Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Бухарова Екатерина Николаевна

Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности
<
Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Бухарова Екатерина Николаевна. Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности : получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности : Дис. ... канд. биол. наук : 03.00.07, 03.00.23 Саратов, 2004 189 с. РГБ ОД, 61:04-3/1291

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обзор литературы И

1.1. Распространенность признака продукции экзополисахаридов у почвенных микроорганимов 11

1.2. Внеклеточные полисахариды бактерий pp. Bacillus и Paenibacillus 15

1.3. Классификация микробных экзогликанов 20

1.4. Биосинтез экзополисахаридов у микроорганизмов 21

1.5. Физико-химические свойства микробных экзогликанов и их водных растворов 22

1.6. Наиболее перспективные для промышленности микробные экзопо-лисахариды 27

1.7. Физиологическая значимость экзогликанов для микроорганизмовЗ 8

1.8. Стратегия выделения и селекции микрорганизмов-продуцентов внеклеточных полисахаридов 41

1.9. Проблемы культивирования микрорганизмов-продуцентов внеклеточных полисахаридов 44

1.10. Области применения микробных экзополисахаридов. Использование их в хлебопекарной промышленности 47

ГЛАВА 2. Материалы и методы 56

2.1. Штаммы микроорганизмов, материалы и реактивы 56

2.2. Микроволновая обработка культур 57

2.3. Общие микробиологические методы. 57

2.4. Условия культивирования продуцентов и выделение экзополисахаридов 58

2.5. Методы определения химического состава и структуры полисахаридов 59

2.6. Физико-химические методы 60

2.7. Методы определения качества муки, полуфабрикатов хлебопекарного производства и хлеба 60

2.8. Методы определения параметров, характеризующих интенсивность биохимических и микробиологических процессов при выпечке хлеба. 61

2.9. Методы определения структурно-механических характеристик теста 62

2.10. Методы определения свежести хлеба 63

2.11. Статистическая обработка результатов 63

ГЛАВА 3. Получение и характеристика биологических свойств мутантного штамма Paenibacillus polymyxa 88А — продуцента высоковязкого полисахарида 64

3.1. Получение мутантного штамма Paenibacillus polymyxa 88А 64

3.2. Морфолого-культуральные свойства 66

3.3. Физиолого-биохимические свойства 69

3.4. Антибиотикоустойчивость 71

3.5. Исследование вирулентности и острой токсичности штамма 71

3.6. Выводы. 72

ГЛАВА 4. Особенности роста и продукции экзополисахаридов штаммом Paenibacillus polymyxa 88а. Получение и очистка полимиксана 88а 73

4.1. Особенности роста и продукции экзополисахаридов штаммом Paenibacillus polymyxa 88А 73

4.2. Технология выделения и очистки полимиксана 88А, пригодного для использования в пищевых целях 83

4.3. Выводы 84

ГЛАВА 5. Характеристика экзополисахаридов Paenibacillus polymyxa

88а: химический состав и структура, физико-химические свойства..85

5.1. Молекулярные характеристики полисахаридов 85

5.2. Построение диаграммы состояния системы «полимиксан 88А - вода» 93

5.3. Прочность гелей «полимиксан 88А-вода» 98

5.4. Реологические свойства полимиксана 88А и влияние на них различных факторов 100

5.5. Выводы 109

ГЛАВА 6. Изучение влияния полимиксана 88а на комплекс биохимических, микробиологических и структурно-механических процессов в

тесте и хлебе 111

6.1. Влияние полимиксана 88А на технологический процесс приготовления хлеба и его качество 111

6.2. Влияние полимиксана 88А на комплекс биохимических и микробиологических процессов в тесте 119

6.3. Изменение структурно-механических свойств теста при добавлении полимиксана 88А 125

6.4. Влияние полимиксана 88А на сохранение свежести хлеба 132

6.5. Выводы .137

ГЛАВА 7. Разработка основ практического применения полимиксана как улучшителя качества хлеба и для создания пищевых пленочных покрытий 138

7.1. Использование полимиксана 88А для создания пищевых пленочных покрытий 138

7.2. Отработка технологии использования полимиксана в условиях хлебопекарного производства 142

