Способ культивирования цианобактерии рода Amorphonostoc Российский патент 2024 года по МПК C12N1/12 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к процессу культивирования (получения биомассы) цианобактерий.

В последние десятилетия микроводоросли и цианобактерий приобретают все большую актуальность в качестве объекта биотехнологических исследований [Бачура, 2018]. Они, имея примитивное строение и отличаясь неприхотливостью к условиям существования, являются первичными продуцентами и характеризуются значительным вкладом в функционирование водных и наземных экосистем. Цианобактерий участвуют в создании органических веществ, способны к азотфиксации, участвуют в накоплении ряда биологически активных веществ (например, полисахаридов), при этом они достаточно быстро накапливают биомассу и отличаются простотой в культивировании [Hamidi, 2019].

Цианобактерий являются ценным сырьем для получения биологически активных веществ (ферментов, полисахаридов, витаминов, полноценного белка). Полисахариды цианобактерий представляют большой интерес, так как они проявляют антиоксидантную, противовосполительную, антимикробную и др. активности.

Известен способ культивирования микроводорослей, при котором в качестве питательной среды используют отходы рыбоводного производства в виде воды из рециркуляционной системы [Лукьянов, 2014].

Недостаток данного способа заключается в том, что при его осуществлении затраты электроэнергии, помимо освещения и перемешивания суспензии, идут на подогрев питательной среды и обеспечение рециркуляции.

Известен способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов с периодическим чередованием световых и темновых интервалов облучения суспензии, при котором максимальное значение фотосинтеза микроорганизмов поддерживают путем изменения расхода поступающей суспензии [Мельников, 2011].

Недостаток данного способа заключается в том, что при его осуществлении процесс фотосинтеза происходит периодически, а на изменение расхода питательной среды и для поддержания необходимой температуры суспензии требуются дополнительные затраты электроэнергии.

Наиболее близким к заявленному является способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов, при котором с целью повышения производительности накопления биомассы термофильных цианобактерий рода Phormidium, включающем насыщение субстрата углекислотой, регулирование освещенности, температуры, химического состава субстрата. Регулирование температуры и химического состава субстрата осуществляют путем подачи термальных вод природных источников Паратунской гидротермальной системы при обеспечении их проточности [патент РФ 2292389 С2, МПК C12N 1/12, опубл. 27.01.2007.].

Недостаток данного способа заключается в том, что процесс привязан к источникам гидротермальной системы, требует дополнительных затрат электроэнергии, а также трудность воспроизведения установки циркуляции термальной воды.

Основными задачами заявляемого способа культивирования являются: получение биомассы термофильных цианобактерий рода Amorphonostoc, упрощение технологии культивирования, снижение энергетических затрат и наибольший выход полисахаридов.

Поставленные задачи решаются тем, что в способе культивирования цианобактерий рода Amorphonostoc, включающем регулирование освещенности, температуры, химического состава субстрата, аэрации, получают наибольший выход полисахаридов.

При реализации изобретения, для накопления биомассы цианобактерий вида Amorphonostoc используют питательную среду следующего состава (г/л): KNO₃ - 1,00; K₂HPO₄⋅3H₂O - 0,262; MgSO₄⋅7H₂O - 0,20; NaHCO₃ - 0,20; FeSO₄⋅7H₂O - 0,0249. Раствор микроэлементов (г/л): H₃BO₃ - 2,86; MnCl₂⋅4H₂O - 1,81; ZnSO₄⋅7H₂O - 0,22; CuSO₄⋅5H₂O-0,08; MoO3 - 0,015; NH₄VO₃ - 0,023; K₂Cr₂(SO₄)₄⋅24H₂O - 0,096; NiSO₄⋅7H₂O - 0,048; Na₂WO₄⋅2H₂O - 0,018; Ti₂(SO₄)₃- 0,040; Co(NO₃)₂⋅6H₂O - 0,044.

Культивирование Amorphonostoc проводят в стерильных условиях, в режиме свет/темнота 12/12 ч, белый свет с интенсивностью 5000 1х, при перемешивании 1 час со скоростью движения ротора 100 об/мин. Продолжительность культивирования составляет 21 сутки при температуре 25°С и рН=6,0.

Концентрация клеток биомассы цианобактерий при данных условиях составляет наибольшее значение, а выход полисахаридов является наибольшим.

Технический результат представленного способа культивирования термофильных цианобактерий рода Amorphonostoc заключается в упрощении технологии получения биомассы, так как в предлагаемом способе, по сравнению с прототипом, исключены этапы поддержания состава большого количества термальных вод, отсутствует необходимость проточной циркуляции и значительного расхода питательной среды, в снижении трудозатрат для поддержания постоянства субстрата, химического состава и температуры; в культивировании цианобактерий при температурах 25°С, что позволяет выращивать как термофильные, так и мезофильные штаммы цианобактерий и накапливать значительные количества полисахаридов. Существует возможность реализовать замкнутый цикл производства и обеспечить организацию круглогодичного производства с возможностью культивирования в любой лаборатории, биореакторе или водоеме.

Пример 1.

Цианобактерию Amorphonostoc культивируют на питательной среде следующего состава (г/л): KNO₃ - 1,00; K₂HPO₄⋅3H₂O - 0,262; MgSO₄⋅7H₂O - 0,20; NaHCO₃ - 0,20; FeSO₄ 7H₂O - 0,0249. Раствор микроэлементов (г/л): Н₃ВО₃ - 2,86; MnCl₂⋅4H₂O - 1,81; ZnSO₄⋅7H₂O - 0,22; CuSO₄⋅5H₂O - 0,08; MoO3- 0,015; NH₄VO₃- 0,023; K₂Cr₂(SO₄)₄⋅24H₂O - 0,096; NiSO₄⋅7H₂O - 0,048; Na₂WO₄⋅2H₂O - 0,018; Ti₂(SO₄)₃ - 0,040; Co(NO₃)₂⋅6H₂O -0,044.

