Использование дрожжей местной селекции для производства микробного белка на питательной среде из горца сахалинского тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.32, кандидат биологических наук Кабулова, Марина Юрьевна

• Кабулова, Марина Юрьевна
• кандидат биологических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Кабулова, Марина Юрьевна

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1 Микроорганизмы - продуценты белка.

1.2 Микробные продукты и субстраты для их получения.

1.3 Представители семейства гречишные как источники сред для получения кормового белка.

1.4. Факторы, влияющие на синтез и секрецию белков дрожжами.

2. Собственные исследования.

2.1. Материал и методы исследования.

2.2. Результаты исследований и их обсуждение.

2.2.1. Выделение и идентификация дрожжей из дрожжесодержащих материалов.

2.2.2. Химический состав и питательная ценность зеленой массы горца сахалинского в условиях Северной Осетии.

2.2.3. Технология приготовления питательной среды на основе горца сахалинского.

2.2.4. Получение микробной биомассы на питательной среде их горца сахалинского.

2.2.5. Оценка экономической эффективности использования горца сахалинского для приготовления питательных сред при производстве дрожжевого белка.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Использование дрожжей местной селекции для производства микробного белка на питательной среде из горца сахалинского»

Культивирование микроорганизмов с целью получения питательных веществ для человека и животных представляет собой пример раннего и актуального до сих пор внедрения в промышленное производство методов биотехнологии.

Необходимость использования данных биотехнологических процессов определяется остротой насущных проблем современности: экологической, продовольственной, энергетической. Очевидна целесообразность применения в пищу веществ, имеющих постоянный состав и высокую биологическую ценность, которые можно получать в строго контролируемых условиях. Однако потенциал этой отрасли производства еще далеко не исчерпан. Ее развитие лимитируется, главным образом, экономическими факторами: стоимость получения микробных продуктов, не уступающих по питательной ценности традиционным, зачастую превышает таковую натуральной сельскохозяйственной продукции. Фактор флуктуации стоимости соевых бобов - альтернативного источника кормового белка - вместе с относительно высокой ценой на большинство субстратов для микробного синтеза делают производство микробной биомассы (так называемого белка одноклеточных), как правило, рискованным. Но, тем не менее, на разработку технологий получения микробных белков в течение последних нескольких десятилетий направлены значительные усилия исследователей.

Существует много микроорганизмов, которые превращают неорганический азот в органическую форму за счет различных источников энергии.

Микроорганизмы очень быстро растут. Поросенок или цыпленок могут удваивать вес за 1 месяц, а дрожжевая клетка за 3 часа. Причем около половины микробной клетки, растущей при соответствующих условиях, состоит из белка. Высокие скорости синтеза белка микробной системой составляют самое большое преимущество в сравнении с традиционным сельским хозяйством.

Микроорганизмы можно выращивать на дешевом, непищевом субстрате, каким служат клетчатка, метанол, водород и др. Биомасса может быть источником белков, липидов, полисахаридов, витаминов, каратиноидов.

Изучена способность продуцировать клеточные белки водорослей, дрожжей, грибов, бактерий. Однако в соответствии с комплексом требований, предъявляемых к микроорганизмам-продуцентам (высокая скорость роста, устойчивость к инфекциям, легкая осаждаемость, эффективность утилизации источников энергии, высокое качество белка), наибольшим потенциалом, по-видимому, обладают дрожжи. Эта группа микроорганизмов используется для получения целых клеток (корма, пища), макрокомпонентов (белки, липиды, ферменты, нуклеиновые кислоты), экстрагируемых соединений (коферменты, витамины), продуктов деструкции (аминокислоты, нуклеотиды), продуктов метаболизма клеток (этанол, глицерин, углекислота, органические кислоты и др.).

В сравнении с любыми другими микроорганизмами дрожжи играют значительную роль в пищевой промышленности. В последние годы производство дрожжевых продуктов расширилось в результате внедрения новых продуцентов ценных веществ, при культивировании их на дешевом сырье.

Дрожжи очень широко распространены в природе и в окружающей человека среде. Они активно размножаются в тех субстратах, где имеются доступные растворимые источники углерода - простые сахара, спирты, органические кислоты, т.е. в соках, сиропах, на плодах, в нектаре цветов, в сокотечениях деревьев, на поверхности листьев, в воде и почве.

