CC BY
22
УДК 664
З. Ш. Мингалеева, А. А. Сабирова, В. П. Клинова, О. А. Решетник
ВЛИЯНИЕ 3,5-ДИТРЕТ-БУТИЛ-4-ГИДРОКСИ-ДИМЕТИЛАМИНО-МЕТИЛФЕНОЛА НА РОСТ ДРОЖЖЕЙ CANDIDA MALTOSA
Ключевые слова: антиоксиданты, культуральная жидкость, дрожжи, углеводороды, белок.
Для дрожжей, растущих в присутствии 3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-диметиламино-метилфенола отмечены высокая скорость роста, увеличение продуктивности биосинтеза, снижение концентрации остаточных углеводородов в культуральной жидкости и улучшение качества готового продукта.
Keywords: antioxidants cultural liquid, yeast, hydrocarbons, protein.
For the yeast growing in the presence of 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy-dimethylamino-methylphenol are marked high growth rate, increased productivity, reduced concentration of residual hydrocarbons in the liquid medium and improving the quality of the finished product.
Понятие «антиоксидант» (АО) появилось вначале в химии и химической физике и лишь позже - в биологии. Антиоксидантами называют вещества, способные тормозить и подавлять процессы радикально-цепного окисления органических и высокомолекулярных соединений и тем самым снижать выход продуктов этого окисления -гидроперекисей, спиртов, альдегидов, кетонов, жирных кислот и т.д. [1].
Антиокислители биогенного или синтетического происхождения, которые оказались нетоксичными для живых организмов, биологи назвали биоантиоксидантами.
К природным антиоксидантам относят токоферолы, убихиноны, витамины группы К и А, стероидные гормоны, фосфолипиды,
серосодержащие аминокислоты и т.д. Среди искусственных антиокислителей широкое распространение получили бутил(гидр)оксианизол, бутил(гидр)окситолуол, трет-бутилгидро-хинон [2].
В соответствии с общепринятой концепцией профессора Е.Б. Бурлаковой [3] недостаток в организме природных антиоксидантов приводит к интенсификации окислительных процессов в липидах клеточных мембран и к появлению в них продуктов окисления. В результате проницаемость мембран и активность связанных с ними ферментов резко изменяется, что сразу сказывается на жизнедеятельности клеток, вызывая ингибирование и (или) стимулирование их роста.
Известно, что продукты перекисного окисления липидов являются ингибиторами клеточного размножения, и повышение или понижение их концентрации приводит соответственно к замедлению или ускорению клеточного деления. Избыточное перекисное окисление липидов вызывает существенные нарушения энергетического баланса клетки [4, 5].
Эндогенные и экзогенные АО играют важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов, защищая их от повреждающего действия широкого круга токсикантов и ядов с помощью регулирования процессов перекисного окисления липидов, прежде всего в клеточных мембранах.
Классическая теория антиоксидантного действия рассматривает широко известные антиоксиданты как молекулы, способные обрывать цепь пероксидного окисления липидов с помощью взаимодействия их с гидропероксидными радикалами жирных кислот. Стабилизируя и защищая мембранные структуры от окисления, АО оказывают влияние на мембраносвязанные анаболические процессы.
Таким образом, участие антиоксидантов в регуляции клеточного метаболизма может определяться их влиянием на процессы перекисного окисления липидов и на работу ферментативной системы. При этом недостаток в организме природных АО обычно приводит к интенсификации окисления липидов клеточных мембран и накоплению в них продуктов окислительной деструкции. Именно поэтому наиболее вероятной представляется гипотеза, что АО, введенные в живую клетку, тормозят окислительную деструкцию лабильных структур - липидов, непредельных жирных кислот и т. п.
В данной работе представлены результаты исследований по влиянию 3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-диметиламино-метилфенола (основание Манниха) на рост парафинокислящих дрожжей. Эксперименты проводили в условиях периодического и непрерывного способов культивирования.
Показано, что в условиях периодического культивирования дрожжей Candida maltosa ВСБ-779 внесение в питательную среду антиоксиданта -основания Манниха - приводит к увеличению массы биомассы на 67,1-72,7 %, снижению удельного расхода парафина на 29,3-43,4 % по сравнению с контролем (таблица 1). При этом наблюдается улучшение качества биомассы дрожжей, что проявляется в снижении содержания остаточных углеводородов в 1,1-1,8 раза относительно контроля.
Положительное влияние антиоксиданта основания Манниха на рост дрожжей проявилось и в условиях культивирования в режиме хемостата: в присутствии биостимулятора наблюдается увеличение концентрации дрожжей на 7,4 %, снижение удельного расхода парафина на 14,3 %,
снижение содержания в культуральнои жидкости остаточных углеводородов в 3,8-4,0 раза по сравнению с их содержанием в контрольных условиях (рис. 1).
Таблица 1 - Влияние основания Манниха на рост дрожжей и биохимические характеристики при периодическом способе культивирования
антиоксиданта обеспечивает увеличение продуктивности процесса с 4,2 г/(л-ч) до 5,1 г/(л-ч), а также снижение содержания остаточных углеводородов в культуральной жидкости в 1,7 раза.
Кроме того, выявлено улучшение качества биомассы дрожжей за счет снижения содержания в ней н-алканов более чем в два раза.
Концентрация ОМ, г/л Концентрация дрожжей, г АСБ/л Удельный расход парафина, г/г Выход АСБ от субстрата, г/г Содержание в биомассе,% мас.
