СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДА АЛЬГИНАТНОГО ТИПА Российский патент 2009 года по МПК C12N1/20 C12P19/00 C12R1/65 

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.

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: К₂HPO₄ - 0,3; CaHPO₄ - 0,2; MgSO₄ - 0,3; K₂SO₄ - 0,2; NaCl - 0,5; FeCl₃ - 0,01; CaCO₃ - 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^-1 300,

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.

Пример 1. Процесс культивирования бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1 проводили на питательной среде Федорова (следующего минерального состава, г/л: К₂HPO₄ - 0,3; CaHPO₄ - 0,2; MgSO₄ - 0,3; K₂SO₄ - 0,2; NaCl - 0,5; FeCl₃ - 0,01; CaCO₃ - 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^-1) 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.

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^-1) 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.

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^-1) 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.

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^-1 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^-1 200 300 400 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.

Изобретение относится к получению экзополисахаридов, используемых в качестве сгущающих агентов при эксплуатации нефтяных месторождений, в частности относится к способу получения экзополисахаридов альгинатного типа. Способ предусматривает культивирование Azotobacter vinelandii ИБ-1 на питательной среде Федорова, содержащей смесь микроэлементов и мелассу в количестве 60,0 г/л, в ферментере при условиях аэрации: 0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в минуту и перемешивании 300 оборотов в минуту при температуре 25°С в течение 48 часов. Выделение экзополисахарида осаждением изопропиловым спиртом в количестве 70% по объему. Изобретение позволяет повысить выход экзополисахарида. 1 табл.

Способ получения экзополисахарида альгинатного типа, предусматривающий культивирование Azotobacter vinelandii ИБ-1 на питательной среде Федорова, содержащей смесь микроэлементов и мелассу в условиях аэрации при температуре 25°С в течение 48 ч, отличающийся тем, что культивирование осуществляют при следующих условиях:
содержание мелассы в питательной среде 60,0 г/л аэрация объемов воздуха на 1 объем среды в минуту 0,50 число оборотов перемешивающего устройства 300 об/мин