CC BY
59
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8_
УДК 579.64:663.18
А.А. Савина*, Д.В. Баурин, И.В. Шакир, В.И. Панфилов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 , корп. 1
e-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ РОСТА Bacillus cereus И Lactobacillus casei НА ЖИДКОМ ОТХОДЕ СТАДИИ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ БЕЛКОВОГО ГИДРОЛИЗАТА ПОДСОЛНЕЧНОГО ШРОТА
Исследована возможность микробиологической конверсии пермеата, образующегося на стадии концентрирования ферментативного гидролизата белка подсолнечника. Проведено культивирование Bacillus cereus и Lactobacillus casei на синтетических питательных средах и средах, содержащих нативный пермеат в качестве основного и единственного источника азота и углерода. Определены основные ростовые характеристики. Установлено, что при культивировании на пермеате максимальная концентрация клеток в случае B. cereus составляет 2,2-108 КОЕ/мл, в случае L. casei - 5,9 109 КОЕ/мл.
Ключевые слова: белок подсолнечника, B. cereus, L. casei, питательные среды.
В настоящее время одним из перспективных направлений биотехнологии является разработка малоотходных и энергосберегающих технологий переработки возобновляемого растительного сырья с получением пищевого и кормового белка. Потенциальным сырьем для выделения белка может являться вторичный продукт переработки семян масличных культур - подсолнечный шрот, что обусловлено высоким содержанием сырого протеина.
Растительные белковые изоляты могут использоваться в качестве компонентов медицинского парентерального питания; благодаря своим функциональным свойствам они нашли широкое применение при производстве мясных и рыбных продуктов, в мучных изделиях, в частности в хлебопечении для обеспечения сбалансированного белкового и углеводного состава и повышения пищевой ценности ржаного и пшеничного хлеба [1-3].
На кафедре биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева разработана технология получения изолята белка подсолнечника с использованием ферментных препаратов. Основные технологические решения направлены на увеличение степени извлечения белка в мягких условиях, его очистки от сопутствующих соединений и обеспечение полной утилизации образующихся отходов. Образующийся на стадии ультраконцентрирования ферментативного гидролизата шрота пермеат представляет собой третичный продукт, обладающий потенциалом для микробной биоконверсии содержит от 22 до 26 г/л сухих веществ (СВ), 49±1 % сырого протеина, 0,13±0,02 г/л аминного азота, редуцирующих веществ (РВ) - менее 9 г/л, фенольных соединений менее 27,1±1,1 мг/л [4]. Такой состав позволяет предложить применение пермеата в качестве компонента питательных сред (источника углерода и органического азота) [4].
В работе использовали молочнокислые бактерии Lactobacillus casei и бактериальный штамм Bacillus cereus БП-46. Данные микроорганизмы являются перспективными объектами для использования в кормовых целях и обладают рядом преимуществ:
проявляют антагонистическую активность к широкому спектру патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, обладают высокой
ферментативной активностью, технологичны в производстве, стабильны при хранении, экологически безопасны.
При изучении роста выбранных культур в периодических условиях на синтетических питательных средах молочнокислые микроорганизмы культивировали в анаэробных условиях при 37,5±0,20 °С в колбах Эрленмейера объёмом 100 см3 при 100 см3 питательной среды; бациллы - в колбах Эрленмейера объёмом 250 см3 при 100 см3 питательной среды при инкубировании на качалке (180 об/мин.) при 25 °С
В качестве питательной среды для культивирования Bacillus cereus БП-46 использовали L-бульон, содержащий (г/л): аминотон - 10,0; дрожжевой экстракт (ДЭ) -5,0; NaCl - 2,0; MgSOv7H2O - 0,7; Na2OT04-12H2O - 1,0; КН2РО4 -0,1 (pH 7,4); глюкоза - 20,0 г/л. В качестве питательной среды для культивирования Lactobacillus casei. использовали среду MRS следующего состава (г/л): Na2HPO4^12H2O - 2,0; CftCOONa^^O - 5,0; цитрат аммония -2,0; MgSO4-7H2O - 0,2; MnSO4^O - 0,05; аминотон -10,0; мясной экстракт - 10,0; ДЭ - 5,0; глюкоза - 20,0. Инокулятом служила суточная культура, выращенная на средах аналогичных составов. Титр бактерий определяли в течение 24 ч путём высева на твёрдые агаризованные среды по методу Коха. Кривые роста культур представлены на рис.1 (а, б).