7.3. Выводы 145

ВЫВОДЫ 147

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 148

ПРИЛОЖЕНИЯ 177

Введение к работе

Актуальность проблемы. Микробные экзополисахариды (ЭПС), то есть полисахариды, экскретируемые в среду, продуцируются значительным количеством бактерий и грибов. Большинство ЭПС слабо изучены, но среди тех, чьи физико-химические свойства в достаточной мере описаны, выделяется круг биополимеров, потенциально пригодных для широкого использования в различных сферах экономики. Промышленное производство бактериальных внеклеточных полисахаридов в развитых зарубежных странах (США, ФРГ, Франция, Япония и др.) достигло крупных масштабов. Ежегодный прирост производства полисахаридов микробного происхождения в мире составляет в среднем 10 %. Сферы возможного применения микробных экзополисахаридов чрезвычайно разнообразны: нефте- и горнодобывающая, текстильная, пищевая, фармацевтическая, химическая промышленности и медицина. Потребность в -" этих полимерах постоянно растет, однако спрос на них удовлетворяется не полностью (Sutherland, 1996).

Микробные экзополисахариды можно использовать как альтернативные традиционно применяемым синтетическим или природным полимерам (Sutherland, 1986). Применяются они в качестве суспендирующих, желирую-щих, эмульгирующих и изменяющих реологические свойства водных систем реагентов. Растворы микробных ЭПС характеризуются высокой вязкостью при низких концентрациях, сохранением стабильности в широком диапазоне значений температуры и рН среды, устойчивостью к механической и окислительной деструкции. Синтез микробных ЭПС не зависит от климатических условий, не связан с чередованием сезонов, и получать их можно надежно и непрерывно методом ферментации.

Богатство мира микробов обусловливает разнообразие структуры, физико-химических и биологических свойств микробных ЭПС. Теоретически можно найти полимер, удовлетворяющий требованиям практики в каждом конкретном случае. Однако реализация этой задачи затруднена из-за недостаточной изучен-

ности свойств микробных экзогликанов, а часто — из-за отсутствия активного продуцента коммерчески ценного ЭПС.

В России производство микробных ЭПС не отвечает постоянно возрастающей потребности различных отраслей промышленности, медицины и сельского хозяйства в этих биополимерах. Крайне актуальным является создание крупнотоннажного производства этих биополимеров. Для промышленного получения коммерчески ценных микробных ЭПС следует создать банк микроорганизмов-продуцентов, усовершенствовать технологию их получения и методы выделения полимера, разработать методы управления условиями ферментации с целью получения продукта стабильного качества. Необходимо проводить фундаментальные исследования структуры и свойств полисахаридов, разрабатывать методы их модификации. Микробные полисахариды, по мнению I.W. Sutherland и D.C. Ellwood (1979), являются полимерами будущего.

Одним из наиболее перспективных направлений использования полисахаридов является применение их в хлебопекарной промышленности. Самый распространенный дефект пшеничной муки - пониженное содержание в ней клейковины. Существующие ныне способы повышения качества такой муки трудоемки и экономически невыгодны. Эффективным способом повышения качества хлеба из низкоклейковинной муки является использование в качестве улучши-телей гидрофильных добавок различного происхождения, в том числе микробных полисахаридов.

Цель исследования - получение нового микробного экзополисахарида с улучшенными потребительскими свойствами и разработка основ его практического применения в хлебопекарной промышленности.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи: 1) получить бактериальный штамм с повышенной продукцией высоковязкого экзополисахарида и оптимизировать процесс его культивирования; 2) разработать технологию получения и очистки полисахарида, пригодного для пищевого применения; 3) изучить физико-химические свойства растворов полученного полисахарида; 4) изучить влияние полимиксана 88А на комплекс био-

химических, микробиологических и структурно-механических процессов в тесте и хлебе; 5) разработать основы практического применения нового полимера в качестве улучшителя хлеба и для получения пищевых пленочных покрытий.

Научная новизна. В данной работе впервые был получен новый ЭПС и его продуцент с заданными; свойствами (высокая вязкость биополимера и большая продуктивность штамма-продуцента); охарактеризованы биологические свойства нового штамма и оптимизированы условия его культивирования. Впервые изучены физико-химические свойства нового ЭПС (полимиксана 8 8А) и получен фрагмент диаграммы состояния полимиксан-вода. В данной работе полимиксан в п е р вые был использован как улучшитель качества пшеничного хлеба из низкоклейковинной муки, а также для создания пищевых пленочных покрытий. Впервые было изучено влияние добавок полимиксана на комплекс биохимических, микробиологических и структурно- механических процессов в тесте и хлебе. Таким образом, был осуществлен комплекс работ от создания штамма микроорганизма-продуцента ЭПС до разработки технологий практического использования этого биополимера в хлебопекарной промышленности.

