Способ получения спирулины, обогащенной ванадием

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для получения пищевых добавок, обладающих биологической активностью. Способ предусматривает культивирование штамма спирулины на среде, содержащей источники азота, углерода, фосфора, микроэлементы, в частности среде Заррука, в присутствии соли ванадия, выбранной из группы ванадат натрия, нитрат ванадия, ванадил сернокислый, в концентрации 100-200 мг/л. Соль ванадия целесообразно вводить в процессе приготовления среды или на экспоненциальной стадии роста при концентрации клеток не менее 1 г/л АСВ, или на стационарной стадии роста при концентрации клеток не менее 2 г/л АСВ, или порционно на экспоненциальной стадии роста спирулины. Получают биомассу спирулины, содержащую 250-2050 мкг/г ванадия в органической форме. Биомасса спирулины является сырьем для кормовой, пищевой и фармацевтической промышленности. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для получения пищевых добавок, обладающих биологической активностью.

Известны способы получения биомассы спирулины, обогащенной физиологически активными микроэлементами галогенового ряда, такими как йод, селен (1). Эти препараты обладают гормональной активностью и используются как добавки к пище для обогащения ее йодом, селеном.

Известны биологически активные добавки, содержащие ванадий в виде неорганических соединений (2) и в виде органических комплексов (3).

Известны способы получения биомассы спирулины, обогащенной металлокомплексами меди, железа, олова (4). Эти соединения обладают иммуностимулирующей активностью и также используются, в основном, как добавка к пище.

В состав питательной среды входит раствор микроэлементов, содержащий соль ванадия (ванадат аммония). Микроэлемент вносится в следовых количествах на стадии приготовления питательной среды и используется спирулиной только для роста.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения биомассы спирулины, содержащей физиологически активный микроэлемент хром (5). На стандартно питательной среде Зарукка выращивают из штамма продуцента биомассу спирулины до определенной плотности суспензии клеток, а затем вводят раствор хромсодержащей соли. Процесс ведут при освещенности 12-15 тыс. эрг/см², постоянной температуре и рН среды, обеспечиваемой барботажем углекислотой. Выращивание проводят в течение 3-5 суток до определенной плотности суспензии клеток. После чего биомассу спирулины отделяют фильтрованием, промывают физиологическим раствором, сушат и измельчают. Для использования его в качестве биологически активной добавки (БАД) к пище полученный концентрат смешивают с сухой спирулиной, чтобы довести содержание хрома до разрешенных фармакопейных норм.

Задачей изобретения является расширение ассортимента продуктов, получаемых из микроводорослей, и придание им новых свойств.

Для решения поставленной задачи в качестве источника физиологически активного микроэлемента используются соли ванадия (ванадат аммония, или ванадат натрия, или нитрат ванадия, или ванадий сернокислый). Соли, содержащие физиологически активный микроэлемент, использовались в концентрациях от 100 до 200 мг/л. В данных концентрациях физиологически активный микроэлемент не является фактором роста.

В качестве источника физиологически активного микроэлемента (ванадия) можно использовать все перечисленные соли, но предпочтение отдается тем, которые легко растворимы в воде, не образуют нерастворимых комплексов в среде и легче усваиваются водорослями.

Соли, содержащие физиологически активный микроэлемент, вводят в виде водного раствора.

Были проведены исследования по постадийному и по порционному введению физиологически активных микроэлементов. В ряде опытов результаты при порционном введении физиологически активного микроэлемента были выше, чем при разовом введении в питательную среду, при этом соотношение порций может быть различно (0,2-2:2-0,2).

Как известно, рост культуры идет по S-образной кривой. В зависимости от используемого штамма, условий культивирования и состава среды концентрация клеток на одних и тех же стадиях роста неодинакова. Для лаг - фазы характерна концентрация 0,5-0,8 г/л асв, экспоненциальной стадии роста характерна концентрация клеток от 0,8-1,0 г/л асв (в начале стадии) до 1,5-2,0 г/л асв (в конце стадии), стационарной стадии роста -2,0-2,5 г/л асв.

Были проведены исследования по влиянию способа введения физиологически активного микроэлемента на конечную концентрацию органически связанного микроэлемента в спирулине. Микроэлемент вводили как однократно, так и порционно, с учетом стадии роста спирулины. В ряде опытов результаты при порционном введении физиологически активного микроэлемента были выше, чем при разовом введении в питательную среду, причем соотношение порций может быть различным (0,2-2,0:0,2-2,0).

Основным направлением данного исследования было подобрать исходные концентрации солей, содержащих физиологически активный микроэлемент, и время их внесения, с целью получения биомассы спирулины с повышенным содержанием органически связанного микроэлемента.

Как известно ванадий - минерал, который может в значительной степени уменьшать потребность в инсулине, гипогликалических лекарствах, предотвращать катаракты, может участвовать в метаболизме холестерина, а также в производстве гормонов, предупреждает сердечные приступы.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Штамм микроводоросли спирулины выращивают на среде Зарукка в накопительном режиме при обычных условиях. Исходное количество инокулята спирулины составляет не менее 0,5 г/л сухого вещества. В исходную питательную среду или в культивируемый объем на различных стадиях роста, разово или порционно, вносят в виде водного раствора соль, содержащую физиологически активный микроэлемент (ванадий).

Выращивание проводят в течение 3-5 суток до определенной плотности суспензии клеток. После чего биомассу спирулины отделяют фильтрованием, промывают физиологическим раствором, сушат и измельчают. Получают продукт, содержание физиологически активного микроэлемента ванадия, в котором от 250 до 2050 мг/кг.

