Биосинтез экзополисахаридов бактериями Bacillus mucilaginosus в глубинных условиях культивирования и новый аспект их использования

• Автор: Пестова, Ольга Валерьевна
• Шифр специальности: 03.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 172 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Экзополисахариды микроорганизмов, их физикохимические свойства.

1.2. Биохимические основы биосинтеза экзополисахаридов.

1.3. Влияние условий культивирования на биосинтез, физикохимические и биологические свойства экзополисахаридов.

1.4. Образование экзополисахаридов в процессе роста продуцентов

и. .г

1.5. Технологические приемы, оказывающие влияние на биосинтез

экзополисахаридов.

Кб.Способы промышленного получения экзополисахаридов.

1.7. Сферы практического использования экзополисахаридов.
1.8. Экзополисахариды i ii и области их применения
1.9. Заключение
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Характеристика и свойства микроорганизмов, используемых в работе
2.2. Питательные среды.
2.3. Реактивы и материалы.
2.4. Методы и условия культивирования В. ii.
2.5.Методы определения биомассы
2.6. Определение питательных сред.
2.7 Методы оптимизации питательных сред
2.8 Определение редуцирующих веществ.
2.9. УФоблучение вегетативных клеток и спор В. тисИатозш.
2 Методы исследования морфологии клеток и колоний
2 Методы выделения и очистки экзополисахаридов.
2. Методы измерения вязкости и химических характеристик экзополисахаридов
2 Метод гидролиза биомассы В. тисИапоьт.
2 Метод иммобилизации клеток В. тиатоэт на хитиновых сорбентах
2 Метод сорбции ионов меди из почвы
2 Определение концентрации ионов меди
2. Статистическая обработка результатов
ГЛАВА 3. БИОСИНТЕЗ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДОВ В.
мисилвтозтВ ГЛУБИННЫХ условиях культивирования
3.1 Оптимизация питательной среды
3.2 Влияние источников азота и углерода на синтез экзополисахаридов
3.3 Исследование морфологии колоний В. тис1тоиху выращенных при культивировании на средах разного состава
3.4 Динамика роста В. тисИатоБт и синтеза экзополисахаридов.
3.5 Исследование химического строения экзополисахаридов
В. тисИатоаш .
3.5.1 Определение молекулярной массы и моносахаридного состава
экзополисахаридов В. тисИатоБШ
3.5.2. Влияние условий культивирования и состава питательных сред на
химическое строение экзополисахаридов
3.6. Заключение
ГЛАВА 4. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ БИОСИНТЕЗА ЭКЗОПОЛИСАХАРИДОВ В ГЛУБИННЫХ УСЛОВИЯХ
4.1 Синтеза экзополисахаридов при дополнительном внесении в среду
углерода.
4.2 Влияние среды на синтез экзополисахаридов и рост
В. тисИапоьт.
4.3 Интенсивность синтеза экзополисахаридов в зависимости от объема питательной среды.
4.4 Масштабирование процесса культивирования В. тисИапозш
4.5 Влияние УФоблучения на биосинтетическую активность продуцента.
4.6 Заключение
ГЛАВА 5. СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВОГО БИОСОРБЕНТА НА ОСНОВЕ БИОМАССЫ И ЭКЗОПОЛИСАХАРИДОВ В. 1 I
5.1. Биосорбция тяжелых металлов экзоиолисахаридами и клетками
В. ii
5.2. Иммобилизация клеток В. ii на хитиновых сорбентах
5.3. Исследование структуры биосорбента.
5.4. Оценка сорбционных свойств биосорбента.
5.5. Извлечение меди из почв с помощью биосорбента
5.6 Подбор условий ферментативного гидролиза биомассы.
5.7. Применение гидролизата биомассы В. ii в качестве компонента питательных сред.
5.8. Заключение.
ГЛАВА 6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
6.1. Перспективы получения экзополисахаридов в глубинных условиях культивирования.
6.2. Новые направления использования экзополисахаридов
В. тис йапозиз и разработанного биосорбента.
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


