Влияние ЭМИ КВЧ на физиологические константы роста дрожжей Saccharomyces cerevisiae

ТЕХНОЛОГИЯ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

УДК 579.017.7

А. Ю. Крыницкая, В. С. Гамаюрова ВЛИЯНИЕ ЭМИ КВЧ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ РОСТА ДРОЖЖЕЙ SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Ключевые слова: культивирование, дрожжи, физиологические константы.

Проведено культивирование дрожжей Saccharomyces cerevisae в режиме бистата с целью определения физиологических констант роста. Обнаружено, что воздействие ЭМИ КВЧ приводит к повышению максимального выхода по органическому субстрату и максимальной удельной скорости роста при одновременном снижении скорости затрат на поддержание биомассы и константы субстратного насыщения.

Key words: cultivation, yeast, physiological constants.

Is carried out bistat cultivation of yeast Saccharomyces cerevisae. Physiological constants of growth are determined . It is revealed, the influence of high extremely frequency electromagnetic radiation results in increase of the maximal yield of organic substrate and maximal specific growth rate. Rate of biomass maintenance expenses and constant of substrate saturation decrease .

В настоящее время наиболее интенсивно развивающейся ветвью биотехнологии является пищевая микробиотехнология. В области производства пищевых продуктов ведущая роль принадлежит дрожжам. Разные расы дрожжей Saccharomyces cerevisae используются в хлебопечении, бродильных производствах, молочной промышленности. В связи с этим вопросы интенсификации микробиологических процессов с их участием имеют большое значение. Ранее рядом авторов [1] была показана возможность стимулирования роста микроорганизмов и синтеза ими продуктов метаболизма при воздействии электромагнитного облучения крайне высоких частот (ЭМИ КВЧ). Определены стимулирующие и ингибирующие частоты для роста хлебопекарных дрожжей [2] .Показано, что облучение миллиметрового (мм) диапазона не оказывает мутагенного действия на микробиологический объект [3]. Состояние микробной культуры характеризуется физиологическими константами. Их определение в условиях периодического культивирования затруднено и обычно производится в непрерывной культуре. Разработанный ранее метод бистатного культивирования позволяет проводить исследования в более широкой области скоростей разбавления по сравнению с классическим хемостатом, что позволяет определять параметры роста микробных культур более точно [4,5]. В связи с этим целью работы являлось определение физиологических параметров роста дрожжей Saccharomyces cerevisae, подвергнутых воздействию ЭМИ КВЧ в условиях бистата.

Экспериментальная часть

В качестве объекта исследования использовали дрожжи Saccharomyces cerevisae раса 509. Облучение культуры проводили с помощью генератора электромагнитного излучения Г4-142 в течение 5 минут. Расстояние от рупора излучателя до объекта составляло 15 см. Частота облучения -61,2 ГГц. Затем культуру смывали стерильным физиологическим раствором и использовали в качестве инокулята для дальнейшего культивирования в ферментере с рабочим объемом 0,7л. Культивирование в ферментере проводили на питательной среде следующего состава, %: меласса (40% РВ) -7,6; (NH4)2sO4 - 0,4; (NH4)2PO4-0,1; KCl - 0,08; дестибиотин - 0,005. В качестве контрольной культуры рассматривали дрожжи Saccharomyces cerevisae, выращенные в аналогичных условиях, но не подвергавшиеся облучению. Концентрацию биомассы определяли весовым методом. Содержание в питательной среде глюкозы анализировали глюкозооксидазным методом. Статистическую обработку данных осуществляли с использованием стандартного пакета программ Microsoft Office Excell.

Результаты и их обсуждение

Бистат был использован для определения зависимости удельной скорости роста ц от концентрации остаточного субстрата S, а также влияния удельной скорости роста ц на выход биомассы в зависимости от потребленного органического субстрата Yx/s. Анализы проводили в установившихся состояниях (steady state) в диапазоне изменения скоростей разбавления от 0,05 до 0,23 час-1. Данные зависимости p,(S) были аппроксимированы с использованием уравнения Моно. Представление экспериментальных данных в системе обратных координат с дальнейшей их обработкой по методу наименьших квадратов позволило получить значения таких физиологических констант как максимальная удельная скорость роста цтах и константа субстратного насыщения Ks. Данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения физиологических констант роста дрожжей Saccharomyces cerevisae

Вариант Физиологические константы

M-max, час Ks ,мг/л Ymax ms ,час-1

Контроль Опыт 0,17±0,01 0,25±0,02 23±0,5 18±0,3 0,55±0,015 0,67±0,03 0,06±0,007 0,045±0,004

Зависимость Иерусалимского - Перта характеризует влияние удельной скорости роста на его эффективность. Уравнение учитывает расход субстрата как на рост новой биомассы, так и на поддержание существующей. Представление зависимости значений выхода биомассы от удельной скорости роста в системе обратных координат с последующим обсчетом по методу наименьших квадратов дало возможность определить значения таких физиологических констант как максимального выхода биомассы Утах и скорости затрат на поддержание существующей биомассы т3. Полученные значения также представлены в таблице. Как можно видеть, воздействие на дрожжевую культуру излучения миллиметрового диапазона приводит к улучшению основных физиологических параметров. Происходит повышение максимального выхода биомассы на 22% при одновременном росте максимальной удельной скорости роста. Рост этих показателей при облучении обеспечивается перераспределением основных метаболических потоков в сторону синтеза новой биомассы. В результате этого происходит снижение скорости затрат на поддержание су-

ществующей биомассы ms. Существенную роль в этом процессе играет повышение активности ферментативных систем, интегрированным показателем активности которых выступает константа субстратного насыщения. Снижение этой константы при облучении свидетельствует о повышении сродства ферментных систем дрожжей к потребляемому субстрату после облучения ЭМИ КВЧ.

Литература

1. Бецкий, О.В. Миллиметровые волны и живые системы/ О.В. Бецкий, В.В. Кислов, Н.Н. Лебедева - М.:САЙНС-ПРЕСС, 2004. - 272 с.

2. Крыницкая, А.Ю. Способ воздействия на рост и физиологическую активность хлебопекарных дрожжей / А.Ю. Крыницкая, М.Н. Астраханцева, В.С. Гамаюрова // Известия ВУЗОВ. Пищевая технология. - 2006. - № 1. - С.15-16.

3. Крыницкая, А.Ю. Влияние электромагнитных излучений крайне высокой частоты на жизнеспособность и мутагенез микробных популяций / А.Ю. Крыницкая, Э.В. Бабынин, В.С. Гамаюрова, Д.М. Калимуллина // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 2010. - №1(57). - C.46-50.

4. Minkevich, I.G. Bistat - a method of continuous cultivation/ I.G. Minkevich, V.K. Eroshin, A.Yu. Krynitskaya // Biotechnology and bioengineering. - 1989. - v.33. - P.1157-1162.

5. Крыницкая, А.Ю. Особенности индивидуального и совместного действия комплексона ОЭДФ и КВЧ излучения на рост хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae / А.Ю. Крыницкая, В.С. Гамаюрова, М.Н. Астраханцева, П.П. Суханов // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2004. -№1-2. - С.138-142.

© А. Ю. Крыницкая - канд. хим. наук, доц. каф. промышленной биотехнологии КГТУ; В. С. Гамаюрова - д-р хим. наук, проф., зав. каф. промышленной биотехнологии КГТУ, tkimi@kstu.ru.