Биотехнология бактериальной целлюлозы с использованием штамма - продуцента Gluconacetobacter hansenii GH - 1/2008

• Автор: Фан Ми Хань
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ХАРАКТЕРИСТИКА БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ: ПРОДУЦЕНТЫ, БИОТЕХНОЛОГИЯ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
1.1 Характеристика бактериальной целлюлозы
1.2 Продуценты бактериальной целлюлозы
1.3 Механизм синтеза бактериальной целлюлозы
1.4 Культивирование продуцентов бактериальной целлюлозы
1.5 Применение бактериальной целлюлозы
1.6 Целлюлоза и её производные как пищевые добавки
2 ОБЪЕКТЫ, СХЕМЫ ПОСТАНОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Характеристика объектов исследования
2.2 Методы выделения продуцента бактериальной целлюлозы
2.3 Изучение морфологических, культуральных и биохимических свойств продуцента бактериальной целлюлозы
2.4 Идентификация штамма до вида с помощью анализа 16ь рРНК
2.5 Оценка влияния pH на продуктивность бактериальной целлюлозы штамма при поверхностном культивировании
2.6 Подбор питательных сред для оценки продуктивности штамма С1исопасеЮЬас1ег Иатепи
2.7 Оптимизация условий биосинтеза бактериальной целлюлозы в стационарных и глубинных условиях культивирования штамма
2.8 Статистическая обработка полученных результатов
2.9 Оценка влияния растворенного кислорода на продуктивность бактериальной целлюлозы
2.10 Исследование наноструктуры бактериальной целлюлозы
2.11 Исследование химической структуры бактериальной целлюлозы

2.12 Исследование физико-химических свойства варенной колбасы, содержащей бактериальную целлюлозу
3 ВЫДЕЛЕНИЕ, ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ИЗУЧЕНИЕ ПРОДУЦЕНТА БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
3.1 Скрининг продуцента бактериальной целлюлозы
3.2 Изучение культурально-морфологических признаков и идентификация продуцента полимера
3.3 Культивирование штамма аисопасеюЬаМег Ъатепи СН-1/2
3.4 Влияние растворенного кислорода и состава питательной среды на продуктивность бактериальной целлюлозы
4 ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОСТРУКТУРЫ, ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
5 ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
5.1 Разработка способов сушки и получения порошка бактериальной целлюлозы
5.2 Использование бактериальной целлюлозы в технологии мясных продуктов на примере вареных колбас
5.3 Исследование адсорбционных свойств пленок бактериальной
целлюлозы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное)
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (дополнительное)
ВВЕДЕНИЕ
Целлюлоза - природный полимер - синтезируется не только растениями, но и грибами, водорослями и бактериями. В структурах клеток бактерий она очень редко встречается, а является основным компонентом клеточных стенок растений и содержится в древесине, оболочках семян. Макромолекулы целлюлозы построены из элементарных звеньев D-глюкозы, соединённых 1,4-р-гликозидными связями в линейные неразветвлённые цепи. Полимерные цепи клетчатки соединены в более крупные структуры -микрофибриллы. Длина полимерных цепей у целлюлозы различается и зависит от природы продуцентов. Особого внимания заслуживает бактериальная целлюлоза, отличающаяся рядом уникальных свойств, благодаря которым она уже используется в различных отраслях народного хозяйства в мировой практике.
В пищевой промышленности бактериальная целлюлоза уже широко используется в виде порошка как общепринятая безопасная добавка (GRAS -Generally Regarded As Safe) - пищевой ингредиент. Добавление небольшого количества бактериальной целлюлозы в продукты придает хорошую стабильность дисперсии и суспензии, а также при употреблении продукта, благодаря хорошему сохранению формы, короткое ощущение наполненности во рту [1]. Однако возможности использования свойств бактериальной целлюлозы еще не исчерпаны.
В последние годы были выделены продуценты внеклеточной бактериальной целлюлозы, большинство из которых относятся к семейству Acetobacteriaceae. Бактерии этого семейства синтезируют внеклеточную целлюлозу, что позволяет легко её отделять от клеток и использовать в различных направлениях. В семействе Acetobacteraceae особого внимания заслуживают продуценты рода Gluconacetobacter: Gluconacetobacter xylinns, Gluconacetobacter hansenii, Gluconacetobacter kombuchae, Gluconacetobacter intermedins и др.

1.4.2 Мировой опыт разработки состава питательных сред для биосинтеза бактериальной целлюлозы
В мировой литературе опубликовано достаточно большое количество работ по оптимизации условий культивирования и состава питательной среды для повышения продуктивности бактериальной целлюлозы различными штаммами. С учетом того, что исследователи работали со штаммами, принадлежащими к различным видам, состав опубликованных питательных сред отличается. Так, S. Вае и М. Shoda [68], H.J. Son с соавторами [61] проводили оптимизацию для получения бактериальной целлюлозы с использованием статистических методов. Они предложили состав оптимальной среды (в %): сахароза 5, пептон 1.5, лимонная кислота 0,2, Na2HP04 12Н20 - 0.2, КН2Р04 - 0.2, MgS04 7Н20 - 0.03, спирт - 1, рН=6,8, температура культивирования 28 °С. При культивировании в течение 6 суток максимальный выход целлюлозы составил 2 г/л.
Авторами S. Вае и М. Shoda [69] было предложено использовать для оптимизации среду состава: 4.99 % фруктозы, 2.85 % жидкого кукурузного экстракта и 0,38 % агара, что позволило увеличить выход бактериальной целлюлозы до 14,3 г/л.
Для изолята Gluconacetobacter sp. RKY5 S.Y. Kim et al. [72] был разработан состав оптимизированной среды (в %): глицерин 1.5, дрожжевой экстракт 0.8, К2НР04 - 0.3, и уксусная кислота - 0.3. При этом продуктивность бактериальной целлюлозы составила 5.63 г/л после 144 ч при глубинном перемешиваемом режиме и 4.59 г/л в статическом режиме культивирования.
Важным фактором для биосинтеза целлюлозы является массообмен, что было показано в работах авторов под руководством М. Hornung [73]. Ими установлено действие скорости массовой передачи питательных веществ на рост микробный популяции, продуктивность бактериальной целлюлозы и утилизацию компонентов питательных сред. В результате исследований была