СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДА АЛЬГИНАТНОГО ТИПА
METHOD OF RECEIVING OF EXOPOLYSACCHARIDE OF ALGINATE TYPE

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.
2
4
4
4
2
4
3
3
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: КHPO - 0,3; CaHPO - 0,2; MgSO - 0,3; KSO - 0,2; NaCl - 0,5; FeCl - 0,01; CaCO - 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<sup>-1</sup>
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.
2
4
4
4
2
4
3
3
-1
Пример 1. Процесс культивирования бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1 проводили на питательной среде Федорова (следующего минерального состава, г/л: КHPO - 0,3; CaHPO - 0,2; MgSO - 0,3; KSO - 0,2; NaCl - 0,5; FeCl - 0,01; CaCO - 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) 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.
-1
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) 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.
-1
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) 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.
-1
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 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<sup>-1</sup>
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.