СОСТАВ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ACETOBACTER XYLINUM ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК C12P19/02 C12N1/20 

Изобретение относится к области микробиологического получения полисахаридов, а именно бактериальной целлюлозы для медицинских целей, пищи, косметики и различных областей техники.

Известен состав питательной среды культивирования Acetobacter xylinum для получения бактериальной целлюлозы /1/. Состав питательной среды включает источники углерода - глюкозу, азота - пептон, витаминов - дрожжевой экстракт, минеральных добавок - Na₂HPO₄, дополнительный источник углерода - моногидрат лимонной кислоты, воду при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Глюкоза - 2,0
Пептон - 0,5
Дрожжевой экстракт - 0,5
Na₂HPO₄ - 0,27
Моногидрат лимонной кислоты - 0,115
Вода - Остальное
Недостатком данной питательной среды является использование дорогостоящего пищевого продукта - чистой глюкозы в качестве источника углерода, что приводит к удорожанию бактериальной целлюлозы.

Известен состав питательной среды культивирования Acetobacter xylinum /AX/ для получения бактериальной целлюлозы /2/, содержащий глюкозу, пептон, дрожжевой экстракт, безводный K₂HPO₄, воду, при следующем соотношении ингредиентов, вес%:
Глюкоза - 0,5
Пептон - 0,5
Дрожжевой экстракт - 0,5
K₂HPO₄ (безводный) - 0,1
Вода - Остальное
Недостатком указанной среды также является использование пищевого дорогостоящего продукта - глюкозы.

Известен состав питательной среды /3/ культивирования АХ для получения бактериальной целлюлозы /БЦ/, наиболее близкий по решаемой задаче и достигаемому результату к настоящему изобретению /прототип/, содержащий источники углерода - глюкозу, азота - (NH₄)₂HPO₄, витаминов - дрожжевой экстракт, микроэлементов Na₂HPO₄ и воду при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Глюкоза - 2,0
(NH₄)₂HPO₄ - 0,5
Дрожжевой экстракт - 0,5
Na₂HPO₄ - 0,27
Моногидрат лимонной кислоты - 0,115
Вода - Остальное
Состав позволяет получать бактериальную целлюлозу в виде гель-пленки. Недостатком данной среды также является использование глюкозы, что приводит к ограничениям в использовании дорогостоящей питательной среды в серийном промышленном производстве.

Патентуемое изобретение направлено на достижение получения БЦ, обладающей более низкой себестоимостью и одновременно использование дешевых отходов промышленного производства в качестве ингредиентов питательной среды, что решает экологические задачи.

Единый технический результат, который получают при осуществлении настоящего изобретения заключается в том, что одновременно снижают себестоимость получения состава питательной среды и обеспечивают частичное использование в качестве исходных ингредиентов сахаросодержащие отходы промышленных производств.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в первом варианте известный состав питательной среды культивирования АХ для получения БЦ, содержащий источники углерода, азота, витаминов и воду, отличается тем, что в качестве источника углерода и азота состав содержит сахаросодержащие отходы сахарного производства и восполнителя дефицита азота - гидролизат белков при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства (на сухое вещество) - 0,1-7,0
Гидролизат белков (на сухое вещество) - 0,01-2,5
Витамины^* - 0,01-0,1
Вода - Остальное
^* Набор необходимых витаминов: p аминобензойная, никотиновая, пантотеновая кислоты, тиамин в соотношении, рекомендованном в работе Н.Д.Иерусалимского "Азотное и витаминное питание микробов", 1949 г, с. 106, где автор приводит верхние оптимальные границы для указанного ряда витаминов (γ/ литр среды): 0,2:1000:1000:10. Придерживаясь этого соотношения, мы в примерах даем суммарные количества указанных витаминов в соответствующих пределах для обоих вариантов.