Для использования полученного продукта в качестве биологически активной добавки (БАД) к пище концентрат доводят сухой спирулиной до получения нужной концентрации физиологически активного микроэлемента, разрешенной фармакопеей.

Пример 1.

Культивирование штамма спирулины Spirulina platensis (Nordst) Geitl. Ippas B-437 проводят в культиваторах объемом 10 л на среде Зарукка при обычных условиях. Выращивание спирулины проводят до достижения концентрации клеток 2,0 г/л сухого вещества. Контроль за концентрацией биомассы осуществляют по значению оптической плотности суспензии при длине волны λ =540 нм по ФЭКу, калиброванному по АСВ. В исходную питательную среду вносят водный раствор физиологически активного микроэлемента - в виде водного раствора нитрата ванадия (концентрация 100 мг/л). Культивирование проводят в накопительном режиме в течение 5 суток. Суспензию фильтруют, отделяют биомассу, тщательно промывают физиологическим раствором, сушат с помощью лиофильной сушки и измельчают. Получают 20 г продукта. Полученный продукт представляет собой мелкодисперсный порошок темно-зеленого цвета, со специфическим запахом, присущим сине-зеленым водорослям. Получают содержание органического ванадия в сухой биомассе спирулины, равное 250 мкг/г.

Пример 2.

То же, что в примере 1, но водный раствор ванадата аммония (в концентрации 100 мг/л) вносят в культивируемый объем на экспоненциальной стадии роста, при концентрации клеток 1 г/л. Культивирование ведут в течение 4 суток. Получают содержание органического ванадия в сухой биомассе спирулины, равное 400 мкг/г.

Пример 3.

То же, что в примере 2, но водный раствор соли ванадата аммония (в концентрации 150 мг/л) вносят в культивируемый объем на экспоненциальной стадии роста, при концентрации клеток 1,5 г/л. Культивирование ведут в течение 3 суток. Получают содержание органического ванадия в сухой биомассе спирулины, равное 600 мкг/г.

Пример 4.

То же, что в примере 3, но в качестве источника физиологически активного микроэлемента вносят ванадил (в концентрации 150 мг/л) сернокислый. Получают содержание органического ванадия в сухой биомассе спирулины, равное 550 мкг/г.

Пример 5.

То же, что в примере 2, но водный раствор соли ванадата аммония (в концентрации 100 мг/л) вносят на стационарной стадии роста, при концентрации клеток 2,0 г/л. Культивирование ведут в течение 2 суток. Получают содержание органического ванадия в сухой биомассе спирулины, равное 1500 мкг/г.

Пример 6.

То же, что в примере 2, но водный раствор соли ванадата натрия вносят в культивируемый объем порционно, на экспоненциальной стадии роста. Первую порцию соли в количестве 100 мг/л вносят при достижении концентрации клеток 1,0 г/л, вторую порцию соли в количестве 100 мг/л вносят по достижении концентрации клеток 1,5 мг/л, культивирование ведут в течение 3 суток. Получают содержание органического ванадия в сухой биомассе спирулины, равное 2000 мкг/г.

Пример 7.

То же, что в примере 6, но первая порция соли берется в количестве 50 мг/л, а вторая порция соли в количестве 150 мг/л. Получают содержание органического ванадия в сухой биомассе спирулины, равное 2050 мкг/г.

Как видно из примеров, по данному способу получают продукты с разным содержанием микроэлемента ванадия.

Из приведенных примеров следует, что содержание органического ванадия при дробном внесении (2050 мкг/г) выше, чем при одноразовом внесении источника физиологически активного микроэлемента.

Внесение ванадийсодержащей соли в исходную питательную среду (в начале культивирования) нецелесообразно из-за малого содержания органического ванадия в конечном продукте (250 мкг/г).

Получаемая биомасса спирулины, обогащенная микроэлементом, является сырьем для кормовой, пищевой и фармацевтической промышленности.

Полученный данным способом продукт содержит микроэлемент в органической форме. Поступление микроэлементов в организм в такой форме более физиологично, т.к. повышает их биодоступность и усвояемость.

Способ был осуществлен на полупромышленных установках и перенос его на промышленные объемы не представляет сложности для заводов микробиологической и пищевой промышленности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. RU, патент, 2096037, кл. С 12 N 1/12, А 23 L 1/337, Б.и. 32, 1997 (прототип).

2. RU, патент, 2035880, кл. А 23 L 1/29, 1999 г; 3. Влияние соединений ванадия на обмен углеводов в норме и при сахарном диабете. М.А. Голубев, В.К. Городецкий, Н.Ф. Беляева, А.И. Точилкин, ГНИЦ ПМ РФ, НИИ Биомедицинской химии РАМН, г. Москва, Россия.

4. Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук Рудика В. Ф. Биотехнологические основы получения биомассы микроводорослей, перспективы ее применения. Кишинев, 1990, с. 333, стр.83.

5. RU, патент, 2144078, кл. С 12 N 1/12, А 23 L 1/00, 2000 г., (прототип).

Формула изобретения

1. Способ получения спирулины, содержащей физиологически активный микроэлемент, предусматривающий культивирование спирулины на питательной среде, содержащей источники азота, углерода, фосфора и микроэлементы, в присутствии физиологически активного элемента соли ванадия, отличающийся тем, что из солей ванадия используют ванадат натрия, или нитрат ванадия, или ванадил сернокислый в концентрации 100-200 мг/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соль ванадия вводят в процессе приготовления питательной среды.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что соль ванадия вводят на экспоненциальной стадии роста спирулины при концентрации клеток не менее 1 г/л АСВ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что соль ванадия вводят на стационарной стадии роста при концентрации клеток не менее 2 г/л АСВ.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что соль ванадия вводят порционно на экспоненциальной стадии роста спирулины.