Практическая значимость работы. С помощью способа получения мик-рорганизмов-продуцентов ЭПС (обработка исходной культуры сублетальными дозами микроволн и затем селекция спонтанных мутантов) (Панасенко, 1990) был создан штамм бактерий Paeniacillus polymyxa 8 8А, продуцирующий ЭПС полимиксан с промышленно важными свойствами. Получено авторское свидетельство на изобретение «Штамм бактерий Bacillus polymyxa — продуцент высоковязкого полисахарида».

Исследованы реологические и другие физико-химические свойства полимиксана, что необходимо для характеристики нового полимера и для разработки технологий его практического применения.

Разработана технология очистки полимиксана, пригодного для использования в пищевой промышленности.

Разработана технология использования полимиксана в качестве улучшите-ля пшеничного хлеба из низкоклейковинной муки, проведены производственные испытания на хлебопекарных предприятиях г. Киева и получено авторское свидетельство на изобретение «Способ производства пшеничного хлеба».

Разработана технология создания пищевых пленочных покрытий.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Получение штамма Paenibacillus polymyxa 8 8А, производящего экзополиса-харид высокой вязкости, характеристика его биологических свойств и оптимизация условий культивирования.

  2. Характеристика свойств полимиксана 8 8А: высокой вязкости; при низких концентрациях растворов, стабильности в широком диапазоне температур и рН среды, солестойкости, способности к гелеобразованию.

  3. Построение фрагмента диаграммы состояния системы полимиксан-вода, определяющей области стабильных и нестабильных состояний.

  4. Изучение влияния добавок полимиксана 88А на комплекс биохимических, микробиологических и структурно- механических процессов в тесте и хлебе.

  5. Доказательство возможности практического применения полимиксана в качестве структурообразующего компонента подового хлеба и для \ получения пищевых пленочных покрытий.

Апробация работы. Основные результаты были представлены в виде стендовых докладов и устных сообщений на следующих конференциях и симпозиумах: 2nd Intern. Symp. «Overproduction of microbial product» (Ceske Bude-jovice, Czech Republic, 1988); Респ. науч.-техн. конф. «Интенсификация технологий и совершенствование оборудования перерабатывающих отраслей АПК» (Киев, УССР, 1989); Всесоюз. науч. конф. «Химия пищевых веществ. Свойства и использование биополимеров в пищевых продуктах» (Могилев, БССР, 1990); Eurocarb-VI (Edinburg, Scotland, 1991); Eurocarb-IX (Utrecht, The Netherlands, 1997); 5-й Междунар. симп. «Экология человека: пищевые технологии и продукты на пороге XXI века» (Пятигорск, Россия, 1997); Eurocarb-X (Galway, Ireland, 1999); Междунар. конф. «Химия и биотехнология пищевых веществ.

Экологически безопасные технологии на основе возобновляемых природных ресурсов» (Москва, Россия, 2000); Междунар. конф. «От фундаментальной науки - к новым технологиям» (Москва-Тверь, Россия, 2001); 1-й Московский междунар конгр. «Биотехнология — состояние и перспективы развития» (Москва, Россия, 2002); 2-й Московский междунар. конгр. «Биотехнология — состояние и перспективы развития» (Москва, Россия, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 27 рисунков. Работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, содержащей 7 глав, выводов, списка цитируемой литературы, включающего 323 источника, и приложений.

Распространенность признака продукции экзополисахаридов у почвенных микроорганимов

