Применение сульфитных щелоков в качестве питательной среды для культивирования продуцента молочной кислоты Rhizopus oryzae F-1030

  • Л. А. Мингазова Казанский национальный исследовательский технологический университет https://orcid.org/0000-0003-3289-3977
  • Е. В. Крякунова Казанский национальный исследовательский технологический университет https://orcid.org/0000-0003-4563-9847
  • З. А. Канарская Казанский национальный исследовательский технологический университет https://orcid.org/0000-0002-8194-6185
  • А. В. Канарский Казанский национальный исследовательский технологический университет https://orcid.org/0000-0002-3541-2588
Ключевые слова: сульфитный щелок, Rhizopus oryzae, молочная кислота, целлюлаза, ксиланаза, отъемно-доливной способ культивирования, периодический способ культивирования

Аннотация

Мицелиальные грибы Rhizopus oryzae хорошо известны своей способностью гидролизовать полисахариды растительного происхождения. Эти грибы широко используют для производства различных продуктов, таких как органические кислоты (молочная кислота, фумаровая кислота), этанол и гидролитические ферменты (глюкоамилазы, полигалактуроназы). Для синтеза экзопродуктов R. oryzae необходимы различные источники углерода, богатые 5- и 6-углеродными сахарами. При производстве молочной кислоты микробиологическим методом в промышленных масштабах применяют дорогостоящее растительное сахаросодержащее сырье, а это существенно увеличивает конечную стоимость продукта. В статье показано, что в качестве альтернативного источника углерода для микробиологического синтеза молочной кислоты можно использовать более дешевые субпродукты целлюлозно-бумажного производства – сульфитные щелока. Они содержат большое количество углеводов – продуктов неполного гидролиза целлюлозы – гемицеллюлоз, моно- и олигомерных сахаров. Состав сульфитных щелоков позволяет рассматривать их в качестве потенциального субстрата для синтеза молочной кислоты микробиологическим методом. Изучена зависимость выхода молочной кислоты от состава питательной среды на основе сульфитного щелока и метода культивирования гриба R. oryzae F-1030. В качестве дополнительных источников азота и фосфора в питательную среду вносили (NH4)2SO4 и KН2PO4. Использованы два способа культивирования: отъемно-доливный, когда по мере исчерпания редуцирующих сахаров полностью заменяли питательную среду; периодический, в этом случае недостаток редуцирующих сахаров в среде компенсировали добавлением упаренного сульфитного щелока. Поскольку питательная среда на основе сульфитного щелока содержит продукты неполного гидролиза целлюлозы и ксиланы, определяли ксиланазную и целлюлазную активность гриба R. oryzae F-1030, что позволило судить об эффективности усвоения им содержащихся в питательной среде углеводов. Установлено, что для получения большего выхода молочной кислоты культивирование гриба R. oryzae F-1030 на питательной среде из сульфитного щелока целесообразнее проводить отъемно-доливным способом, при этом добавление минеральных источников азота и фосфора практически не влияет на конечный выход молочной кислоты.
Для цитирования: Мингазова Л.А., Крякунова Е.В., Канарская З.А., Канарский А.В. Применение сульфитных щелоков в качестве питательной среды для культивирования продуцента молочной кислоты Rhizopus oryzae F-1030 // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 5. С. 163–173. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-163-173
Благодарность: Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП «Экология, биотехнологии и процессы получения экологически чистых энергоносителей» Поволжского государственного технологического университета.

 

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Л. А. Мингазова, Казанский национальный исследовательский технологический университет

аспирант;

Е. В. Крякунова, Казанский национальный исследовательский технологический университет

канд. биол. наук, доц.; ResearcherID: Z-3038-2019

З. А. Канарская, Казанский национальный исследовательский технологический университет

канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAG-2997-2020

А. В. Канарский, Казанский национальный исследовательский технологический университет

д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: O-8113-2016

Литература

Борщевская Л.Н., Гордеева Т.Л., Калинина А.Н., Синеокий С.П. Спектрофотометрическое определение молочной кислоты // Журнал аналит. химии. 2016. Т. 71, № 8. С. 787–790. Borshchevskaya L.N., Gordeeva T.L., Kalinina A.N., Sineokii S.P. Spectrophotometric Determination of Lactic Acid. Zhurnal analiticheskoy khimii [Journal of Analytical Chemistry], 2016, vol. 71, no. 8, pp. 787–790. DOI: https://doi.org/10.7868/S004445021608003X

Евелева В.В., Новицкая И.Б., Черпалова Т.М., Никулина И.Д. Технологические инновации в производстве пищевой молочной кислоты // Пищевая пром-сть. 2014. № 4. С. 26–28. Eveleva V.V., Novitskaya I.B., Cherpalova T.M., Nikulina I.D. Technological Innovations in Production of Food Lactic Acid. Pishchevaya promyshlennost’ [Food Industry], 2014, no. 4, pp. 26–28.

