СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ КАРОТИНСИНТЕЗИРУЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ
METHOD OF OBTAINING BIOMASS OF CAROTENE-SYNTHESISING MICROORGANISMS

Изобретение относится к области микробиологии, а именно к области культивирования микроорганизмов для получения кормовых продуктов, и может быть использовано в промышленности для получения биомассы каротинсинтезирующих дрожжей как источника каротиноидов.
Известен способ получения каротиноидов с использованием микроводорослей (патент US 2010184194, 22.07.2010). Предлагается способ выращивания микроводорослей, основанный на изменении соотношения источника углерода к азоту в культуральной среде в процессе культивирования с добавлением цитратов и ацетатов, что позволяет повысить выход каротиноидов.
Известен также способ культивирования микроскопических грибов порядка Mucorales, а именно гетероталличного гриба Blakeslea trispora для микробиологического производства β-каротина (патент RU 2211862 С2, 10.09.2001). Предложен состав питательной среды, в которой в качестве органического источника азота предлагается использовать ячменную муку, соевую муку, гречневую муку, кукурузный экстракт, причем массовая доля этих компонентов питания достаточно велика и составляет от 4,0 до 8,0%. Также обязательным компонентом среды является растительное масло (3,0-6,0 мас.%).
Недостатки вышеуказанных способов состоят в том, что для культивирования микроскопических грибов и микроводорослей используют сложные многокомпонентные питательные среды. При этом не уделяется должного внимания подготовке посевного материала.
За прототип выбран способ стимулирования синтеза β-каротина посредством внесения пероксида водорода в культуру гетероталличного гриба Blakeslea trispora (JAE-CHEOL JEONG, 1999).
2
4
4
2
Сущность способа заключается в совместном культивировании двух штаммов Blakeslea trispora ATCC 14271 (+) и АТСС 14272 (-) на питательной среде следующего состава: 70 г глюкозы, 2 г L-аспарагина, 1 г дрожжевого экстракта, 1,5 г КНРO, 0,5 г MgSO·7HO, 5 мг тиамина гидрохлорида в 1 л дистиллированной воды. рН питательной среды - 5,5. Культивирование проводят в колбах Эрленмейера объемом 250 мл с содержанием питательной среды 50 мл при 27°С и постоянном встряхивании (180 об/мин). В полуторасуточную культуру Blakeslea trispora вносят 10 µМ пероксида водорода (0,0136 г/л - концентрация пероксида водорода в ферментационной среде). Это позволяет увеличить выход β-каротина на 46%.
Недостатком предлагаемого метода является незначительное увеличение выхода каротиноидов.
Задачей изобретения является увеличение выхода каротиноидов при культивировании каротинсинтезирующих микроорганизмов.
Поставленная задача решается тем, что культивирование микроорганизмов проводят путем последовательных пересевов  в количестве не менее 8-10 пассажей при концентрации пероксида водорода в ферментационной среде 5,0-6,5 г/л, внесенного на 24-27 час культивирования, с последующей выдержкой не менее 2 часов, причем в качестве каротинсинтезирующего микроорганизма используют дрожжи Rhodotorula glutinis Y-608.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Объектом исследования являются дрожжи Rhodotorula glutinis ВКПМ Y-608, которые продуцируют такие каратиноиды, как β-каротин, торулин,торулародин. Культивирование дрожжей проводят в колбах Эрленмейера объемом 250 мл с содержанием питательной среды 50 мл на термостатируемой качалке (оптимальная температура 28-30°С) с числом оборотов 200-220 об/мин при начальном значении рН среды 5,5 в течение 4 суток.
2
4
4
2
4
4
2
2
2
Состав среды для культивирования дрожжей Rhodotorula glutinis ВКПМ  Y-608, г/л: КНРO - 1,0, (NH)SO - 5,0, MgSO·7HO - 0,5, CaCl - 0,1, NaCl - 0,1, дрожжевой экстракт - 0,5, глюкоза - 40,0, вода - водопроводная. Компоненты среды стерилизуют при 0,5 кгс/см в автоклаве в течение 30 мин.
Вначале готовят посевной материал. Для этого делают смыв культуры стерильной водой с агаризованной среды и переносят в колбу со стерильной питательной средой. Культивирование проводят 1-1,5 суток.
В колбу с питательной средой вносят посевной материал в количестве 10% об. и культивируют в течение 1 суток. На 24-й час культивирования в колбу с дрожжевой суспензией вносят пероксид водорода в количестве 1,0 г/л (концентрация пероксида водорода в ферментационной среде) и продолжают инкубирование в течение 3 суток. В конце процесса культивирования в биомассе дрожжей определяют содержание каротиноидов.
В конце процесса культивирования в биомассе дрожжей определяют количество каротиноидов. Дрожжевые клетки отделяют от культуральной жидкости центрифугированием в течение 15 мин при 5000 об/мин. Надосадочную жидкость сливают, а оставшиеся капли удаляют с помощью фильтровальной бумаги.
Навеску сырой биомассы растирают в фарфоровой ступке и  экстрагируют каротиноиды ацетоном. Экстракт сливают в делительную воронку, а экстракцию проводят до полного обесцвечивания биомассы. Далее каротиноиды в делительной воронке переводят в петролейный эфир. Для получения разделения смеси прибавляют дистиллированную воду. Эфирную фракцию собирают в сухую градуированную пробирку с притертой пробкой. Экстракты фотометрируют на спектрофотометре при длинах волн 450,509 и 537 нм.