Указанный состав ингредиентов питательной среды включает все необходимые элементы сбалансированного питания, как известно, присутствующие в растительной клетке. Но поскольку изобретение направлено на использование именно сахаросодержащих отходов сахарного производства, перерабатывающих сахароносные культуры /сахарный тростник, сахарную свеклу, сорго сахарное и др./, то для восполнения возможного дефицита, главным образом, азота используют дополнительные источники азота, для снижения себестоимости и увеличения выхода целевого продукта в состав питательной среды вводят этанол, который, как установлено экспериментально, ускоряет процесс биосинтеза БЦ. Необходимым ингредиентом питательной среды являются витамины, например, дрожжевой экстракт.

В частном конкретном случае состав питательной среды культивирования АХ для получения БЦ, содержащий сахаросодержащие отходы, гилролизаты белков, витамины и воду, отличающийся тем, что в качестве восполнителя дефицита азота состав содержит пептон, а витаминов - дрожжевой экстракт при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства (на сухое вещество) - 0,1-7,0
Пептон - 0,01-2,0
Дрожжевой экстракт /на сухое вещество/ - 0,01-1,0
Вода - Остальное
В частном конкретном случае состав питательной среды культивирования АХ для получения БЦ, содержащий сахаросодержащие отходы, гидролизаты белков, витамины и воду, отличающийся тем, что в качестве сахаросодержащих отходов состав содержит свекловичную мелассу, гидролизата белков - пептон, а витаминов - дрожжевой экстракт при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Свекловичная меласса /на сухое вещество/ - 0,1-7,0
Пептон - 0,01-2,0
Дрожжевой экстракт /на сухое вещество/ - 0,01-1,0
Вода - Остальное
В частном конкретном случае состав питательной среды культивирования АХ ля получения БЦ, содержащий сахаросодержашие отходы, гидролизаты белков, витамины и воду, отличающийся тем, что в качестве сахаросодержащих отходов состав содержит бракованную патоку конфетного производства, гидролизата белков - пептон, а витаминов - дрожжевой экстракт при следующем соотношении ингредиентов, %:
Патока (на сухое вещество) - 0,1-7,0
Пептон - 0,01-2,0
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 0,01 -1,0
Вода - Остальное
Во втором варианте состав питательной среды культивирования АХ для получения БЦ, содержащий источники углерода, азота, витаминов и воду, отличающийся тем, что в качестве источника углерода и азота состав содержит сахаросодержащие отходы сахарного производства, восполнителя дефицита азота - гидролизат белков и состав, содержащий ускоритель биосинтеза - этанол, при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства (на сухое вещество) - 0,1-7,0
Гидролизат белков (на сухое вещество) - 0,01-2,5
Витамины - 0,01-0,1
Этанол - 0,1 - 7,0
Вода - Остальное
В частном конкретном случае второго варианта состав питательной среды культивирования АХ для получения БЦ, содержащий источники углерода, азота, витаминов и воду, отличающийся тем, что в качестве сахаросодержащих отходов сахарного производства состав содержит свекловичную мелассу, гидролизата белков - пептон, а витаминов - дрожжевой экстракт при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Свекловичная меласса (на сухое вещество) - 0,1-7,0
Пептон - 0,01- 2,0
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 0,01-1,0
Этанол - 0,1 - 7,0
Вода - Остальное
В частном конкретном случае второго варианта состав питательной среды культивирования АХ для получения БЦ, содержащий источники углерода, азота, витаминов и воду, отличающийся тем, что в качестве сахаросодержащих отходов сахарного производства состав содержит потоку, гидролизата белков - рыбный гидролизат, а витаминов - дрожжевой экстракт при следующем соотношении ингредиентов, вес.%
Патока (на сухое вещество) - 0,1-7,0
Рыбный гидролизат (на сухое вещество) - 0,01 -2,5
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 0,01 -1,0
Этанол - 0,1 - 7,0
Вода - Остальное
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленных объектов, в известных составах питательных сред отсутствуют, следовательно, изобретение соответствует условию "новизна".

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует "изобретательскому уровню".

В заявке соблюдено требование единства изобретения, поскольку заявляемые объекты составов питательных сред предназначены для осуществления единого технического результата получения бактериальной целлюлозы.

Патентуемое изобретение направлено на достижение получения бактериальной целлюлозы, обладающей низкой себестоимостью, и одновременно использование дешевых сахаросодержащих отходов промышленных производств в качество ингредиентов питательной среды, что решает экологические задачи.