Способность к продукции внеклеточных полисахаридов широко распространена у представителей почвенной микрофлоры, представляющих различные таксономические группы (Sutherland, 1986; Bull, 1972). Продуктивность культур по экзопродукту составляет от нескольких милиграммов до десятков граммов на 1 литр ростовой среды. Определяется она условиями обитания и биологической значимостью ЭПС для клетки-продуцента. Широкий спектр типов продуцируемых ЭПС обусловлен многообразием почвенной микрофлоры... МЭПС различаются по составу, строению и физико-химическим свойствам. Внеклеточные полисахариды почвенных бактерий представлены всеми известными типами этих биополимеров — линейными (Расе, 1980) и разветвленными (Кио, 1986), гомо- (Amemura, 1984) и гетерополисахаридами (Sutherland, 1983) нейтральной (Элисашвили, 1984; Tanaka, 1981) и кислой (Ботвинко, 1984; Ito, 1982) природы и их смесями (Ueda, 1981; Yu, 1981). Наиболее общими компонентами продуктов кислотного гидролиза ЭПС являются остатки глюкозы, маннозы и галактозы; пентозы встречаются значительно реже (Мальцева, 1982; Расе, 1980; Sandford, 1977; Yalpany, 1986).

Обычно повторяющееся звено гликана содержит от двух до семи моносахаридов одного или нескольких типов. Мономерные единицы могут существовать в виде структурных, геометрических, оптических и конформационных изомеров (Dea, 1981; Morris, 1986), что также определяет разнообразие состава микробных ЭПС. Необычно большими повторяющимися звеньями отличаются гетерогликаны, синтезируемые быстрорастущими видами ризобий (Кио, 1986; Per-Erik, 1979). Способность к синтезу нейтральных ЭПС, содержащих в составе один-единственный моносахарид, распространена среди: представителей практически всех семейств почвенных бактерий. Это бактериальные галактаны (Pilnik, 1985; Sutherland, 1983), фруктаны (Tanaka, 1981; Amemiya, 1980), ман наны (Barondes, 1981; Harada, 1983), глюканы (Amemiya, 1980; Amemura, 1984), декстраны (Blanshard, 1980; Sawai, 1978) и т.д. Большим набором различных моносахаридов (от 7 до 12) в основной цепи характеризуются ЭПС олигонит-рофильных микроорганизмов (Косенко, 1984; Мальцева, 1982).

Большинство ЭПС, продуцируемых почвенными микроорганизмами, представляют собой полисахариды кислой природы, содержащие, наряду с нейтральными моносахаридами, уроновые кислоты, чаще — глюкуроновую (Sherbrock-Cox, 1984). Редким компонентом бактериальных экзогликанов является гулуроновая кислота, обнаруженная в составе ЭПС некоторых почвенных псевдомонад (Piggott, 1982; Sandford, 1983). Многие полимеры содержат аминосахара, как правило, N-ацетилированные (Chida, 1983; Sutherland, 1979а, 1986).

Характерным компонентом внеклеточных полисахаридов являются специфические функциональные анионные группы, во многом определяющие разнообразие физико-химических свойств ЭПС (Gray, 1982; Расе, 1981; Skjak-Brack, 1985), их конформацию (Липкинд, 1981; Laurent, 1982), поведение в водных растворах (Dea, 1981, Votselko, 1984), степень полидисперсности (Блинов, 1984; Laurent, 1982), обусловливающие адсорбционные свойства ЭПС (Costerton, 1985), иммунологическую активность (Васильев, 1984; Hashimoto, 1983), практическую значимость (Spalding, 1985). Среди наиболее распространенных заместителей неуглеводной природы следует отметить кетальносвязанный пиру-ват и присоединенный сложноэфирной связью ацетат. Значительные количества 0-ацетатов обнаружены в составе гелеобразующих полисахаридов Rhizobium, Pseudomonas, Corynebacterium (Govan, 1978; Kang, 1983; McNeil, 1986), бактериальных альгинатах Azotobacter vinelandii (Sherbrock-Cox, 1984). Некоторые штаммы псевдомонад, артробактеров и ксантомонасов синтезируют экзогликаны, в которых углеводная цепь является постоянной, а различия состава и свойств ЭПС определяются только количественным содержанием и расположением в цепи ацетильных группировок. Примечательно, что для аце-тобактеров и быстрорастущих ризобий количество и молярное соотношение анионных заместителей в составе ЭПС может зависеть от скорости роста и возраста культур (Cadmus, 1982; Mort, 1982).

