CC BY
130
С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. No 11 (116)
УДК 579.64 О.П. Червякова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОБНОЙ БИОМАССЫ, ОБОГАЩЕННОЙ КАРОТИНОИДАМИ
Carotenoids are widely used in various industries. This is mainly due to their different functions, such as provitamin activity, participation in the oxidative metabolism of the cell, antioxidant properties, radioprotection properties, antitumor effect, enhancing the regeneration of epithelial cells. Thus, products based on carotenoids increase the body's defenses.
Каротиноиды нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Главным образом это связано с их различными функциями, такими как провитаминная активность, участие в окислительном обмене клетки, антиоксидантные свойства, радиопротекторные свойства, антиопухолевое действие, усиление регенерации клеток эпителия. Таким образом, препараты на основе каротиноидов повышают защитные силы организма.
На данный момент каротиноиды получают из растительного сырья и химическим синтезом. Но необходимо отметить, что перспективным источником каротиноидных пигментов могут являться микроорганизмы, в частности пигментные дрожжи рода Rhodotorula, которые помимо биосинтетической активности, обладают способностью развиваться на растительных отходах различного происхождения (свекловичная меласса, свекловичный жом, отходы переработки сои, картофельная мезга и пр.). При этом биомассу каротин синтезирующих дрожжей можно использовать как кормовой продукт, обогащенный каротиноидами в кормлении аквакультуры, сельскохозяйственных животных и птиц.
Биосинтез каротиноидов регулируется рядом внешних и внутренних факторов [1]. Ранее было показано, что освещение может оказывать как стимулирующее действие на каротиногенез, так и угнетающее [2]. Одним из таких факторов может служить и воздействие агентами окислительного стресса (например, перекисью водорода), поскольку эндогенные каротиноиды предохраняют клетку от окислительного повреждения активными формами кислорода [3]. Следовательно, возможно повышение эффективности методов получения микробной биомассы с высоким содержанием каротиноидных пигментов путем использования этих факторов. В связи с чем, целью настоящей работы является исследование влияния перекиси водорода на каротиногенез дрожжей рода Rhodotorula.
Известно об использовании каротиноидных дрожжей для кормления животных. Применяли дрожжи, содержащие 40 - 45% сырого протеина, около 10 - 12% липидов и до 120 мкг/г каротиноидов, из которых по 40% приходилось на долю ß-каротина и торулина. В качестве источника ß-каротина использовали представители рода Rhodotorula (Rh. gracilis, Rh. rubra), ведь для нужд животноводства и птицеводства целесообразно получать не чистый каротин, а комплексные препараты, содержащие белок, каротиноиды, липиды и другие физиологически активные вещества [4].
Поскольку данная работа направлена на повышение эффективности
9
С 11 6 X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 11 (116)
технологического процесса получения дрожжевой биомассы была проведена оценка возможности культивирования микроорганизмов на отходах сельского хозяйства для повышения экономических характеристик.
Как отмечалось ранее, целесообразно использовать в качестве субстрата для культивирования дрожжей отходы растительного происхождения, что в свою очередь снижает себестоимость продукта. Поэтому на данном этапе работы было проведено культивирование дрожжей рода Rhodoto-rula на свекловичной мелассе.
Установлено, что все культуры дрожжей в достаточно высокой степени потребляют компоненты питательной среды: степень усвоения редуцирующих веществ достигает 90%, прирост биомассы составляет свыше 7,0 г/л, а выход каротиноидов с литра культуральной жидкости достигает 304 мкг.
Следующим этапом работы было исследование влияния перекиси водорода на каротиногенез дрожжей рода Rhodotorula.
Основными объектами исследования являлись дрожжи Rhodotorula rubra из коллекции кафедры биотехнологии РХТУ имени Д. И. Менделеева и штаммы дрожжей Rhodotorula rubra Y-1354, Rhodotorula rubra Y-397, Rhodotorida glutinis Y-608 из Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ). Эти микроорганизмы являются продуцентами таких каротиноидов, как Р-каротин, торулин, торулародин. При этом основная доля пигмента приходится на торулародин. Данные дрожжевые культуры способны накапливать каротиноидные пигменты в количестве 156,0 -207,5 мгк/гАСБ [5].