На указанных питательных средах после введения посевной культуры, содержащей штамм Acetobacter xylinum ВКМ N B-880, ведут культивирование бактерий в течение 5-10 суток при исходном pH 5,0-6,0 и температуре 29-30^oC до достижения стационарной фазы роста, после чего гель-пленку бактериальной целлюлозы /ГПБЦ/ отделяют от культуральной среды. После выделения химически чистой БЦ по стандартной методике /2/ проводилась идентификация целлюлозы. ИК спектр БЦ показывает характерные для целлюлозы особенности спектра в области волновых чисел 3200-3700, 2900, 1450, 1430, 1164, 1110, 1000, 400 - 700 см^-1. Химическую чистоту и структуру полученной БЦ подтверждали данными элементного анализа с точностью 0,3% и по ИК спектрам, молекулярная масса БЦ, оцененная по характеристической вязкости в кадоксене, составляла около 500000 дальтон.

Пример 1. Посевную культуру объемами 2 мл вносили в колбы емкостью 100 мл, содержащие 60 мл питательной среды при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства /на сухое вещество/ - 0,1
Гидролизат белков /на сухое вещество/ - 0,01
Витамины - 0,01
Вода - Остальное
Через 5 суток образовавшуюся ГПБЦ на поверхности питательной среды отделяют от среды и периодически промывают 0,5 - 1,0% водным раствором щелочи от нецеллюлозных компонентов. От раствора щелочи БЦ отмывают дистиллированной водой, 0,5% водным раствором уксусной кислоты и снова водой до нейтральной реакции. Выход ГПБЦ составил 7,0 г.

Пример 2. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства /на сухое вещество/ - 7,0
Гидролизат белков /на сухое вещество/ - 2,5
Витамины - 0,1
Вода - Остальное
После 10 суток культивирования выход ГПБЦ составил 12,7 г.

Пример 3. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства (на сухое вещество) - 0,1
Пептон - 0,01
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 0,01
Вода - Остальное
После 7 суток культивирования выход ГПБЦ составил 13,4 г.

Пример 4. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства (на сухое вещество) - 7,0
Пептон - 2,0
Дрожжевой экстракт /на сухое вещество/ - 1,0
Вода - Остальное
После 6 суток культивирования выход ГПБЦ составил 15,1 г.

Пример 5. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Свекловичная меласса /на сухое вещество/ - 0,1
Пептон - 0,01
Дрожжевой экстракт /на сухое вещество/ - 0,01
Вода - Остальное
После 5 суток культивирования выход ГПБЦ составил 14,0 г.

Пример 6. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Свекловичная меласса /на сухое вещество/ - 7,0
Пептон - 2,0
Дрожжевой экстракт /на сухое вещество/ - 1,0
Вода - Остальное
После 5 суток культивирования выход ГПБЦ составил 15,5 г.

Пример 7. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства (на сухое вещество) - 0,1
Гидролизат белков (на сухое вещество) - 0,01
Витамины - 0,01
Этанол - 0,1
Вода - Остальное
После 5 суток культивирования выход ГПБЦ составил 14,2 г.

Пример 8. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства /на сухое вещество/ - 7,0
Гидролизат белков /на сухое вещество/ - 2,5
Витамины - 0,1
Этанол - 7,0
Вода - Остальное
После 5 суток культивирования выход ГПБЦ составил 15,7 г.

Пример 9. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Свекловичная меласса (на сухое вещество) - 0,1
Пептон - 0,01
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 0,01
Этанол - 0,1
Вода - Остальное
После 5 суток культивирования выход ГПБЦ составил 15,0 г.

Пример 10. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Свекловичная меласса (на сухое вещество) - 7,0
Пептон - 2,0
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 1,0
Этанол - 7,0
Вода - Остальное
После 5 суток культивирования выход ГПБЦ составил 16,8 г.

Пример 11. В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Патока (на сухое вещество) - 0,1
Пептон - 0,01
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 0,01
Вода - Остальное
После 6 суток культивирования выход ГПБЦ составил 15,5 г.

