Биокатализаторы в виде иммобилизованных в криогель поливинилового спирта клеток мицелиальных грибов в процессах получения органических кислот, биоэтанола, гидролитических ферментов и разложения фосфорорганических пестицидов

• Автор: Сенько, Ольга Витальевна
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Особенности и перспективы использования клеток мицелиальных грибов в биотехнологических процессах

1.2 Непищевое возобновляемое сырье как субстрат для мицелиальных грибов

1.3 Некоторые биотехнологические процессы, осуществляемые с участием клеток мицелиальных грибов
1.3.1 Получение органических кислот из непищевого возобновляемого сырья под действием мицелиальных грибов
1.3.1.1 Практическое значение молочной и фумаровой кислот и их производных для химической промышленности
1.3.1.2 Способы получения молочной и фумаровой кислот из отходов пищевой промышленности и сельского хозяйства под действием клеток мицелиальных 30 грибов
1.3.2 Получение биоэтанола из непищевого возобновляемого сырья под действием биокатализаторов в виде клеток мицелиальных грибов
1.3.2.1 Практическое значение биоэтанола для топливной и химической промышленности
1.3.2.2 Способы получения биоэтанола из непищевого возобновляемого сырья под действием мицелиальных грибов
1.3.3 Получение гидролитических ферментов мицелиальных грибов
1.3.3.1 Практическое значение гидролитических ферментов для химической и топливной промышленности
1.3.3.2 Получение гидролитических ферментов при использовании непищевого возобновляемого сырья в качестве субстрата для клеток мицелиальных грибов
1.3.3.3 Непосредственное использование грибных продуцентов гидролитических ферментов в различных процессах
1.3.4 Разложение фосфорорганических пестицидов, используемых в сельском хозяйстве, под действием клеток мицелиальных грибов
1.3.4.1 Общая характеристика фосфорорганических пестицидов, используемых в сельском хозяйстве

1.3.4.2 Разложение ксенобиотиков под действием клеток мицелиальных грибов
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы
2.1.1 Химические реактивы
2.1.2 Приборы
2.1.3 Микроорганизмы
2.1.4 Источники углеводсодержащего сырья, использованного в работе
2.2. Методы
2.2.1 Культивирование клеток различных микроорганизмов
2.2.2 Иммобилизация микроорганизмов в криогель поливинилового спирта
2.2.3 Биохимический анализ клеток микроорганизмов
2.2.3.1 Определение сухого веса (влажности) биомассы клеток микроорганизмов
2.2.3.2 Определение концентрации липидов
2.2.3.3 Определение концентрации белков
2.2.3.4 Определение концентрации углеводов
2.2.3.5 Определение концентрации внутриклеточного АТФ биолюминесцентным

методом
2.2.4 Проведение и оценка эффективности предварительной предобработки
непищевого возобновляемого сырья
2.2.4.1 целлюлозосодержащих отходов
2.2.4.2 Предобработка биомассы фототрофных микроорганизмов и

макроводорослей
2.2.5 Определение концентрации глюкозы глюкозидазным методом
2.2.6 Определение восстанавливающих сахаров по Шомоди-Нельсону
2.2.7 Определение концентрации органических кислот
2.2.7.1 Определение концентрации молочной кислоты
2.2.12 Определение концентрации фумаровой кислоты
2.2.8 Определение концентрации этанола
2.2.9 Определение концентрации ацетат-ионов
2.2.10 Определение гидролитических ферментативных активностей
2.2.10.1 Определение липолитической активности
2.2.10.2 Определение амилолитических активностей
2.2.10.3 Определение протсолитической активности
2.2.10.4 Определение пектиназной активностей
2.2.10.5 Определение целлюлазных активностей