угле-водо-роды сырой протеин
контроль 21,6± 1,0 1,19 0,84 0,40± 0,02 54,3
2,5-10-2 37,3± 1,8 0,83 1,21 0,22± 0,01 56,3
5-10-2 36,1± 1,8 0,92 1,09 0,37± 0,02 55,5
Таблица 2 - Влияние основания Манниха на показатели непрерывного культивирования и качество дрожжей
19 18 17
ч
15 16
[-Q 15
о15
<14
13
1
t, сутки
Рис. 1 - Влияние основания Манниха на рост дрожжей при хемостатном культивировании
Предварительные камеральные испытания антиоксиданта 3,5 -дитрет-бутил-4-гидрокси-
диметиламино-метилфенола позволили выявить оптимальный режим ферментации, обеспечивающий повышение продуктивности биосинтеза и снижение количества остаточных углеводородов в культуральной жидкости.
В целях экспериментальной оценки рекомендованного режима выращивания дрожжей Candida maltosa ВСБ-779 на углеводородах были проведены испытания в условиях опытной установки (ферментер объемом 2 м3 с турбоэжекционной системой перемешивания). Минеральная питательная среда и условия культивирования соответствовали технологическому регламенту, исходная
концентрация парафина - 2,3-3,9 % об. Подачу антиоксиданта основания Манниха (конечная концентрация 0,015-0,020 г/л) осуществляли посредством его предварительного растворения в парафине при температуре 45 °С.
В таблице 2 приведены усредненные показатели процесса за контрольный и опытный периоды, свидетельствующие о том, что добавление
Показатели Контроль Опыт Стимуляция к контролю, %
Удельная скорость протока, ч-1 0,189 0,189 4,8
Расход солей, л/ч 7,6 11,9
Концентрация дрожжей в ферментере, г/л 22,5 25,75 14,4
Содержание остаточных углеводородов в культуральной жидкости, г/л 0,83 0,48
Продуктивность процесса, г/(л-ч) 4,2 5,1 21,4
Содержание в биомассе (%): - остаточных углеводородов 0,25 0,11
- белка 56,0 56,3 -
Анологичные результаты были получены при культивировании дрожжей рода Candida на гидролизатах древесины [6].
Таким образом, опытно-промышленные испытания антиоксиданта основания Манниха при получении биомассы дрожжей на углеводородах нефти подтвердили результаты предварительных камеральных исследований. Для дрожжей, растущих в присутствии антиоксиданта, характерны: высокая скорость роста, более полное потребление субстрата, в результате чего наблюдается увеличение продуктивности биосинтеза,
производительности аппарата.
Необходимо отметить, что в процессе выращивания дрожжей на н-алканах в присутствии 3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-диметиламино -метилфенола является значительное снижение концентрации остаточных углеводородов в культуральной жидкости и, по-видимому, связанное с ним уменьшение ХПК промышленных стоков, что имеет первостепенное значение для решения экологических проблем производства белка на углеводородах нефти.
Кроме того, следует отметить также улучшение в процессах с антиоксидантом качества готового продукта за счет содержания в биомассе дрожжей
остаточных углеводородов и повышения содержания белка.
Литература
1. Бурлакова, Е.Б. Перекисное окисление липидов мембран /Е.Б. Бурлакова, Н.Г. Храпова // Успехи химии. - 2004. - Т. 54. - C. 1540-1558
2. Tsaknis, J. Effectiveness of the antioxidants BHA and BHT in selected vegetable oils during intermittent heating/ J. Tsaknis, S. Lalas, E. Protopapa// Grasas Aceites. - 2002. -V. 53, № 2. - Р. 199-205.
3. Бурлакова, Е.Б. Роль мембран в повреждении структурных и функциональных характеристик клеток при облучении животных в низких дозах / Е.Б. Бурлакова // Тезисы докладов международной
конференции «Новые направления в радиобиологии». -М.: РУДН. - 2007. - 84 с.
4. Меньшикова, Е.Б. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е.Б. Меньшикова, В.З. Ланкин, Н.К. Зенков, И.А. Бондарь, Н.Ф. Круговых, В.А. Труфакин. - М.: «Слово», 2006. - 553 с.
5. Ямашев Т.А. Влияние предварительной активации дрожжей пероксидом водорода на их адаптацию к осмотическому стрессу / Т.А. Ямашев, О.А. Решетник // Вестник Казанского технологического университета. -2010. - № 11- С. 312-316.
6. Мингалеева, З.Ш. Получение дрожжевой биомассы на гидролизатах древесины /З.Ш. Мингалеева, О.А. Решетник // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т. 17. - № 1- С. 235-237
© З. Ш. Мингалеева - д.т.н, профессор кафедры технологии пищевых производств КНИТУ, [email protected]; А. А. Сабирова - магистр той же кафедры, [email protected]; В. П. Клинова - магистр той же кафедры, [email protected]; О. А. Решетник - д.т.н. профессор, зав. кафедрой технологии пищевых производств КНИТУ, [email protected].
© Z. SH. Mingaleevа - Doctor of Engineering Sciences, Professor of the Department of Technology of Food Productions from Faculty of Food Technology in Kazan National Research Technological University [email protected]; A. A. Sabirova - master of the Department of Technology of Food Productions from Faculty of Food Technology in Kazan National Research Technological University, [email protected]; V. P. Klinova - master of the Department of Technology of Food Productions from Faculty of Food Technology in Kazan National Research Technological University, ([email protected]; O. A. Reshetnik - Doctor of Engineering Sciences, Professor supervisor of the Department of Technology of Food Productions from Faculty of Food Technology in Kazan National Research Technological University, [email protected].
