкости 10 15 20 25
Эффект 2,12 1,02 0,37 -2,78
4 S4 Количество внесений 1 2 3 4
Эффект 2,17 0,62 0,82 -3,63
Таблица № 5
Итоги расчетов величины эффектов аддитивно-решетчатого описания для концентрации АК мг/г биомассы (УЭ).
№ п/п Наименование фактора Натуральные и кодированные значения уровней факторов
1 S1 Концентрация Н2О2 8 10 12 14
Эффект -0,01 -0,1 0,01 0,1
2 S2 Время внесения 0 6 12 18
Эффект -0,15 0,33 -0,01 -0,17
3 S3 Объем культ. жидкости 10 15 20 25
Эффект -0,08 0,5 0,39 -0,45
4 S4 Количество внесений 1 2 3 4
Эффект -0,19 0,44 -0,01 -0,24
Анализ кривых эффектов факторов эксперимента показал, что для получения высокой конечной концентрации астаксантина (40,3 мкг/мл) концентрация пероксида водорода не должна превышать 10 млмоль/л, необходимо двукратное внесение этой концентрации пероксида водорода в течение стадии роста культуры с максимальной удельной скоростью роста.
При такой концентрации пероксида водорода скорость синтеза астаксантина и его конечная концентрация соответствуют культивированию при постоянном освещении (максимальной полученной концентрации при оптимальной постоянной освещенности 200 лк -38 мкг/л). Очевидно, что такая концентрация пероксида водорода частично ингибирует рост
клеток дрожжей. Для того чтобы определить оптимальные параметры внесения пероксида водорода для получения максимального количества биомассы, следует определиться с тем, какой продукт наиболее выгоден для производства. Возможно получение препарата с высоким содержанием астаксантина (более 2 мг/г СБ), но в таком препарате внутриклеточное содержание сырого протеина будет менее 20%, а рынок сбыта - только производство красной рыбы. Возможно получение препарата, содержащего не менее 0,5 мг/г СБ астаксантина, но при этом содержание сырого протеина в клетках будет не менее 50%. Такой препарат можно использовать и при кормлении красной рыбы и при кормлении других сельскохозяйственных животных (особенно молодняка и элитных особей). Для того чтобы найти оптимальную концентрацию пероксида водорода, обеспечивающую содержание астаксантина не менее 0,5 мг/г СБ, необходимо повторить данный эксперимент с выбором другого диапазона значений концентрации пероксида водорода, используя концентрацию пероксида водорода менее 8%.
0,4
È <и -8-8-о
0,15 0,1 0,05 0, ■0,05 -0,1 ■0,15
0,6
0,4
0,2
О
-0,2
-0,4
-0,6
0,1
■L-0,01 i\ 1 3 s 1 2 14
-0,1
Концентрация Н202, ммоль а
0,5 0,39
f-0;08 1 5 2 D \ 2
-0,45
0,3
£ 0,2 ш
-8- о,1
■е® о
-0,1 -0,2
0,5
0,4
0,3
Ё 0,2 Ф
|о,1 О п
КПЗ
0 / 1 jNv 1
If-0,15
Объём культуральной жидкости, мл
-0,1 -0,2 -0,3
Время внесения,ч
б
-0,01
rS.
1F -0 19
-0,24
Количество внесений, раз
Рисунок 1. Кривые эффектов факторов эксперимента
Проведенные исследования показали, что для индукции синтеза астаксантина можно использовать не свет, а синглетный кислород, полученный в результате действия химического окислителя.
Литература
1. Мельникова Е.В., Герман Л.С. Индуцирование каротиногенеза у дрожжей Phaffia rhodozyma штамм y2228 при образовании синглетного кислорода в культуральной жидкости под действием пероксида водорода// Биология - наука XXI века: 18-я Междунар. Пу-щинская школа-конференция молодых ученых (Пущино, 21 - 25 апреля 2014 г.). Сборник тезисов, с. 31 - 32.
в
г
