Восстановление оксидов углерода иммобилизованными клетками термофильного ацетогена Thermoanaerobacter kivui

• Автор: Рябоконь, Анна Монолитовна
• Шифр специальности: 03.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Двухстадийный процесс получения уксусной кислоты с помощью дрожжей и аэробных бактерий

1.1. Синтез уксусной кислоты с помощью свободных клеток аэробных бактерий.

1.2. Получение уксусной кислоты с помощью иммобилизованных аэробных уксуснокислых бактерий

2. Анаэробные гомоацетогешше бактерии.

2.1. Общая характеристика гомоацетогенных бактерий

2.2. Метаболизм гомоацетогенных бактерий

2.2.1. Автотрофный путь фиксации СО ВудаЛьюнгдала.

2.2.2. Биохимия образования ацетата.

2.2.3. Энергетика образования ацетата.

2.3. Ферментация органических и газовых субстратов гомоацетогенными бактериями
2.3.1. Синтез уксусной кислоты из органических субстратов гомоацетогенными бактериями.
2.3.2. Ферментация целлюлозных материалов в ацетат бактериальными ассоциациями, включающими гомоацетогенные бактерии
2.3.3. Получение Саацстата с помощью гомоацетогенных бактерий
2.3.4. Восстановление оксидов углерода до уксусной кислоты гомоацетогенными бактериями.
3. Иммобилизованные клетки в биотехнологии
3.1. Методы иммобилизации клеток микроорганизмов
3.2. Биологические свойства иммобилизованных клеток.
3.3. Получение уксусной кислоты с использованием иммобилизованных
клеток анаэробных бактерий
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1. Клетки микроорганизмов.
2. Состав сред и условия культивирования микроорганизмов
3. Массовое культивирование бактерий Т. кмш.
4. Получение иммобилизованных клеток и их культивирование.
4.1. Иммобилизация клеток бактерий в криогель поливинилового спирта.
4.2. Культивирование иммобилизованных клеток С. i
4.3. Культивирование иммобилизованных клеток Т. кми1 в периодическом режиме при нормальном и повышенном давлении газовых смесей.
4.4. Культивирование Т. кмм в периодическом режиме с рНстатированием
и непрерывной подачей газовых субстратов
4.5. Непрерывный синтез уксусной кислоты из газовых субстратов в проточном колонном реакторе клетками Т. Атуш
5. Хранение иммобилизованных клеток Т. кмиг.
6. Аналитические методы.
6.1. Определение роста культуры.
6.2. Определение и ЕЬ среды
6.3. Определение клеточного белка.
6.4. Хроматографический метод определения уксусной кислоты ацетата
6.5. Определение состава газовых субстратов Н, СО н СО и расчет стсхиохгстричсскнх коэффициентов
6.6. Методика выделения уксусной кислоты из разбавленного водного раствора
6.7. Хроматомассспектрометрнческий метод определения изотопного состава уксусной кислоты .
6.8. Определение Ьлизина с похгощью ферментного анализатора
7. Расчет продуктивности процесса
8. Определение ошибки изхгерений.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ .
1. Исследование параметров роста и физиологических особенностей гомоацетогенных бактерий
1.1. Скрининг гомоацетатных микроорганизмов.
1.2. Кинетические особенности роста и накопления уксусной кислоты гомоацетатной анаэробной термофильной бактерии Т. кпш
1.3. Синтез ацетата клеточными суспензиями Т.
2. Сравнительное исследование свободных и иммобилизованных клеток Т. кыш.
2.1. Синтетическая активность имхюбнлшованных клеток
2.2. Определение степени конверсии газовых субстратов в ацетат
2.3. Влияние кислорода на синтез уксусной кислоты.
2.4. Влияние восстановителей
3. Восстановление СОг до уксусной кислоты имхюбилизоваиными клетками Т. кЬы
в периодических условиях
3.1. Влияние количества биокатализатора на процесс синтеза ацетата
3.2. Влияние .
3.3. Влияние экзогенного ацетата на скорость синтеза уксусной кислоты
иммобилизованными клетками Т. кта.
3.4. Синтез ацетата иммобилизованными клетками в условиях повышенного
давления газовых субстратов.
4. Образование уксусной кислоты свободными и иммобилизованными клетками термофильной гомоацетогенной бактерии Т. кпш из смсссй газов, содержащих
окись углерода.
4.1. Синтез уксусной кислоты свободными клетками культуры Т. куш.
4.2. Синтез ацетата иммобилизованными клетками культуры Т. пи.
5. Разработка непрерывного способа получения уксусной кислоты из смсси газов НгССЬ с помощью иммобилизовашгых клеток бактерий Т. кпгиг
6. Применение разработанного процесса синтеза уксусной кислоты из газовых субстратов для получения более сложных продуктов
6.1. Получение ,3Суксусной кислоты при использовании СОг в качестве субстрата.
6.2. Получение Ьлизина из ацетатсодержащих сред.
7. Стабильность биокаталнзатора
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


