Введение к работе
Актуальность темы. Диоксиацетон (ДОА) в качестве промежуточного продукта участвует в процессах углеводного обмена клеток различных организмов и играет важную роль в окислительных реакциях. Вместе с тем, он является очень ценным химическим и биохимическим реактивом. Высокая реакционная способность ДОА делает его перспективным для применения в разнообразных областях народного хозяйства. ДОА широко используется в медицине, косметике, фармацевтической и текстильной промышленности, и также в производстве моющих средств и других соединений.
Известен способ получения ДОА микробиологическим путем при неполном окислении глицерина бактериями Acetobacter suboxydans. Однако в известном способе выделение ДОА из среды затруднено из-за наличия в самой исходной среде и, соответственно, в культу-ральной жидкости других органических соединений. Это приводит к потерям целевого продукта и снижению производительности. Кроме того, культивирование свободных клеток не позволяет осуществить непрерывный процесс, т.к. скорость роста микроорганизмов значительно ниже скорости синтеза продукта.
Более перспективный метод получения диоксиацетона основан на применении мембранного биореактора (МБР). Использование МБР позволяет упростить выделение продукта и повысить его выход, дает возможность интенсифицировать процесс получения ДОА путем перехода на непрерывный режим. Другое важное преимущество такой технологии - уменьшение количества отходов, что позволяет считать ее экологически более чистой.
Поэтому разработка биосинтеза ДОА в непрерывной ферментации с применением мембранного биореактора является актуальной задачей.
Дель работы. Целью настоящей работы было изучение условий трансформации глицерина в ДОА свободными клетками Acetobacter suboxydans при периодическом культивировании, а также разработка биотехнологических основ непрерывного получения ДОА с использованием МБР, обеспечивающих максимальную продуктивность процесса и высокую операционную стабильность клеток.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1). Изучить влияние факторов роста на синтез ДОА и кинетику процесса при периодическом культивировании.
2). Исследовать оптимальные условия трансформации глицерина
- г -
в ДОА свободными клетками.
3). Изучить влияние условий культивирования на рост и кинетику процесса в МБР.
4). Изучить влияние факторов роста на непрерывное культивирование в МБР.
5). Исследовать возможность создания непрерывной системы синтеза ДОА с применением МБР.
Научная новизна. Научная новизна и значимость полученных нами результатов состоят в следующем.
В результате проведенных исследований изучена кинетика изменения концентраций факторов роста и глицерина при периодическом культивировании уксуснокислых бактерий Acstobacter suboxydans, проведена оптимизация состава исходной питательной среды для периодического культивирования.
Впервые исследована кинетика роста и трансформация ДОА при непрерывном культивировании в мембранном биореакторе. Показано, что синтез ДОА происходит как при росте микроорганизмов в МБР, так и при достижении ими стационарного состояния.Проведена оптимизация условий непрерывного культивирования бактерий и биосинтеза ДОА с использованием МБР. Показано влияние изменении начальной концентрации глицерина, субстрата факторов роста и скорости протока на концентрацию ДОА при культивировании в мембранном биореакторе. Осуществлена минимизация состава питательной среды в стационарном состоянии. Установлена возможность использования МБР для непрерывного получения ДОА уксуснокислыми бактериями Aceto-bacter suboxydans.
Практическая ценность. Практическое значение настоящей работы определяется тем, что на основании проведенных исследований разработан непрерывный микробиологический способ получения ДОА с применением мембранного биореактора. Оптимизированы составы питательной среды для трансформации ДОА в МБР, следствием этого явилось повышение степени использования субстрата и выхода конечного продукта - ДОА.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на IX Международной конференции молодых ученых РХТУ им. Д.И.Менделеева (Москва, 1995).
Публикация. По результатам данной работы имеются 3 публикации.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, результатов и об-
суждения, выводов и списка литературы. Работа изложена на страницах машинописного текста, включает таблицу и рисунков. Список используемой литературы содержит наименований.