Способ получения экзополисахарида альгинатного типа
Владельцы патента RU 2359028:
Закрытое акционерное общество научно-производственное предприятие "Биомедхим" (ЗАО НПП "Биомедхим") (RU)
Изобретение относится к получению экзополисахаридов, используемых в качестве сгущающих агентов при эксплуатации нефтяных месторождений, в частности относится к способу получения экзополисахаридов альгинатного типа. Способ предусматривает культивирование Azotobacter vinelandii ИБ-1 на питательной среде Федорова, содержащей смесь микроэлементов и мелассу в количестве 60,0 г/л, в ферментере при условиях аэрации: 0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в минуту и перемешивании 300 оборотов в минуту при температуре 25°С в течение 48 часов. Выделение экзополисахарида осаждением изопропиловым спиртом в количестве 70% по объему. Изобретение позволяет повысить выход экзополисахарида. 1 табл.
Изобретение относится к получению биополимеров, представляющих собой экзополисахариды, используемые в качестве сгущающих агентов при эксплуатации нефтяных месторождений, в частности относится к способу получения экзополисахаридов альгинатного типа.
Известны способы получения экзополисахаридов с использованием различных штаммов микроорганизмов: Acinetobacter sp. ВКПМ В-3243 [1], Bacillus polymyxa B-3015 [2].
Общим недостатком известных способов получения экзополисахаридов является низкий выход целевого продукта, длительность проведения процесса.
Известен штамм бактерий Azotobacter vinelandii (Lipman) ВКПМ В-5933, являющийся продуцентом экзополисахарида альгинатного типа [3]. Несмотря на то что данный штамм может продуцировать до 10 г/л экзополисахарида, недостатком известного способа получения является низкий выход целевого продукта.
Известен штамм бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1, являющийся продуцентом экзополисахарида альгинатного типа [4]. Способом получения экзополисахарида, принятого за прототип, на основе указанного штамма микроорганизмов является периодическое культивирование бактерий на питательной среде Федорова, имеющей состав, г/л: К2HPO4 - 0,3; CaHPO4 - 0,2; MgSO4 - 0,3; K2SO4 - 0,2; NaCl - 0,5; FeCl3 - 0,01; CaCO3 - 5,0; меласса - 40,0; смесь микроэлементов - 1 мл, вода водопроводная до 1 л при аэрации на качалке (200 об/мин) при температуре 25°С в течение 48 часов. Выход экзополисахарида при этом составляет 16 г/л.
Недостатком известного способа является низкий выход экзополисахарида.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение выхода экзополисахарида, продуцируемого бактериями Azotobacter vinelandii ИБ-1.
Поставленная техническая задача решается культивированием бактерий Azotobacter vinelandii ИБ-1 на питательной среде Федорова, содержащей смесь микроэлементов и мелассу в условиях аэрации при температуре 25°С в течение 48 часов при следующих условиях:
| содержание мелассы в питательной среде | 60,0 г/л |
| аэрация объемов воздуха на 1 объем среды в минуту | 0,5 |
| число оборотов перемешивающего устройства | 300 об/мин, |
с дальнейшим выделением экзополисахарида при осаждении его изопропиловым спиртом в количестве 70% по объему.
Для определения граничных значений параметров технологического процесса культивирования и зависимости выхода экзополисахарида проводят опыты по выращиванию микроорганизмов при использовании периодического культивирования в ферментерах АК-210 с рабочим объемом 6 л и выделению экзополисахарида.
Результаты экспериментов приведены в таблице.
Из результатов, приведенных в таблице, следует, что оптимальными значениями параметров технологического процесса для обеспечения наибольшего выхода экзополисахарида являются (опыт №10):
| содержание мелассы в питательной среде, г/л | 60,0; |
| аэрация, объемов воздуха на 1 объем среды в 1 мин | 0,5; |
| число оборотов перемешивающего устройства, мин-1 | 300, |
при которых конечная концентрация экзополисахарида составляет 25 г/л, вязкость 30000 сСт, что более чем в 1,5 раза превышает выход экзополисахарида по прототипу.
Изобретение характеризуется следующими примерами.
Пример 1. Процесс культивирования бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1 проводили на питательной среде Федорова (следующего минерального состава, г/л: К2HPO4 - 0,3; CaHPO4 - 0,2; MgSO4 - 0,3; K2SO4 - 0,2; NaCl - 0,5; FeCl3 - 0,01; CaCO3 - 5,0; смесь микроэлементов - 1 мл, вода водопроводная до 1 л) в ферментерах АК-210 рабочим объемом 6 л (аэрация, 0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в 1 мин; перемешивание 300 мин-1) при температуре 25°С в течение 48 часов, содержании мелассы в питательной среде, составляющем 40 г/л (опыт №2). Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (70% по объему). Осадок промывали чистым изопропиловым спиртом (в соотношении 1:3 по объему), холодной водой (в соотношении 1:3 по объему) и высушивали до постоянной массы под вакуумом при температуре 60-80°С. Выход экзополисахарида составил 16,2 г/л, вязкость 18000 сСт.