Известно достаточно фактических данных о положительном влиянии дрожжей на нормофлору кишечника. Дрожжи обогащают ферментируемый субстрат незаменимыми аминокислотами, витаминами, органическими кислотами и другими биологически активными веществами, а клеточные стенки дрожжей, содержащие полимеры глюкозы и маннозы, обладают лакто и бифидогенными, а также сорбционными свойствами и при попадании в кишечник стимулируют рост собственной микрофлоры, выводят оттуда патогенные бактерии и их токсины.

Исходя из изложенного, актуальность выделения и изучения новых, высокопродуктивных штаммов разных видов дрожжей и изыскание новых источников субстрата для их культивирования очевидна, а само направление исследований - перспективно.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы явилось выделение из различных природных источников и идентификация штаммов местных видов дрожжей; разработка технологии их выращивания на питательной среде из горца сахалинского (Poligonum sachalinense Fr. Schmidt) для получения микробной биомассы.

В соответствии с поставленной целью были определены задачи:

- выделить из природных микробиоценозов высокопродуктивные штаммы дрожжей, способных расти на растительных субстратах;

- идентифицировать видовую принадлежность выделенных штаммов дрожжей и изучить их характеристики;

- изучить химический состав горца сахалинского;

- разработать технологию производства питательной среды на основе зеленой массы горца сахалинского;

- подобрать оптимальный состав питательных сред для максимального накопления биомассы выделенными местными штаммами идентифицированных видов дрожжей;

- определить уровень белка в биомассе местных штаммов идентифицированных видов дрожжей;

- изучить влияние температуры культивирования на рост и содержание клеточного белка в дрожжах;

- установить влияние объема посевного материала на рост дрожжей рода Metschnikowia;

- подобрать оптимальные режимы культивирования местных штаммов идентифицированных видов дрожжей.

Научная новизна работы:

- впервые в условиях РСО-Алания выделены и идентифицированы местные штаммы разных видов дрожжей и изучены их видовые характеристики;

- показана возможность эффективного использования зеленой массы горца сахалинского в качестве растительного сырья для питательной среды с целью получения биомассы дрожжей;

- установлена перспективность использования для получения микробной биомассы на питательной среде из зеленой массы горца сахалинского местных штаммов дрожжей рода Metschnikowia, способных интенсивно накапливать биомассу;

- впервые во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ) задепонированы культуры 7 штаммов 3 видов дрожжей: Metschnikowia pulcherrima, Hanseniaspora uvarum, Cryptococcus flavescens, идентифицированных в РСО-Алания.

Практическая значимость работы:

- получены местные штаммы дрожжей рода Metschnikowia, обладающие высокой продуктивностью и скоростью роста на среде из горца сахалинского;

- разработана технология производства питательной среды на основе нетрадиционного растительного сырья - горца сахалинского, интродуцированного в республику с о. Сахалин, урожайность зеленой массы которого в агроклиматических условиях Северной Осетии составляет до 1500 ц/га;

- установлена экономическая эффективность использования для культивирования дрожжей питательной среды из горца сахалинского, по сравнению с другими видами сырья растительного происхождения.

Положения выносимые на защиту:

1. Морфологические, биохимические и культуральные свойства, идентифицированных местных штаммов видов дрожжей: Metschnikowia pulcherrima, Hanseniaspora uvarum, Cryptococcus flavescens.

2. Показатели химического состава зеленой массы горца сахалинского в условиях РСО-Алания.

3. Технология приготовления питательной среды для производства биомассы микроорганизмов на основе зеленой массы горца сахалинского.

4. Технологические свойства местных штаммов дрожжей вида Metschnikowia pulcherrima.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на Международной научно - практической конференции «Современные проблемы формирования стратегии устойчивого развития регионального АПК» (Владикавказ, 2003), а также на научных конференциях Горского ГАУ в 2003 -2006 гг.

