Способ получения основы микробиологических питательных сред

 

Изобретение относится к биотехнологии. Белоксодержащее сырье измельчают. Проводят экстракцию белка из сырья смешением его с раствором католита со значением pH 11,0 - 13,0 с последующим нагревом и термостатированием. Гидролиз белка проводят в катодной и анодной камерах электролизера одновременно в режиме противотока. Нейтрализацию осуществляют до величины pH 5,0 - 8,5, требуемой для оптимального роста микроорганизмов. Способ позволяет сократить энерго- и трудозатраты.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способам получения препаратов и сред для выращивания и диагностирования микроорганизмов, и может быть использовано в микробиологической промышленности, медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве.

Известен способ получения питательной основы из отходов от переработки криля, путем его гидролиза панкреатином. /Меджидов М.М., Султанов З.З. Использование непищевого сырья в производстве микробиологических питательных сред/ НИИ по производству питат. сред. - Махачкала: Даг.кн.изд-во. 1986, с. 45-47/ Недостатками его являются применение дефицитных и дорогостоящих панкреатических ферментов, низкая степень извлечения белковой компоненты из сырья, многостадийность.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, принятым за прототип изобретения, является способ получения белкового гидролизата из гидробионтов (А.с. СССР N 1687213, кл. A 23 J 1/4, 1991), согласно которому гидролитическую экстракцию белка из измельченного сырья и нейтрализацию раствора проводят в диафрагменном электролизере. При этом условия щелочного гидролиза обеспечиваются за счет пропускания постоянного тока плотностью 300-600 А/м² в 0.5 - 2.0%-ном растворе NaCl в катодной камере электролизера с последующим нагревом до 80-90^oC, а нейтрализацию проводят в анодной камере электролизера при той же плотности тока до достижения нейтральных значений pH.

Недостатками прототипа являются невысокая степень гидролиза белка, что характеризуется содержанием аминного азота - 1.2%, невысокий выход целевого продукта - 40-80%, большой расход электроэнергии и соответственно высокая себестоимость продукта.

Изобретение направлено на создание технологии получения основ микробиологических питательных сред различного назначения из белоксодержащего сырья, в том числе отходов от разделки морских и пресноводных ракообразных.

При этом решена задача создания эффективного способа экстракции и гидролиза белка с высоким выходом целевого продукта (100%) при снижении энерго- и трудозатрат.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем измельчение сырья, экстракцию и гидролиз белка, в отличие от прототипа экстракцию белка из измельченного белоксодержащего сырья осуществляют путем его смешения с раствором католита со значением pH 11.0-13.0, с последующим нагревом и термостатированием.

Католит - это раствор, получаемый в катодной камере диафрагменного электролизера в результате электролиза токопроводящих сред в постоянном электрическом поле. В данном случае в качестве католита использовался раствор, являющийся отходом в процессе получения хитина из панцирьсодержащего сырья электрохимическим способом (А.с. СССР N 1751888, кл. A 23 L 1/33, 1990), реализуемом на том же технологическом оборудовании и в том же технологическом цикле, что и заявляемый способ. Он образуется при депротеинировании панциря в присутствии электролита (0.5-5.0% раствора NaCl или Na₂SO₄) в процессе электролиза этой суспензии в катодной камере электролизера.

Гидролиз экстрагированного белка проводят в катодной и анодной камерах диафрагменного электролизера одновременно в режиме противотока при плотности тока 200-650 А/м². Процесс электрообработки белкового раствора осуществляют в катодной, а затем в анодной камерах электролизера, таким образом, что гидролиз экстрагированного белка в катодной камере прекращают при достижении в анодной камере значения pH 5.0-8.5, являющегося оптимальным для роста микроорганизмов, которое должно совпадать по времени с образованием в смеси легко разделяемых жидкой, светопрозрачной фракции и твердого осадка.

Предложенный способ был реализован в лабораторных условиях в двухкамерном электролизере, разделенном диафрагмой на анодное и катодное пространства, с электродами, соединенными соответственно с положительными и отрицательными полюсами источника постоянного тока.

Сущность заявляемого способа поясняется следующими примерами.