Кривая роста Bacillus cereus представляет собой типичную для микроорганизмов кривую со следующими параметрами: продолжительность лаг-фазы менее 1 часа, удельная скорость роста составляет 0,6 ч-1. Максимальное количество клеток на 10 ч культивирования составляет 4,8 108 КОЕ/мл,
Количество клеток L. casei достигло максимальной концентрации 3,2 • 109 КОЕ/мл на 9 ч, продолжительность лаг-фазы 2,5 ч, удельная скорость роста 1,1 ч-1.
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8
(а) (б)
Рис.1. Кинетика роста и потребление РВ Bacillus cereus (а) и Lactobacillus casei (б) на синтетической питательной среде
MRS в качестве инокулята использовали суточную культуру, полученную на пермеате с дополнительным внесением минеральных солей в соответствии с составом L-бульона и MRS и глюкозы до концентрации общих углеводов 20 г/л.
Кривые роста представлены на рис.2 (а,б).
25
При глубинном культивировании бактерий Bacillus cereus и Lactobacillus casei в периодических условиях в среде, содержащей нативный пермеат в качестве единственного источника азота и углерода с дополнительным внесением минеральных солей в количестве, соответствующем составу L-бульона и
10
Время, ч
(а)
Рис.2. Кинетика роста и потребление ОУ Bacillus
Максимальная концентрация клеток в случае B. cereus достигается на 12 ч культивирования и составляет 2,2-108 КОЕ/мл, длительность лаг-фазы составила 1,5 ч, максимальная удельная скорость роста 1 ч-1. После 3 ч культивирования на кривой роста наблюдается диауксия, что сопровождается снижением концентрации РВ, при этом удельная скорость роста снижается незначительно, что по-видимому связано с использование иманокислот и
cereus (а) и Lactobacillus casei (б) на нативном пермеате
низкомолекулярных белковых веществ в качестве источника углерода.
В случае с L. casei максимальная концентрация клеток на 11 ч культвирования составила 5,9 109 КОЕ/мл, максимальная удельная скорость роста 1,33 ч-1, диауксия наблюдается после 5 ч культивирования, скорость роста при этом снижается до 1,1 ч-1.
Таблица 1. Сводная таблица
Длительность лаг-фазы, ч Максимальная удельная скорость роста цтах, ч-1 КОЕ/мл
Источник азота
Аминотон Пермеат Аминотон Пермеат Аминотон Пермеат
B. cereus 0,5 1,5 0,6 1 4,8108 2,2108
L. casei 2,5 3,2 1,1 1,33 3,2 109 5,9109
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8
Представленные результаты показывают возможность использования пермеата в качестве компонента питательной среды для культивирования бактерий, используемых в качестве культур-продуцентов для производства кормовой биомассы.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части государственного задания.
Савина Анна Александровна, студентка кафедры биотехнологии факультета биотехнологии и промышленной экологии, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Баурин Дмитрий Витальевич, м.н.с. кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва. Шакир Ирина Васильевна, доцент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва. Панфилов Виктор Иванович, профессор, заведующий кафедрой РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Bautista J., Corpas R., Cremades O., и др. Sunflower protein hydrolysates for dietary treatment of patients with liver failure // Journal of the American Oil Chemists' Society. - 2000. - Т. 77. - № 2 . - С. 121-126
2. Щеколдина Т.В., Кудинов П.И., Бочкова Л.К., и др. Влияние белкового изолята подсолнечного шрота на аминокислотный состав хлеба // Техника и технология пищевых производств. - 2009. - Т. 1.
3. Zayas J.F. Functionality of proteins in food // Funct. proteins food, - Springer, - 1997, - P. 373
4. Баурин Д.В. Комплексная технология переработки шрота подсолнечника с получением изолята белка и углеводно-белкового корма // Диссертация. - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2014. - 160 с.
Savina Anna A.*, Baurin Dmitry V., Shakir Irina V., Panfilov Victor I.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
GROWTH KINETICS OF Bacillus cereus AND Lactobacillus casei IN LIQUID WASTE OF SUNFLOWER MEAL PROTEIN HYDROLYZATE CONCENTRATION
Abstract
Microbial conversion of permeate formed during the concentration of enzymatic sunflower protein hydrolyzate was investigated. Bacillus cereus and Lactobacillus casei fermentation was held in the synthetic media and one containing native permeate as the main and only source of carbon and nitrogen. The main growth characteristics were determined. It is found that maximum concentration of B. cereus reaches 2.2*108 CFU per ml and 5.9*109 CFU per ml for L. casei - when cultured in the permeate.
Key words: Sunflower protein, B. cereus, L. casei, culture medium.