Пример 12.

В условиях примера 1 питательная среда содержала, вес.%:
Патока (на сухое вещество) - 7,0
Рыбный гидролизат (на сухое вещество) - 2,0
Витамины - 0,01
Этанол - 0,1
Вода - Остальное
После пяти суток культивирования выход ГПБЦ составил 14,5 г.

Как следует из вышеизложенного, достижение единого технического результата получение бактериальной целлюлозы обеспечивается сбалансированным составом питательных сред. Сопоставление параметров, характеризующих заявляемое изобретение и прототип, позволяет сделать вывод, что предлагаемое изобретение решает задачу снижения себестоимости конечного продукта и частичной утилизации промышленных отходов.

Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных или других известных с даты подачи заявки решений.

Изобретение относится к области микробиологического получения целлюлозы для использования в медицине, пище, косметике и технике. Состав питательной среды отличается тем, что в качестве источника углерода и азота он содержит сахаросодержащие отходы сахарного производства. В качестве восполнителя дефицита азота состав содержит пептон, в качестве источника витаминов - дрожжевой экстракт, ускорителя биосинтеза целлюлозы - этанол. Как дополнительный вариант изобретения питательная среда может содержать ускоритель биосинтеза - этанол. Сбалансированный состав питательной среды культивирования АХ позволяет получать высокие выходы БЦ, обладающей уникальными свойствами по сравнению с растительной целлюлозой, и частично утилизировать промышленные отходы. 2 с. и 3 з.п.ф-лы.

1. Состав питательной среды культивирования Acetobacter xylinum для получения бактериальной целлюлозы, содержащий источники углерода, азота, витаминов и воду, отличающийся тем, что в качестве источника углерода и азота состав содержит сахаросодержащие отходы сахарного производства, а восполнителя дефицита азота - гидролизат белков при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства (на сухое вещество) - 0,1 - 7,0
Гидролизат белков (на сухое вещество) - 0,01 - 2,5
Витамины - 0,01 - 0,1
Вода - Остальное
2. Состав питательной среды культивирования Acetobacter xylinum для получения бактериальной целлюлозы по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидролизата белков состав содержит пептон, а витаминов - дрожжевой экстракт при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства (на сухое вещество) - 0,1 - 7,0
Пептон - 0,01 - 2,0
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 0,01 - 1,0
Вода - Остальное
3. Состав питательное среды культивирования Acetobacter xylinum для получения бактериальной целлюлозы по п.1, отличающийся тем, что в качестве сахаросодержащих отходов сахарного производства состав содержит свекловичную мелассу, гидролизата белков-пептон, а витаминов - дрожжевой экстракт при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Свекловичная меласса (на сухое вещество) - 0,1 - 7,0
Пептон - 0,01 - 2,0
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 0,01 - 1,0
Вода - Остальное
4. Состав питательное среды культивирования Acetobacter xylinum для получения бактериальной целлюлозы, содержащий источники углерода, азота, витаминов и воду, отличающийся тем, что в качестве источника углерода и азота состав содержит сахаросодержащие отходы сахарного производства, а восполнителя дефицита азота - гидролизат белков, и состав содержит ускоритель биосинтеза - этанол при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Сахаросодержащие отходы сахарного производства (на сухое вещество) - 0,1 - 7,0
Гидролизат белков (на сухое вещество) - 0,01 - 2,5
Витамины - 0,01 - 0,1
Этанол - 0,1 - 7,0
Вода - Остальное
5. Состав питательной среды культивирования Acetobacter xylinum для получения бактериальной целлюлозы по п.4, отличающийся тем, что в качестве сахаросодержащих отходов сахарного производства состав содержит свекловичную мелассу, гидролизата белков - пептон, а витаминов - дрожжевой экстракт при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Свекловичная меласса (на сухое вещество) - 0,1 - 7,0
Пептон - 0,01 - 2,0
Дрожжевой экстракт (на сухое вещество) - 0,01 - 1,0
Этанол - 0,1 - 7,0
Вода - Остальное