Определение концентрации каротиноидов в экстракте, мкг/мл:
1
450
357
509
С=3,9·D+ 1,8· D-3,6· D
2
509
537
С= 5,3·D-6,7·D
3
537
509,
С= 6,7·D-1,1·D
1
2
3
450
509
537
где С - концентрация β-каротина, С- концентрация торулина, С- концентрация торулародина, D - оптическая плотность экстракта при длине волны 450 нм,  D - оптическая плотность экстракта при длине волны 509 нм,  D- оптическая плотность экстракта при длине волны 537 нм.
Определение общего количества каротиноидов, мкг/г АСБ:
1
2
3
А=(С+С+С)·V/m,
где А - общее количество каротиноидов,V - объем экстракта (мл), m -  сухой вес биомассы (г), взятой на экстракцию.
В примерах 2-9 культивирование дрожжей проводят, как в примере 1, а концентрация пероксида водорода в ферментационной среде и полученные результаты сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Примеры
Концентрация Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> в ферментационной среде, г/л
Содержание каротиноидов, % от контроля
контроль
-
100,0
1
1,0
80,9
2
4,0
103,7
3
4,5
127,4
4
5,0
161,9
5
5,5
177,8
6
6,0
217,2
7
6,5
165,7
8
7,0
130,0
9
10,0
73,7
Показано, что пероксид водорода в определенных пределах концентраций оказывает стимулирующее действие на биосинтез каротиноидов дрожжей Rhodotorula glutinis ВКПМ Y-608. Из приведенных примеров 1-9 видно, что при культивировании дрожжей с концентрацией пероксида водорода в ферментационной среде 5,0-6,5 г/л выход каротиноидов увеличивается более чем на 60%, при этом максимальный выход каротиноидов достигается при концентрациии пероксида водорода в ферментационной среде 6,0 г/л и превышает контрольное значение на 117,2%.
В диапазоне концентраций пероксида водорода в ферментационной среде 1,0-4,5 г/л и 7,0-10,0 г/л увеличение выхода каротиноидов незначительно (или ниже контрольного значения) и не превышает заявленного в прототипе.
В примерах 10-14 культивирование дрожжей проводят, как в примере 1, но концентрация пероксида водорода в ферментационной среде составляет 6,0 г/л, а пероксид водорода вносят в среду культивирования на 18, 21, 24, 27 и 30-й часы инкубирования. Полученные результаты сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Примеры
Концентрация Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> в ферментационной среде, г/л
Время внесения Н<sub>2</sub>О<sub>2</sub> в ферментационную среду, ч
Содержание каротиноидов, % от контроля
контроль
-
-
100,0
10
6,0
18
123,7
11
21
143,8
12
24
217,2
13
27
194,1
14
30
145,7
Установлено, что существенное влияние на накопление каротиноидов оказывает время внесения пероксида водорода в ферментационную среду. В примерах 10-14 показано, что при внесении пероксида водорода на 24-27 часы культивирования выход каротиноидов увеличивается на 94,1-117,2%.
Пример 15.
Получение культуры первого пассажа
. В колбу с питательной средой вносят посевной материал в количестве 10% об., приготовленный в соответствии с примером 1, и культивируют в течение 1 суток. На 24-й час культивирования в колбу с дрожжевой суспензией вносят пероксид водорода в количестве 6,0 г/л (концентрация пероксида водорода в ферментационной среде) и продолжают инкубирование в течение 3 суток. В конце процесса культивирования в биомассе дрожжей определяют содержание каротиноидов.
Пример 16.
Получение культуры второго пассажа
. Через 2 часа после внесения пероксида водорода в ферментационную среду культуры первого (предыдущего) пассажа дрожжевую суспензию в количестве 10% об. переносят в колбу с питательной средой и культивируют в течение 1 суток. Через 24 часа культивирования в колбу вносят пероксид водорода в количестве 6,0 г/л и продолжают инкубирование в течение 3 суток. В конце процесса культивирования в биомассе дрожжей определяют содержание каротиноидов.
В примерах 17-29 культивирование дрожжей проводят как в примере 16, но для каждого последующего пассажа в качестве инокулята используют суспензию дрожжей предыдущего пассажа. Полученные результаты сведены в таблицу 3.
Таблица 3.
Пример
Пересев/пассаж №
Характеристики культивирования
Концентрация Н<sub>2</sub>О<sub>2</sub> в ферментационной среде, г/л
Время внесения Н<sub>2</sub>О<sub>2</sub> в ферментационную среду, ч
Содержание каротиноидов, % от контроля
контроль
-
-
-
100,0
15
1
6,0
24
217,2
16
2
274,8
17
3
297,0
18
4
313,5
19
5
301,5
20
6
322,8
21
7
313,5
22
8
336,9
23
9
336,1
24
10
361,3
25
11
-
-
358,3
26
12
377,0
27
13
373,9
28
14
372,0
29
15
247,6
Из приведенных примеров видно, что культивирование дрожжей Rhodotorula glutinis ВКПМ Y-608 необходимо проводить при концентрации пероксида водорода в ферментационной среде 5,0-6,5 г/л, внесенного на 24-27 час инкубирования. При этом выход каротиноидов от пассажа к пассажу существенно увеличивается (примеры 15-24) и в 8-10 пассаже выход каротиноидов увеличивается на 236,1-261,3%, что примерно в 3,5 раза больше по сравнению с контролем (примеры 22-24). Показано, что дрожжевая культура, адаптированная к действию пероксида водорода (примеры 25-28), сохраняет свою активность в отношении биосинтеза каротиноидов в течение не менее четырех последовательных пересевов. Учитывая все эти факторы, можно в значительной степени увеличить выход каротиноидов, а адаптированная культуру дрожжей Rhodotorula gkitinis ВКПМ  Y-608 может быть использована в промышленности в качестве источника каротиноидов.