Влияние способа культивирования гриба Rhizopus orizae F-1030 на гидролизатах нейтральносульфитного щелока на эффективность синтеза молочной кислоты
Authors: Мингазова Л. А. , Крякунова Е. В. , Галиева А. Р. , Канарская З. А. , Канарский А. В. , Кручина-Богданов И. В. , Белкина Е. В. 
Published: December 2024

Производство молочной кислоты в промышленном масштабе ведется в основном путем микробиологической ферментации сахарсодержащего сырья. При этом стоимость субстрата для промышленного производства молочной кислоты определяет практически половину стоимости всего производства. Использование индивидуальных сахаров в качестве источника углерода для микробиологического синтеза молочной кислоты приводит к сильному удорожанию производства. Лигноцеллюлозная биомасса является одним из наиболее распространенных природных возобновляемых источников углерода, применение которой в биотехнологическом производстве в качестве сахаросодержащего субстрата ограничено отсутствием у большинства промышленных штаммов микроорганизмов целлюлолитических ферментов. Мицелиальный гриб Rhizopus orizae является промышленным продуцентом молочной кислоты, способным метаболизировать лигноцеллюлозу. Рост микроорганизмов, потребление субстрата и выход молочной кислоты определяется активностью метаболизма клеток продуцента и зависит от условий культивирования. Регуляция микробиологического производства молочной кислоты осуществляется изменением таких факторов среды, как температура, pH, концентрация питательных веществ в субстрате и концентрация конечного продукта. В работе осуществлялся подбор условий культивирования гриба R. oryzae F-1030 на нейтрально-сульфитных щелоках, позволяющие получить оптимальное соотношение биомассы и количества синтезируемой молочной кислоты. Показано, что кислотность питательной среды зависит от концентрации метаболитов, продуцируемых грибом на разных стадиях физиологической зрелости. Изменение содержания редуцирующих веществ в питательной среде обусловлено скоростью роста клеток гриба R. oryzae F-1030 и активностью целлюлолитических ферментов. Статистически значимых различий в количестве синтезируемой молочной кислоты и приросте биомассы в зависимости от способа культивирования гриба R. oryzae F-1030 на ферментолизате нейтрально-сульфитного щелока выявлено не было. На прирост биомассы гриба R. oryzae F-1030 оказывает влияние как вид гидролизующего агента (кислота или ферментный препарат), так и состав питательной среды, в частности наличие солей азота, фосфора, серы, калия. При культивировании гриба R. oryzae F-1030 на кислотном гидролизате нейтрально-сульфитного щелока рекомендуется использовать периодический способ культивирования.
The industrial lactic acid production is based on microbiological fermentation of sugar-containing feedstock. Generally, the price on the substrate controls almost half the cost of the entire production. The use of pure individual sugars as a carbon source for the microbiological lactic acid synthesis leads to a significant rise in production expenses. Lignocellulosic biomass is one of the most common natural renewable sources of carbon, the use of which in biotechnological production as a carbohydrate-containing substrate is limited mostly due to the lack of cellulolytic enzymes in most strains of microorganisms used on industrial scale. The filamentous fungus Rhizopus orizae is an industrial lactic acid producing microorganism capable of metabolizing lignocellulose. The growth of microbial mass, substrate consumption rate and lactic acid yield are controlled by the metabolic activity of the producer cells, the latter depending on the cultivation mode. The microbiological lactic acid production regulation is carried out by changing such factors of nutrient medium as temperature, pH, nutrient concentration in the substrate and the final product concentration. The work involved the conditions’ selection for fungus R. oryzae F-1030 cultivation on neutral sulfite liquor, which made it possible to attain the optimal ratio of biomass and the synthesized lactic acid yield. It has been shown that the nutrient medium acidification is affected by the physiological maturity of the fungus. The level of reducing substances in the nutrient medium is controlled by the growth rate of the fungus R. oryzae F-1030 cells and the activity of its cellulolytic enzymes. There were no statistically significant differences in the amount of synthesized lactic acid and biomass growth depending on the mode of the fungus R. oryzae F-1030 cultivation on the neutral sulfite liquor after treatment with externally added enzymes. The growth of fungus R. oryzae F-1030 biomass is influenced by both the type of hydrolyzing agent (acid or enzyme) and the composition of the nutrient medium, in particular the presence of nitrogen, phosphorus, sulfur, and potassium salts. The batch cultivation mode was demonstrated as optimal for the fungus R. oryzae F-1030 to grow on the neutral sulfite liquor after acid hydrolysis.