ЫтоБШ на хитиновых сорбентах повышает сорбционную способность экзополисахаридов в отношении ионов меди в 2. Установлено,что экзополисахариды способствуют повышению эффективности иммобилизации клеток на сорбентах до . Практическая значимость Разработан состав питательной среды и режимы культивирования продуцента для производственного получения экзополисахаридов В. Иагпояиз патент 4 от . На основе данных по культивированию продуцента в ферментаторе Биотек4 предложена схема безотходного цикла, позволяющая в едином технологическом процессе получать полисахариды, а биомассу гидролизовать и использовать в качестве источника аминокислот, витаминов и микроэлементов. Особенности строения полисахаридов В. Иатозив позволили предложить новый способ их применения в качестве сорбентов тяжелых металлов. Комплексное исследование сорбционных свойств экзоиолисахаридов, биомассы В. Иапозш и агрохитина привело к созданию нового биосорбснта способного из загрязненных почв инактивировать в течение десяти суток до ионов меди, значительно минимизируя содержание тяжелых металлов. Особенности состава биосорбснта позволяют пролонгировать его действие, устраняя негативное влияние тяжелых металлов на почвенную микрофлору, восстанавливая ее видовой состав, улучшая структуру и повышая плодородие почв. ГЛАВА 1. Экзополисахариды ЭПС продуцируют многие микроорганизмы одноклеточные водоросли, дрожжи, грибы, бактерии. В настоящее время в той или иной степени изучены полисахариды бактерий i, , , X, , i и некоторые другие. Основные продуценты ЭПС представлены в табл. В состав полисахаридов могут входить различные сахара, которые связаны между собой гликозидными связями 1. Например, экзогликан содержит в своем составе глюкозу, маннозу, галактозу и фукозу 2. ЭПС микроорганизма i i состоит из маннозы, глюкозы, галактозы в соотношениях 5 и уроновой кислоты 7 3. Микробные полисахариды могут быть нейтральными, катионными или анионными полимерами в зависимости от содержания в боковой цепи таких групп, как ацетатные, пируватсукцинатные, липидные, содержащие органический азот или неорганические ионы. Реологические свойства полисахаридов в большей степени определяют боковые группы 5,6. Полисахаридные молекулы, образуемые микроорганизмами, как правило, неодинакового размера или неодинаковой массы, поэтому говорят об их полидисперсности. Следовательно, для полидисперсньтх микроорганизмов может быть определена лишь средняя молекулярная масса. Таблица 1. Экстрацеллюлярные полисахариды, продуцируемые микроорганизмами. Г еллан 7 9 Линейный полимер две молек. Маннан 1 Дманноза Дрожжи из род. Склеролукан 1. Если же в их составе имеются различные монозы, то они называются гетерогликанами ксантан. Как видно из табл. Таблица 1. Таким образом, микробные полисахариды отличаются по строению и физикохимическим свойствам, а следовательно и области использования микробных полисахаридов могут быть различными. Основным прометаболитом в процессе биосинтеза ЭПС выступает глюкозо1фосфат. ЭПС. В процессе биосинтеза ЭПС почти универсальным переносчиком остатка сахаров выступает уридинфосфат УДФ в виде УДФглюкозы, УДФгалактозы, УДФглюкуроновой уислоты, УДФ1Мацетилглюкозамина. Вместо глюкозы УДФ может быть связан с другими монозами, и во всех таких структурах сохраняется рЫгликозидная связь 6. Основные этапы биосинтеза представлены на рис. Биосинтез различных экзополисахаридоа сильно различается. Большинство полисахаридов, например ксантан, синтезируются внутри клетки с активацией исходных компонентов при помощи нуклеотидтрифосфатов и модификацией до различных специфических соединений, которые полимеризуются с образованием специфических боковых цепей, а затем при помощи носителей липидной природы транспортируются из клетки в среду 5. Декстран и лсван синтезируются внеклеточно. Биосинтез декстрана из сахарозы осуществляется таким образом, что из пнокозных остатков образуются молекулы декстрана с преобладанием глюкозидных связей. Синтез протекает без участия фосфатов. В процессе биосинтеза выделяется фруктоза, которая включается в обмен веществ. Из нее образуются органические кислоты. Рис.