Заключение диссертации по теме «Биологические ресурсы», Кабулова, Марина Юрьевна

1. Выделены, идентифицированы из природных биоценозов и

депонированы во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов

7 местных штаммов 3 видов дрожжей: Metschnikowia pulcherrima, Cryptococcus

flavescens, Hanseniaspora uvarum. 2. Изучены морфологические, биохимические и культуральные свойства

дрожжей Metschnikowia pulcherrima, Cryptococcus flavescens, Hanseniaspora

3. Изучен химический состав зеленой массы горца сахалинского в

зависимости от фаз развития растения, которая содержит в своем составе, в

среднем: сухого вещества - 23,24 %, протеина - 1,85 %, жира - 0,98 %,

клетчатки - 8,5 %, золы - 1,27 %, БЭВ - 10,64 %. 4. Разработана технология культивирования местных штаммов дрожжей на

питательной среде из зеленой массы горца сахалинского. Наиболее

перспективными продуцентами биомассы на питательной среде из горца

сахалинского признаны дрожжи вида Metschnicowia pulcherrima,

обеспечиваюгцие выход 225 г АСД из 1 кг сухой массы горца сахалинского, или

7,84 т АСД из урожая данного растения с площади в 1 га. 5. Установлена зависимость накопления микробной биомассы на среде из

зеленой массы горца сахалинского от концентрации РВ. Исследования

показали, что оптимальный диапазоп концентрации сахара для

культивирования дрожжей на данной питательной среде находится в пределах

3,5-5,5 %. 6. Определено влияние количества засевных дрожжей на эффективность

образования биомассы при культивировании дрожжей рода Metschnicowia. Наибольший прирост биомассы за период ферментации (в процентах от

внесенных дрожжей) установлено при небольших количествах инокулята (2,5

% от РВ). 7. Изучено влияние температуры культивирования на образование

биомассы и белоксинтезируюн];ую способность дрожжей вида Metschnicowia

pulcherrima. Продуктивность штаммов по биомассе заметно снижается при

более низких, чем оптимальная, температурах. Снижепие температуры от

оптимума в большей мере оказывает отрицательное влияние на содержание

всего 42,3 %. 8. Выход сухого веп],ества зеленой массы горца сахалинского с плош;ади в 1

га плантации составляет 34,85 тонн, в которых содержится: протеина - 2,77 т;

клетчатки - 12,75 т; золы - 1,9 т; жира - 1,47 т; БЭВ - 15,96т. С учетом того,

что горец сахалинский на одном участке может произрастать без пересадки

более 30 лет и обеспечивает значительный вынос питательных веш,еств, в том

числе и легко усваиваемых микроорганизмами, данное растение является

перспективным как основной субстрат для производства микробной биомассы. Предложения производству:

1. Штаммы дрожжей вида Metschnicowia pulcherrima, выделенные из

природных биоценозов в Северной Осетии, целесообразно использовать в

микробиологической промышленности, как продуцентов белка. 2. Исходя из химического состава и наличия питательных веществ в

зеленой массе, высокой урожайности и длительности возделывания на одном

участке рекомендуем использовать зеленую массу горца сахалинского как

сырье для нроизводства микробного белка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Кабулова, Марина Юрьевна, 2006 год

1. Рассев культуры заказчика до отдельных колоний и получение биомассы для анализа 18S РНК1.. Выделение ДНК. (Genomic DNA Purification Kit)

2. Рассев культуры заказчика до отдельных колоний и получение биомассы для анализа 18S РНК1.. Выделение ДНК. (Genomic DNA Purification Kit)

3. Выделение ДНК. (Genomic DNA Purification Kit)

4. Рассев культуры заказчика до отдельных колоний и получение биомассы для анализа 18S РНК1.. Выделение ДНК. (Genomic DNA Purification Kit)

5. Рассев культуры заказчика до отдельных колоний и получение биомассы для анализа 18S РНК1.. Выделение ДНК. (Genomic DNA Purification Kit)

6. Рассев культуры заказчика до отдельных колоний и получение биомассы для анализа 18S РЖ

7. Выделение ДНК. (Genomic DNA Purification Kit)

8. Michael A. Innis, David H. Gelfand, John J. Sninsky, Thomas J. White. PCR protocols. A guide to methods and applications. Academic press, INC. 1990.