Пример 2. Процесс проводили согласно примеру 1. Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (60% по объему). Выход экзополисахарида составил 12,5 г/л.
Пример 3. Процесс проводили согласно примеру 1. Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (80% по объему). Выход экзополисахарида составил 16,2 г/л.
Пример 4. Процесс культивирования бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1 проводили на питательной среде Федорова вышеуказанного состава в ферментерах АК-210 рабочим объемом 6 л (аэрация, 0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в 1 мин; перемешивание 300 мин-1) при температуре 25°С в течение 48 часов, содержании мелассы в питательной среде, составляющем 60 г/л (опыт №10). Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (70% по объему). Выход экзополисахарида составил 25,0 г/л, вязкость 30000 сСт.
Пример 5. Процесс проводили согласно примеру 4. Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (60% по объему). Выход экзополисахарида составил 20,8 г/л.
Пример 6. Процесс проводили согласно примеру 4. Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (80% по объему). Выход экзополисахарида составил 25,0 г/л.
Пример 7. Процесс культивирования бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1 проводили на питательной среде Федорова вышеуказанного состава в ферментерах АК-210 рабочим объемом 6 л (аэрация, 0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в 1 мин; перемешивание 300 мин-1) при температуре 25°С в течение 48 часов, содержании мелассы в питательной среде, составляющем 70 г/л (опыт №14). Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (70% по объему). Выход экзополисахарида составил 24,8 г/л, вязкость 30000 сСт.
Таким образом, результаты проведения процесса получения экзополисахарида, приведенные в примерах 1-7, свидетельствуют о том, что при выбранных параметрах аэрации культуральной жидкости и числа оборотов перемешивающего устройства (0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в мин и 300 мин-1 оборотов при перемешивании соответственно), при содержании мелассы в питательной среде, равном 40 г/л, выход экзополисахарида низок и составляет 16,2 г/л (максимально при помощи осаждения изопропиловым спиртом (70% по объему)). Увеличение содержания мелассы в питательной среде до 70 г/л при тех же остальных параметрах процесса не приводит к дополнительному увеличению выхода экзополисахарида по сравнению с выходом экзополисахарида по примеру 4, где содержание мелассы в питательной среде составляло 60 г/л при осаждении изопропиловым спиртом (70% по объему).
| Таблица | |||||
| Конечная концентрация экзополисахарида, г/л | |||||
| № п/п | Аэрация, объемов воздуха на 1 объем среды в 1 мин | Содержание мелассы в питательной среде, г/л | Перемешивание, мин-1 | ||
| 200 | 300 | 400 | |||
| 1 | 0,25 | 40 | 12,0 | 14,4 | 11,4 |
| 2 | 0,50 | 13,5 | 16,2 | 11,9 | |
| 3 | 0,75 | 11,5 | 12,8 | 9,8 | |
| 4 | 1,00 | 8,2 | 8,0 | 7,0 | |
| 5 | 0,25 | 50 | 12,0 | 14,4 | 11,5 |
| 6 | 0,50 | 14,2 | 20,5 | 12,2 | |
| 7 | 0,75 | 11,5 | 14,0 | 10,0 | |
| 8 | 1,00 | 8,4 | 8,1 | 7,0 | |
| 9 | 0,25 | 60 | 12,4 | 15,0 | 12,0 |
| 10 | 0,50 | 15,5 | 25,0 | 12,7 | |
| 11 | 0,75 | 11,5 | 14,4 | 10,0 | |
| 12 | 1,00 | 8,8 | 8,1 | 7,1 | |
| 13 | 0,25 | 70 | 12,5 | 15,2 | 12,2 |
| 14 | 0,50 | 15,2 | 24,8 | 12,5 | |
| 15 | 0,75 | 11,6 | 14,2 | 10,2 | |
| 16 | 1,00 | 9,0 | 8,0 | 7,2 | |
| 17 (по прототипу) | 0,10 | 40 | Без механического перемешивания 16,0 |
Список литературы
1. Авторское свидетельство СССР №1579059, кл. C12P 19/04, 1990.
2. Авторское свидетельство СССР №1698293, кл. C12P 19/04, 1991.
3. Патент РФ №2073712, кл. C12N 1/20, 1997.
4. Патент РФ №2266324, кл. C12N 1/20, 2005.
Способ получения экзополисахарида альгинатного типа, предусматривающий культивирование Azotobacter vinelandii ИБ-1 на питательной среде Федорова, содержащей смесь микроэлементов и мелассу в условиях аэрации при температуре 25°С в течение 48 ч, отличающийся тем, что культивирование осуществляют при следующих условиях:
| содержание мелассы в питательной среде | 60,0 г/л |
| аэрация объемов воздуха на 1 объем среды в минуту | 0,50 |
| число оборотов перемешивающего устройства | 300 об/мин |
с дальнейшим выделением экзополисахарида при осаждении его изопропиловым спиртом в количестве 70% по объему.