Пример 1 Сырье - сухой гаммарус, смешивался с водой в соотношении 1:1 и измельчался на любом диспергирующем оборудовании до размеров частиц < 5•10^-3 м, затем замачивался в католите в соотношении 1:2 и выдерживался в течение не менее 3-х часов при комнатной температуре. (Католит являлся отходом технологии получения хитина и образовывался при фильтровании суспензии панциря с 1% раствором NaCl (в соотношении 1:20), прошедшей электрохимическую обработку в катодной камере диафрагменного электролизера при плотности тока 220 А/м² в течение 30 минут и термостатированной при 70+5^oC в течение 30 минут при перемешивании.) Суспензию католит : сырье термостатировали при 70+5^oC в течение 40 минут при перемешивании. Панцирь отделяли от белкового раствора фильтрованием. Белковый раствор для дополнительного гидролиза подавался на электрообработку в катодную камеру диафрагменного электролизера. Обработка белкового раствора велась при плотности тока 220 А/м² до достижения значения pH 11.0. Белковый раствор, прошедший катодную обработку, подавался в анодную камеру электролизера для дополнительного гидролиза и нейтрализовался при плотности тока 220 А/м² до значения pH 7.4, являющегося оптимальным для бактерий, например: Bacillus mucilaginosus, Escherichia coli. Образовавшийся в процессе гидролиза осадок отделяли центрифугированием. Полученный белковый гидролизат представлял собой прозрачный раствор коричневого цвета с содержанием аминного азота - 2.2%, белка - 73%, NaCl - 17%.

Пример 2 Опыт проводили аналогично примеру 1, сырье смешивали с католитом в соотношении 1:5, электрообработку белкового раствора в катодной камере осуществляли до значения pH12.0 при плотности тока 430 А/м². Полученный белковый гидролизат представлял собой прозрачный раствор коричневого цвета с содержанием аминного азота - 2.8%, белка - 59%, NaCl - 20%.

Пример 3 Опыт проводили аналогично примеру 1, сырье смешивали с католитом в соотношении 1: 10, электрообработку белкового раствора в электролизере осуществляли при плотности тока 650 А/м². Полученный белковый гидролизат представлял собой прозрачный раствор светлокоричневого цвета с содержанием аминного азота - 2.5%, белка - 44%, NaCl - 32%.

Пример 4 Сырье - криль, свежемороженый. Аналогично примеру 1, но отсутствует стадия смешения сырья с водой перед его диспергированием. Обработка белкового раствора в катодной камере велась до значения pH 13.0 при плотности тока 540 А/м². Полученный белковый гидролизат представлял собой прозрачный раствор светло-коричневого цвета с содержанием аминного азота 2.8% белка - 57%, NaCl - 25%.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что при использовании силы тока менее 200 А/м² не достигается максимально возможная степень гидролиза белка, а при плотности тока более 600 А/м² происходит сильный разогрев камеры, что может привести к деформации мембраны и снижению качества белкового раствора. При гидромодуле сырье: католит менее 1:2 белковый раствор содержит большую концентрацию NaCl, а при гидромодуле более 1:10 не возможна максимально полная экстракция белка из сырья.

Полученные, как описано в примерах 2,4 белковые гидролизаты из гаммаруса и криля использовали в качестве основ микробиологических питательных сред для выращивания бактерии Bacillus mucilaginosus, продуцента биологически активных веществ.

Культивирование вели в колбах Эйленмейера объемом 750 см³, температуре 35^oC, частота вращения качалки 200 об/мин. Объем среды 50 см³, гидролизат гаммаруса - 96%, меласса - 4%. Выход абсолютно сухой биомассы составил 8.4 - 9.6 г/дм³. При использовании гидролизата криля выход абсолютно сухой биомассы составил 8.8 - 10.8 г/дм³.

Формула изобретения

Способ получения основы микробиологических питательных сред, включающий измельчение сырья, экстракцию и гидролиз белка, нейтрализацию и отделение нерастворившегося осадка, отличающийся тем, что экстракцию белка из сырья осуществляют смешением измельченного сырья с раствором католита со значением pH 11,0 - 13,0, взятом в количестве 2 - 10 мас.ч. на 1 мас.ч. сырья, и термостатированием, гидролиз ведут обработкой в катодной и анодной камерах диафрагменного электролизера одновременно в режиме противотока, а нейтрализацию осуществляют в анодной камере одновременно с гидролизом до величины pH 5,0 - 8,5.