2.2.11 Определение оптической плотности суспензии клеток микроорганизмов
2.2.12 Определение показателя общего химического потребления кислорода 2.2.13. Проведение предварительного ферментативного гидролиза хлорпирифоса и метилпаратиона
2.2.14 Определение концентрации 3,5,6-трихлоро-2 пиридинола и п-нитрофенола 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Биокатализаторы в виде иммобилизованных в криогель поливинилового спирта клеток мицелиальных грибов рода ЯЫгорт в процессах получения органических кислот из непищевого возобновляемого сырья
3.1.1 Разработка биокатализатора в виде иммобилизованных в криогель поливинилового спирта клеток мицелиальных грибов рода ЯЫгорт для получения фумаровой кислоты
3.1.2 Исследование основных функциональных и каталитических характеристик разработанного биокатализатора в виде иммобилизованных клеток мицелиального гриба К. огугае Б1
3.1.2.1 Исследование влияния концентрации в средах разработанного биокатализатора в виде иммобилизованных клеток мицелиального гриба Я. огугае ¥1032 на эффективность его действия
3.1.2.2 Исследование влияния исходной концентрации субстрата на эффективность действия разработанного биокатализатора в виде иммобилизованных клеток мицелиального гриба Я. огугае Б1
3.1.2.3 Определение рН-оптимума действия разработанного биокатализатора в виде иммобилизованных клеток мицелиального гриба Я. огугае Б1
3.1.2.4 Исследование возможности многократного использования разработанного биокатализатора в виде иммобилизованных клеток мицелиального гриба Я. огугае Б1032 в процессе получения фумаровой кислоты
3.1.2.5 Исследование влияния присутствия нейтрализующего агента в среде на накопление фумаровой кислоты под действием разработанного иммобилизованного биокатализатора в виде иммобилизованных клеток мицелиального гриба Я. огугае Б1
3.1.2.6 Исследование субстратной специфичности разработанного иммобилизованного биокатализатора в виде иммобилизованных клеток мицелиального гриба Я. огугае Б1

в качестве субстрата в другой работе [92], содержат в себе большое количество непереваренных остатков целлюлозосодержащих отходов, частично гидролизованных в рубцевом отделе желудка. Максимальный выход фумаровой кислоты (0,35 г/г) в представленных работах получен при трансформации гидролизатов целлюлозосодержащего сырья (стеблей кукурузы и древесины).
Таблица 7 — Трансформация непищевого возобновляемого сырья под действием свободных клеток мицелиальных грибов рода ЯИігорш в фумаровую кислоту
Продуцент Субстрат Выход, г/г Ссылка
Я. огугае МЕ-Р12 Кислотные гидролизаты стеблей кукурузы 0,35 [89]
Я./огтова МР)СЬ 28422 Ферментативные гидролизаты жома маниоки 0,14 [90]
Я. аггШгт N171?!., 2582 Гидролизаты гемицеллюлозы, полученные паровым взрывом 0,17 [91]
Я. огугае АТСС 20344 Кислотные гидролизаты животного навоза 0,31 [92]
Я. аггМгш ПЭМ 5772 Ферментативные гидролизаты древесины эвкалипта 0,35 [93]
Способность осуществлять трансформацию сложных субстратов, например, различных отходов, в ценные метаболиты - важная характеристика клеток гриба Я. огугае. Одним из таких метаболитов, помимо фумаровой кислоты, может быть и молочная кислота [94, 95].
Молочную кислоту и ее соли получают химическим (50%) и биотехнологическим (50%) способом, но предпочтение отдают последнему, поскольку он может обеспечить получение преимущественно одного Ц+)-изомера (97%) в случае использования клеток мицелиальных грибов качестве продуцента, что существенно упрощает выделение и очистку целевого продукта (Рисунок 11) [96].

НО.^Х
С6Н|206 -» 2 у ОН

глюкоза Ц+) - молочная кислота
Рисунок 11 - Общая схема реакции получения МК из глюкозы с использованием клеток мицелиальных грибов
Химический синтез основан на реакции ацетальдегида с цианистым водородом, приводящим к получению лактонитрила, гидролиз которого дает смесь оптических изомеров молочной кислоты. Поскольку исходные соединения для химического синтеза МК, особенно