Многие представители почвенной микрофлоры продуцируют ЭПС, содержащие пировиноградную кислоту (ПВК), хотя содержание пирувата может быть крайне малым. Наличие остатков кетокислот обнаружено в составе ЭПС различных видов ксантомонад (Sutherland, 1986; Trilsbash, 1984), ризобий (Kuo, 1986; Yu, 1981), почвенных бацилл (Li, 1985) и микобактерий (Егоров, 1984; Kanamuru, 1982). Высоконасыщенную остатками ПВК структуру имеет внеклеточный полисахарид Xanthomonas campestris (ксантан), в основной цепи которого каждый второй остаток глюкозы замещен ацетилированным, частично пи-рувилированным трисахаридом (Horton, 1985). Имеется мнение, что содержание остатков ПВК в составе ЭПС в значительной мере придает последним свойства (высокая вязкость, способность к гелеобразованию, специфичность во взаимодействиях с неорганическими ионами и т.д.), благодаря которым подобные микробные полисахариды нашли применение в промышленности и медицине (Свиридов, 1980; Morris, 1986). Наряду с вышеуказанными, в качестве функциональных анионных компонентов в цепи полисахарида могут присутствовать остатки кислот: молочной, левулиновой и лауриновой — у ряда корине-бактерий и акинетобактеров (Сидоренко, 1980; Misaki, 1979), янтарной — у некоторых штаммов микобактерий (Sutherland, 1979а). Весьма распространенными анионными заместителями являются: также фосфаты и/или сульфаты (Sutherland, 1986). Для медленнорастущих ризобий (Rhizobium japonicum, Rhizobium lupini) — представителей pp. Mycobacterium и Agrobacter — характерно наличие О-метилированных Сахаров (Beyer, 1983; Gray, 1982), которые, тем не менее, являются довольно редкими компонентами бактериальных экзогли-канов (Beyer, 1983). Новый класс моносахаридов, названный гликолактиловы-ми кислотами, обнаружен в составе ЭПС микобактерий, при этом чаще всего встречаются маннолактиловые кислоты (Minakami, 1984). Органические сложные эфиры являются достаточно частым компонентом микробных полисахаридов. При этом наиболее типичными являются эфиры короткоцепочечных ки 14 слот (уксусной, янтарной и т.д.). Характерным примером редких и сложных по строению полимеров, в состав которых входят эфирные соединения длинноце-почечных жирных кислот, являются ЭПС бактерий pp. Mycobacterium и Согу-nebacterium (Gray, 1982).

Анализ литературы показывает способность почвенных бактерий филогенетически отдаленных групп продуцировать схожие или одинаковые по мономерному составу экзогликаны (Tonn,1979; Wurst, 1974). В первую очередь, это леваны, (а-(2-6)-фруктаны), синтезируемые отдельными видами Bacillus, Paenibacillus, Agrobacterium, Pseudomonas, Gluconobacter, Mycobacterium и Corynebacterium (Егоров, 1984; Li, 1985; Stacey, 1960; Tanaka, 1981); декстраны (a-(l-4), (І-б)-глюканьі) Acetobacter\ Arhtrobacter и Azotobacter (Элисашвили, 1982; Sawai, 1978; Skjak-Brack, 1985); маннаны Bacillus, Paenibacillus и Pseudomonas; курдланы (0-(1-2), (І-З)-глюканьі) Agrobacterium, Acetobacter и Rhizobium (Beyer, 1983; Sutherland, 1983); сукциноглюканы, считавшиеся характерными для агробактерий, образуют также штаммы быстро- и медленнорастущих видов Rhizobium ТІ Acetobacter (Amemura, 1984, Rees, 1982). Общие элементы состава и строения обнаруживаются в функционально близких полимерах. Так, например, уроновые кислоты, пирувил- и ацетилзамещенные моносахариды являются наиболее общими антигенными детерминантами экзоглика-нов (Васильев, 1984; Megumi, 1982).

Штаммы микроорганизмов, материалы и реактивы

В качестве родительского штамма для получения продуцента ЭПС был использован штамм Paenibacillus polymyxa 1459В, полученный ранее в ИБФРМ РАН (Глухова, 1986а) из исходного музейного штамма P. polymyxa ССМ 1459 (получен из Чешской коллекции микроорганизмов, ССМ). Полученный нами штамм был назван P. polymyxa 88А и задепонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов под номером В-4556 (прил. 1).

При выполнении работы применяли пшеничную муку первого сорта нескольких партий, хлебопекарные свойства которых можно охарактеризовать как средние (табл. 1). В партиях 2,3,4 содержание клейковины соответствовало ГОСТ 26574-85, в партии 1 — занижено на 6 %.