Исследуемые штаммы дрожжей культивировали в периодическом процесе в колбах Эрленмейера объемом 250 мл (объем среды 50 мл) при инкубировании на качалке с интенсивностью 150 об/мин на синтетических питательных средах при температуре 28 - 30 °С. Перекись водорода вносили на 24-й час культивирования, что соответствует экспоненциальной фазе развития культур. Накопление биомассы определяли фотометрически и методом прямого подсчета в счетной камере. Анализ состава биомассы (содержание сырого протеина, истинного белка, общих углеводов, общего жира, нуклеиновых кислот) проводили в соответствии с ГОСТ 28178-89. Биомассу на содержание каротиноидов анализировали по методу Вечера и Куликовой на четвертые сутки культивирования [6].
Установлено, что степень стимулирующего воздействия перекиси водорода на биосинтез каротиноидов зависит от ее концентрации. Подобрана концентрация перекиси водорода, при которой стимулирующий эффект максимальный. Показано, что:
- при внесении перекиси водорода в культуральную среду дрожжей Rhodotorula rubra Y-1354 в концентрации 5,0 г/л выход каротиноидных пигментов с литра культуральной жидкости увеличился на 81%;
- при концентрации перекиси водорода 6,0 г/л удельное содержание каротиноидов в биомассе дрожжей Rhodotorida rubra Y-397 увеличилось на 36% и составило 83,8 мкг/г АСБ;
9
С 1b G X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Ne 11 (116)
- при концентации перекиси водорода 6,0 г/л удельное содержание кароти-ноидов в биомассе дрожжей Rhodotorala glutinis Y-608 увеличилось в 2,3 раза и составило 117,3 мкг/г АСБ;
- при концентрации перекиси водорода 4,7 г/л удельное содержание кароинои-дов в биомассе дрожжей Rhodotorula rubra увеличилось практически в 3 раза.
Показано, что при этом наблюдается не только увеличение содержания каротиноидов, но и изменяется качественный состав пигментов.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности использования окислительного стресса для обогащения биомассы каротинои-дами. Также представляется целесообразным культивирование дрожжей на растительных отходах, что снизит себестоимость продукта. Это, в свою очередь, позволит в значительной степени повысить ценность биомассы, как источника каротиноидов, и как биологически активную добавку в кормлении сельскохозяйственных животных, птиц и аквакультуры.
Библиографические ссылки
1. Bhosale Р. Environmental and cultural stimulants in the production of carotenoids from microorganisms // Appl Microbiol Biotechnol, 2004. V. 63. P. 351 - 361.
2. Червякова О.П. Исследование каротиногенеза дрожжей Rhodotorula rubra / О.П.Червякова, С.С. Караулова // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева; М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009. T. XXIII. № 10 (103). 136 с.
3. Nanou К. Oxidative Stress Responseand Morphological Changes of Blakesleatris-pora Induced by Butylated Hydroxytoluene Düring Carotene Production / K. Nanou, T. Roukas // Appl Biochem Biotechnol, 2010. V. 160. PP. 2415 - 2423.
4. Ткачев И.Ф. Продукты микробиологического синтеза в кормлении животных//Вестн. с.-х. науки, 1975. № 9. С. 45-50.
5. Каротинсинтезирующие дрожжи/Е.И.Квасников, В.Т.Васкивнюк, В.И.Су-денко [и др.]; / Под общ. ред. Квасникова Е.И. Киев: Наук, думка, 1980. 171 с.
6. Спектрофотометрическое определение содержания каротиноидов в биомассе микроорганизмов/А.Вечер,А.Н.Куликова//Физиолого-биохимичес-кие иссл. раст. Минск, 1967. С. 44 - 54.
УДК 628.316.6.094.3: 542.943 Аммар Шалбак, Н.А. Иванцова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ДЕСТРУКЦИЯ КРАСИТЕЛЕЙ
Experimental data on the degradation of active, vat and disperse dyes oxidation methods. It is shown that the application of Fenton's reagent in homogeneous conditions leads to profound