Коренман И.М. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. М.: Химия, 1970. 343 с. Korenman I.M. Photometric Analysis. Methods for Determination of Organic Compounds. Moscow, Khimiya Publ., 1970. 343 p.

Мингазова Л.А., Канарский А.В., Крякунова Е.В., Канарская З.А. Синтез молочной кислоты грибом Rhizopus oryzae F-1030 на питательных средах из сульфитных щелоков // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 2. С. 146–158. Mingazova L.A., Kanarsky A.V., Kryakunova E.V., Kanarskaya Z.A. Lactic Acid Synthesis by Fungus Rhizopus oryzae F-1030 on Growth Media Based on Sulphite Liquors. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 2, pp. 146–158. DOI: https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-2-146-158

Морозова Ю.А., Скворцов Е.В., Алимова Ф.К., Канарский А.В. Биосинтез ксиланаз и целлюлаз грибами рода Trichoderma на послеспиртовой барде // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2012. Т. 15, № 19. С. 120–122. Morozova Yu.A., Skvortsov E.V., Alimova F.K., Kanarsky A.V. The Biosynthesis of Xylanase and Cellulase by Fungi of Trichoderma Genus on DDGS. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2012, vol. 15, no. 19, pp. 120–122.

Намханов В.В., Будаев Б-Ж.А., Товаршинов А.И., Борбоев Л.В. Влияние материалов зубных протезов на органы полости рта // Вестн. БГУ. 2009. № 12. C. 143–149. Namhanov V.V., Budaev B-Zh.A., Tovarshinov A.I., Borboev L.V. Influence of Materials of Dental Artificial Limbs on Bodies of Oral Cavity. Vestnik buryatskogo gosuniversiteta [BSU bulletin], 2009, no. 12, pp. 143–149.

Никанова Л.А. Влияние органических кислот на продуктивность, резистентность, микробиоценоз кишечника и биохимические показатели сыворотки крови свиней // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32, № 7. С. 65–67. Nikanova L.A. Influence of Organic Acids on Productivity, Resistance, Intestinal Microbiocenosis and Biochemical Parameters of Blood Serum of Pigs. Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of Science and Technology of AIC], 2018, vol. 32, no. 7, pp. 65–67. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10715

Новожилов Е.В. Оценка биоресурса сульфитных щелоков как сырья для производства кормовых дрожжей // Изв. вузов. Лесн. журн. 1999. № 2-3. С. 179–188. Novozhilov E.V. Assessment of Sulfite Liquors Bioresource as a Raw Material for Nutrient Yeast Production. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 1999, no. 2-3, pp. 179–188. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/eea/179_188.pdf

Няникова Г.Г., Комиссарчик С.М., Хрусталёва М.В. Исследование условий культивирования Rhizopus oryzae для получения молочной кислоты и биосорбента // Изв. СПбГТИ (ТУ). 2012. Т. 17, № 43. С. 56–60. Nyanikova G.G., Komissarchik S.M., Khrustaleva M.V. A Study of the Rhizopus oryzae Cultivation Conditions for Lactic Acid and Biosorbent Preparation. Izvestiya SPbGTI (TU) [Bulletin of St PbSIT (TU)], 2012, vol. 17, no. 43, pp. 56–60. DOI: https://doi.org/10.1002/chin.201240145

Самуйленко А.Я., Гринь С.А., Еремец В.И., Шинкарев С.М., Неминущая Л.А., Скотникова Т.А., Лермонтов С.А., Зимагулова Л.А., Галиева А.Р. Тенденции развития производства молочной кислоты // Вестн. технол. ун-та. 2017. Т. 20, № 1. С. 162–166. Samujlenko A.Ya., Grin S.A., Eremets V.I., Shinkarev S.M., Neminuschiy L.A., Skotnikova T.A., Lermontov S.A., Zimagulova L.A., Galieva A.R. Lactic Acid Production Trends. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2017, vol. 20, no. 1, pp. 162–166.

Филиппова В.Н. Фруктовые кислоты. Их роль в косметике // Сервис в России и за рубежом. 2007. Т. 2, № 2. C. 163–165. Filippova V.N. Fruit Acids and Their Role in Cosmetics. Servis v Rossii i za rubezhom [Services in Russia and abroad], 2007, vol. 2, no. 2, pp. 163–165.

Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А., Туманов И.Ф. Технология гидролизных производств. М.: Лесн. пром-сть, 1973. 407 с. Sharkov V.I., Sapotnitskiy S.A., Dmitriyeva O.A., Tumanov I.F. Technology of Hydrolysis Production. Moscow, Lesnaya promyshlennost ʼ Publ., 1973. 407 p.

Abd Alsaheb R.A., Aladdin A., Othman N.Z., Malek R.A., Leng O.M., Aziz R., El Enshasy H.A. Lactic Acid Applications in Pharmaceutical and Cosmeceutical Industries. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2015, vol. 7, iss. 10, pp. 729–735.

