Различные подходы к накоплению биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris и к процессам её биокаталитической трансформации

• Автор: Мамедова, Фахрия Тахир кызы
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Биомасса фототрофных микроорганизмов как перспективный сырьевой источник для биотехнологических процессов

1.2 Хранение культур фототрофных микроорганизмов

1.3 Предобработка биомассы фототрофных микроорганизмов для дальнейшего получения различных биопродуктов
1.4 Трансформация биомассы фототрофных микроорганизмов в полупродукты для синтеза биоразлагаемых полимеров

1.4.1 Органические кислоты - мономеры для получения биоразлагаемых полимеров

1.4.2 Полигидроксиалканоаты - микробные полимеры для получения биоразлагаемых композиционных материалов : ГЛАВА II. 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 Анализ состава биоорганических компонентов биомассы клеток микроорганизмов
2.2.3.1 Определение сухого веса (влажности) биомассы клеток микроорганизмов
2.23.2 Определение содержания липидов
2.2.3.3 Определение содержания белков
2.2.3.4 Определение содержания углеводов
2.2.3.4.1 Определение содержания целлюлозы в биомассе микроводорослей С. vulgaris
2.2.3.4.2 Определение содержания крахмала в биомассе микроводорослей С. vulgaris

2.2.4 Определение концентрации внутриклеточного АТФ биолюминесцентным методом
2.2.5 Проведение и оценка эффективности гидролиза клеток микроводорослей С. vulgaris
2.2.5.1. Проведение кислотного гидролиза
2.2.5.2 Проведение ферментативного гидролиза
2.2.6 Получение органических кислот
2.2.7 Биосорбция клеток микроводорослей С. vulgaris
2.2.8 Получение метана
2.2.9 Получение пиролизной нефти
2.2.10 Получение ПГА
2.2.11 Определение ХПК
2.2.12 Определение концентрации ВС
2.2.13 Определение концентрации глюкозы
2.2.14 Определение концентрации органических кислот
2.2.15 Определение содержания ПГА
2.2.16 Определение концентрации продуктов трансформации сахаров в кислотных гидролизатах биомассы микроводорослей С. vulgaris
2.2.17 Оценка токсичности гидролизатов биомассы микроводорослей С. vulgaris с использованием иммобилизованных клеток фотобактерий P. phosphoreum
2.2.18 Определение кинетических параметров процессов
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Исследование процесса накопления биомассы клеток микроводорослей С. vulgaris в сточных водах разного состава
3.1.1 Культивирование свободных клеток микроводорослей С. vulgaris в сточных водах
3.1.2 Влияние иммобилизации клеток микроводорослей С. vulgaris на процесс накопления их биомассы
3.2 Выбор способа гидролиза полисахаридов, входящих в состав биомассы микроводорослей С. vulgaris
3.2.1 Неферментативные способы предобработки биомассы микроводорослей С. vulgaris
3.2.2 Ферментативная обработка биомассы микроводорослей С. vulgaris

3.2.3 Сравнительный анализ эффективности различных способов предобработки биомассы микроводорослей С. vulgaris
3.3 Трансформация ферментативных гидролизатов биомассы микроводорослей С. vulgaris в органические кислоты - мономеры для получения биоразлагаемых полимеров, и биополимеры - полигидроксиалканоаты
3.3.1 Получение молочной и фумаровой кислот с использованием биокатализаторов в виде иммобилизованных в криогель ПВС клеток мицелиальных грибов вида Rhizopus oryzae
3.3.1.1 Получение молочной кислоты с использованием иммобилизованного биокатализатора (ИБК) на основе клеток мицелиального гриба Rhizopus oryzae F-
3.3.1.2 Получение фумаровой кислоты с использованием ИБК на основе клеток мицелиального гриба Rhizopus oryzae F-1
3.3.2 Получение янтарной кислоты с использованием биокатализатора в виде иммобилизованных в криогель ПВС клеток бактерий Actinobacillus succinogenes В-10
3.3.2.1 Характеристики процесса получения ЯК под действием свободных клеток бактерий Я. succinogenes В-10
3.3.2.2 Разработка биокатализатора в виде иммобилизованных в криогель ПВС клеток бактерий A. succinogenes В-10111и исследование его свойств
3.3.2.2.1 Оптимизация состава ИБК на основе клеток бактерий A. succinogenes, включенных в криогель ПВС
3.3.2.2.2 Исследование основных функциональных и каталитических характеристик разработанного ИБК на основе клеток бактерий A. succinogenes, включенных в криогель ПВС
3.3.2.2.3 Трансформация ферментативных гидролизатов биомассы микроводорослей С. vulgaris в ЯК под действием ИБК на основе клеток бактерий A. succinogenes, включенных в криогель ПВС
3.3.3 Использование ферментативных гидролизатов биомассы микроводорослей С. vulgaris в качестве субстрата для накопления полигидроксиалканоатов бактериями Cupriavidus necator В-8
3.4 Оценка научно-практического потенциала полученных в данной работе результатов
3.4.1 Определение возможности и эффективности использования разработанного

конвертировать в МК не только глюкозу, но и ксилозу с 60%-ным выходом за счет синтеза и секреции собственных ксиланаз [115].
В большинстве случаев среды, содержание МК и полученные в результате культивирования бактерий, представляют собой гидролизаты крахмалсодержащего сырья, у которых есть достаточно высокая пищевая ценность. В этой связи процесс получения МК для производства биопластиков конкурирует с процессами, ориентированными на переработку исходного сырья в продукты, удовлетворяющие пищевые потребности людей и нужды животноводства. Отсюда возникает интерес к другим источникам сырья для получения МК - прежде всего это целлюлозосодержащая биомасса [116, 117]. Однако присутствие разных природных ингибиторов синтеза белка в данном сырье негативно влияет на метаболическую активность клеток - продуцентов МК. В связи с этим актуальность использования биомассы микроводорослей для получения МК только возрастает. По экспериментальным данным в этом направлении исследований пока что крайне мало [89, 101, 102, 111].
Фумаровая кислота (ФК) используется в производстве различных фармацевтических препаратов, напитков, продуктов питания, кормов для животных, моющих средств, ненасыщенных полиэфирных, алкидных смол и печатных красок [118], кроме того ФК вместе с молочной и янтарной кислотами была определена в качестве одного из десяти основных химических веществ, актуальность получения которых для синтеза биопластиков путём биотехнологической конверсии биомассы различного типа крайне высока в современном мире [119].
Полимеры на основе фумаровой и янтарной кислот способны заменить традиционно используемые полимерные материалы, например, для получения одноразовой посуды, поскольку обладают достаточно высокими прочностными характеристиками и при этом подвергаются биоразложению [120].
Традиционные химические методы получения органических кислот трудоемки и дорогостоящи из-за больших расходов и нестабильности применяемых металлсодержащих катализаторов [121], поэтому актуальным представляется получение органических кислот биокаталитическим способом, при котором используемые катализаторы дешевые, применяются в меньших количествах и могут длительно применяться, если это иммобилизованные биокатализаторы [122, 123].
ФК является естественной органической кислотой, которая синтезируется в цикле трикарбоновых кислот [124] и присутствует во всех живых клетках, однако редко секретируется в среду. Продуцентом данной кислоты являются различные микроорганизмы родов Pénicillium, Aspergillus, Rhizopus, однако наиболее активны именно представители рода