В работе использовались моносахариды и их производные в качестве стандартов при определении моносахаридного состава производства «Fluka» (Швейцария); коммерческие препараты полисахаридов производства «Kelco» (США) и «Rone-Poulenc S.A.» (Франция). Остальные реактивы были отечественного производства марок «о.с.ч.», «ч.д.а.» и «х.ч.».

Суспензию облучали ультрафиолетовой лампой в пластиковой чашке Петри в течение 0,5 ч (лампа БУФ-30 на расстоянии 1 м). Затем суспензию наливали в стеклянную пробирку объемом 0,5 мл и помещали в установку «Хазар». СВЧ-обработку проводили на частоте 2375 МГц в течение 14 с (Панасенко, 1988). Удельная мощность облучения составляла 60 Вт/см . Облученные клетки высевали на капустный агар, содержащий 10 г/л глюкозы для получения изолированных колоний, и выращивали в течение 32 ч при 28 С в суховоздушном термостате.

Получение мутантного штамма Paenibacillus polymyxa 88А

Как упоминалось ранее, продуктивность штаммов, выделенных из природных источников, нередко бывает недостаточной для производства (Гринберг, 1991; Sutherland, 1986). Кроме того, многие микроорганизмы- продуценты ЭПС часто не оправдывают себя в условиях современных биотехнологических процессов, ввиду резкого снижения активности после многократных ферментационных циклов (Behrens, 1985; Williams, 1980). Одним из наиболее перспективных подходов к созданию высокопродуктивных штаммов является метод экспериментальной селекции с использованием мутагенов различной природы, дающих возможность получать стабильные наследственно измененные формы микроорганизмов с повышенным уровнем биосинтеза ЭПС (Govan, 1985; Russel, 1985), и/или улучшенными реологическими свойствами экзопродукта (Chen, 1985; Sutherland, 1979).

Среди микроорганизмов, активно синтезирующих ЭПС, значительную часть составляют бациллы почвенного происхождения (Sutherland, 1983; Расе, 1980). Это послужило основанием провести поиск продуцента среди музейных штаммов P. polymyxa как одного из наиболее распространенных видов микрофлоры различных типов почв (Берестецкий, 1982). Изучение способности синтеза внеклеточных полисахаридов указывает на преимущества штамма Р. polymyxa 1459В (Глухова, 1986а).

Известно, что воздействие повышенных температур сопровождается высокой частотой возникновения мутантов у бацилл (Рабинович, 1984). Одним из наиболее мощных мутагенных факторов, используемых для получения наследственно измененных вариантов, является нагрев культур электромагнитным полем (ЭМП) сверхвысокочастотного диапазона (СВЧ) (Игнатов, 1978). Достоинствами этого метода являются высокая частота возникновения мутантов, кратковременность воздействия мутагенного фактора, а также равномерность нагрева, что предотвращает возникновение нежелательных эффектов, связанных с локальным перегревом образца. Показано, что, наряду с другими эффектами, воздействие повышенных температур значительно изменяет способность клетки к продукции ЭПС, и нагрев бактериальных суспензий предлагается как один из способов получения мутантов — сверхсинтетиков внеклеточных полисахаридов (Панасенко, 1988).

Родительский штамм P. polymyxa 1459В (В-3015 ВКПМ «ВНИИГенетика») был получен ранее (Глухова, 1986а) из исходного коллекционного штамма Р. polymyxa 1459. Для получения мутантов с повышенной продукцией ЭПС суточную культуру P. polymyxa 1459В подвергали кратковременному воздействию ЭМП СВЧ-диапазона (подробно см. главу 2), после чего бактерии высевали на капустный агар для оценки выживаемости и выявления морфологически измененных вариантов. На основании визуального анализа селектировали клон, обладающий максимальной ослизненностью, названный нами P. polymyxa 88А (рис. 1 и 2). Культивирование штамма 88А в течение двух недель при 28-30 С с ежедневным пересевом в свежую среду и контролем с помощью фазового и светового микроскопирования, а также хранение в течение трех лет обнаружило стабильность признака продукции ЭПС и других биологических свойств. Штамм P. polymyxa 88А депонирован во Всесоюзной коллекции промышленных микроорганизмов «ВНИИГенетика» под регистрационным номером

Похожие диссертации на Экзополисахарид Paenibacillus polymyxa 88A: получение, характеристика и перспективы использования в хлебопекарной промышленности