Abdel-Rahman M.A., Tashiro Y., Sonomoto K. Recent Advances in Lactic Acid Production by Microbial Fermentation Processes. Biotechnology Advances, 2013, vol. 31, iss. 6, pp. 877–902. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2013.04.002

Abdel-Rahman M.A., Xiao Y., Tashiro Y., Wang Y., Zendo T., Sakai K., Sonomoto K. Fed-Batch Fermentation for Enhanced Lactic Acid Production from Glucose/Xylose Mixture without Carbon Catabolite Repression. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2015, vol. 119, iss. 2, pp. 153–158. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2014.07.007

Adney B., Baker J. Measurement of Cellulase Activities. Technical Report NREL/TP-510-42628. Golden, CO, National Renewable Energy Laboratory, 2008. 8 p.

Ahring B.K., Traverso J.J., Murali N., Srinivas K. Continuous Fermentation of Clarified Corn Stover Hydrolysate for the Production of Lactic Acid at High Yield and Productivity. Biochemical Engineering Journal, 2016, vol. 109, pp. 162–169. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bej.2016.01.012

Bailey M.J., Biely J., Poutanen K. Interlaboratory Testing of Methods for Assay of Xylanase Activity. Journal of Biotechnology, 1992, vol. 23, iss. 3, pp. 257–270. DOI: https://doi.org/10.1016/0168-1656(92)90074-J

Choudhary J., Singh S., Nain L. Thermotolerant Fermenting Yeast for Simultaneous Saccharification and Fermentation of Lignocellulosic Biomass. Electronic Journal of Biotechnology, 2016, vol. 21, pp. 82–92. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejbt.2016.02.007

Gao C., Ma C., Xu P. Biotechnological Routes Based on Lactic Acid Production from Biomass. Biotechnology Advances, 2011, vol. 29, is. 6, pp. 930–939. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2011.07.022

Hofvendahl K., Hahn-Hägerdal B. Factors Affecting the Fermentative Lactic Acid Production from Renewable Resources. Enzyme and Microbial Technology, 2000, vol. 26, iss. 2-4, pp. 87–107. DOI: https://doi.org/10.1016/S0141-0229(99)00155-6

Kleerebezem R., van Loosdrecht M.C.M. Mixed Culture Biotechnology for Bioenergy Production. Current Opinion in Biotechnology, 2007, vol. 18, iss. 3, pp. 207–212. DOI: https://doi.org/10.1016/j.copbio.2007.05.001

Komesu A., Rocha de Oliveira J.A., da Silva Martins L.H., Wolf Maciel M.R., Maciel Filho R. Lactic Acid Production to Purification: A Review. BioResources, 2017, vol. 12, no. 2, pp. 4364–4383. DOI: https://doi.org/10.15376/biores.12.2.Komesu

Nakano S., Ugwu C.U., Tokiwa Y. Efficient Production of D-(–)-Lactic Acid from Broken Rice by Lactobacillus delbrueckii Using Ca(OH)2 as a Neutralizing Agent. Bioresource Technology, 2012, vol. 104, pp. 791–794. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.10.017

Nancib A., Nancib N., Boudrant J. Production of Lactic Acid from Date Juice Extract with Free Cells of Single and Mixed Cultures of Lactobacillus casei and Lactococcus lactis. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2009, vol. 25, pp. 1423–1429. DOI: https://doi.org/10.1007/s11274-009-0029-z

Ofongo R.T.S., Ohimain E.I., Iyayi E.A. Cellulase and Hemicellulase Activity under Submerged Fermentation of Rice Mill Feed by Fungi. International Journal of Environment, Agriculture and Biotechnology, 2019, vol. 4, iss. 1, pp. 233–239. DOI: https://doi.org/10.22161/ijeab/4.1.35

Taherzadeh M.J., Fox M., Hjorth H., Edebo L. Production of Mycelium Biomass and Ethanol from Paper Pulp Sulfite Liquor by Rhizopus oryzae. Bioresource Technology, 2003, vol. 88, iss. 3, pp. 167–177. DOI: https://doi.org/10.1016/S0960-8524(03)00010-5

Wee Y.-J., Kim J.-N., Ryu H.-W. Biotechnological Production of Lactic Acid and Its Recent Applications. Food Technology and Biotechnology, 2006, vol. 44, no. 2, pp. 163–172.

Yadav A.K., Chaudhari A.B., Kothari R.M. Bioconversion of Renewable Resources into Lactic Acid: An Industrial View. Critical Reviews in Biotechnology, 2011, vol. 31, no. 1, pp. 1–19. DOI: https://doi.org/10.3109/07388550903420970

Опубликован
2021-10-26
Как цитировать
Мингазова, Л., Е. Крякунова, З. Канарская, и А. Канарский. Применение сульфитных щелоков в качестве питательной среды для культивирования продуцента молочной кислоты Rhizopus Oryzae F-1030. Лесной журнал, вып. 5, Oct. 2021, сс. 163-7, doi:10.37482/0536-1036-2021-5-163-173.
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)