За рубежом промышленный потенциал гомоацетатных ферментаций видят в использовании ацетатсодержащих растворов для получения Саацетатов нового экологически чистого антиобледенителя. Эффективность процессов с использованием микробных клеток существенно повышается при их иммобилизации. Однако создание стабильной биокаталитичсской системы с нестабильным началом бактериальными клетками не до конца решенная задача, и таких процессов в настоящее время очень мало. Наиболее перспективным методом иммобилизации живых микробных клеток можно считать включение в макропористую полимерную гелевую матрицу. В настоящее время широкое применение в качестве носителя получили альгинатные и каррагинановыс гсли. Кроме того, природные полисахариды труднодоступны и имеют сравнительно высокую стоимость. Весьма перспективным представляется использование криогелей поливинилового спирта ПВС. ПВС дешевый синтетический полимер, каждая его марка строго стандартизована. Крногели ПВС нетоксичны, химически и микробиологически стабильны, механически прочны при температурах ло С и в диапазоне от 2 до . Целью настоящей работы явилось создание стабильной биокаталитической системы восстановления тазовых субстратов СО и СО в уксусную кислоту на основе иммобилизованных клеток анаэробной термофильной гомоацетогешюй бактерии ТИеппоопаегоЬааег кгуш. Двухстадийный процесс получения УКСУСНОЙ кислоты с помощью дрожжей и аэробных бактерий. Синтез уксусной кжлош ломощью свободных клеток аэробных бактерий. Ферментативным путем уксусную кислоту получают из этанола при участии аэробных мезофияьных бактерий из рода . В свою очередь, этанол получают при ферментации углеводов, используя культуру дрожжей. СбНб даст 2 моля СН3СООН. Теоретический выход уксусной кислоты составляет . Полученный раствор, содержащий уксусной кислоты и имеющий 2. Разработка традиционного ферментационного процесса направлена на повышение эффективности каждой отдельной стадии. Так, было показано, что этанол, полученный при помощи дрожжей vii промышленные продуценты этанола, не всегда является лучшим субстратом для ферментация с участием уксуснокислых бактерий. Использование штаммов i и i для синтеза этанола позволило улучшить кинетические характеристики роста уксуснокислых бактерий и получить продукт болсс высокого качества 2. Основное направление в оптимизации процесса синтеза уксусной кислоты из этанола увеличение концентрации уксусной кислоты в конечном растворе. Так. Использование в процессе получения уксусной кислоты с помощью клеток i клеточного рецикла увеличило общую скорость синтеза уксусной кислоты в 2, раза по сравнению с процессом без рецикла 4,5. В последние годы из различных источников были выделены новые тсрмотолсрангныс штаммы бактерии . Использование термотолерантных уксуснокислых бактерий может быть более экономически выгодно, так как позволит избежать значпельных затрат на охлаждение культуральной среды и на поддержание стерильности процесса. В настоящее время много исследований проводится с иммобилизованными в различные носители клетками дрожжей и бактерий 9, , . ИЗ преимуществ использования иммобилизованных клеток. В качестве носителей для иммобилизации клеток дрожжей vii. Саалыинатный гель , агар , адсорбцию на нредобработанной инертной подложке и др. Сравнение кинетических характеристик процессов со свободными и иммобилизованными клетками показывает, что специфические скорости ферментации для этих процессов очень близки . Данные, характеризующее возможности получения уксусной кислоты из этанола с помощью иммобилизованных клеток i, приведены в Таблице 1 . В зависимости от способа иммобилизации адсорбция ка буковых стружках, ТЮ, керамике, хлопке, анионобменных смолах, включение в гели каррагинана, коллагена продуктивность процесса варьируется в десятки раз, концентрация уксусной кислоты изменяется от до НО гл, операционная стабильность иммобилизованного биокатализатора достигает 0 суток. Таблица 1. Параметры процессов получения уксусной кислоты с помощью иммобилизованных клеток АсеюЬааег асеИсит. V жидк. V носит. О, ч1 0,5 0,3 0,5 0. СНзСООН, гл 0. Операц.