Культивирование Amorphonostoc проводят в стерильных условиях, в режиме свет/темнота 12/12 ч, белый свет с интенсивностью 5000 1х, при перемешивании 1 час со скоростью движения ротора 100 об/мин. Продолжительность культивирования составляет 21 сутки при температуре 25°С и рН=6,0.

Концентрация клеток биомассы цианобактерий при данных условиях составляет наибольшее значение 0,58±0,08 г/л, а выход полисахаридов является наибольшим 0,32±0,36 г/г сухой массы цианобактерий.

Пример 2.

Цианобактерию Amorphonostoc культивируют на питательной среде следующего состава (г/л): KNO₃ - 1,00; K₂HPO₄⋅3H₂O - 0,262; MgSO₄⋅7H₂O - 0,20; NaHCO₃ - 0,20; FeSO₄⋅7H₂O - 0,0249. Раствор микроэлементов (г/л): H₃BO₃ - 2,86; MnCl₂⋅4H₂O - 1,81; ZnSO₄⋅7H₂O - 0,22; CuSO₄⋅5H₂O - 0,08; MoO3- 0,015; NH₄VO₃- 0,023; K₂Cr₂(S0₄)₄-24H₂0

- 0,096; NiS0₄ 7H₂O - 0,048; Na₂WO₄⋅2H₂O - 0,018; Ti₂(SO₄)₃ - 0,040; Со(NO₃)₂⋅6H₂O -0,044.

Культивирование Amorphonostoc проводят в стерильных условиях, в режиме свет/темнота 8/16 ч, белый свет с интенсивностью 4000 1х при перемешивании 0,5 часа со скоростью движения ротора 100 об/мин. Продолжительность культивирования составляет 14 суток при температуре 15°С и рН=4,0.

Концентрация клеток биомассы цианобактерий при данных условиях составляет наибольшее значение 0,31±0,05 г/л, а выход полисахаридов является наибольшим 0,19±0,21 г/г сухой массы цианобактерий.

Пример 3.

Цианобактерию Amorphonostoc культивируют на питательной среде следующего состава (г/л): KNO₃ - 1,00; K₂HPO₄⋅3H₂O - 0,262; MgSO₄⋅7H₂O - 0,20; NaHCO₃ - 0,20; FeSO₄⋅7H₂O - 0,0249. Раствор микроэлементов (г/л): Н₃ВО₃ - 2,86; MnCl₂⋅4H₂O - 1,81; ZnSO₄⋅7H₂O - 0,22; CuSO₄⋅5H₂O - 0,08; MoO3- 0,015; NH₄VO₃- 0,023; K₂Cr₂(SO₄)₄⋅24H₂O - 0,096.

Культивирование Amorphonostoc проводят в стерильных условиях, в режиме свет/темнота 16/8 ч, белый свет с интенсивностью 6000 1х, при перемешивании 3 час со скоростью ротора 100 об/мин. Продолжительность культивирования составляет 27 суток при температуре 45°С и рН=9,0.

Концентрация клеток биомассы цианобактерий при данных условиях составляет наибольшее значение 0,23±0,04 г/л, а выход полисахаридов является наибольшим 0,11±0,18 г/г сухой массы цианобактерий.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к процессу культивирования (получения биомассы) цианобактерий. Основными задачами заявляемого способа культивирования являются: получение биомассы термофильных цианобактерий рода Amorphonostoc, упрощение технологии культивирования, снижение энергетических затрат и наибольший выход полисахаридов. Поставленные задачи решаются тем, что в способе культивирования цианобактерий рода Amorphonostoc, включающем регулирование освещенности, температуры, химического состава субстрата используется питательная среда модифицированного состава (г/л): KNO₃ - 1,00; K₂HPO₄⋅3H₂O - 0,262; MgSO₄⋅7H₂O - 0,20; NaHCO₃ - 0,20; FeSO₄⋅7Н₂О - 0,0249. Раствор микроэлементов (г/л): Н₃ВО₃ - 2,86; MnCl₂⋅4H₂O - 1,81; ZnSO₄⋅7H₂O - 0,22; CuSO₄⋅5H₂O - 0,08; MoO₃- 0,015; NH₄VO₃- 0,023; K₂Cr₂(S0₄)₄⋅24H₂O - 0,096; NiSO₄⋅7H₂O - 0,048; Na₂WO₄⋅2H₂O - 0,018; Ti₂(SO₄)₃ - 0,040; Со(NO₃)₂⋅6Н₂О - 0,044. Культивирование Amorphonostoc проводят в стерильных условиях, в режиме свет/темнота 12/12 ч, белый свет с интенсивностью 5000 1х, при перемешивании 1 час со скоростью движения ротора 100 об/мин. Продолжительность культивирования составляет 21 сутки при температуре 25°С и рН=6,0. 3 пр.

Способ культивирования цианобактерии Amorphonostoc Elenkin, в котором, для накопления биомассы используют питательную среду следующего состава (г/л): KNO₃ -1,00; K₂HPO₄⋅3Н₂О - 0,262; MgSO₄⋅7H₂O - 0,20; NaHCO₃ - 0,20; FeSO₄⋅7H₂O - 0,0249. Раствор микроэлементов (г/л): Н₃ВО₃ - 2,86; MnCl₂⋅4H₂O - 1,81; ZnSO₄⋅7H₂O - 0,22; CuSO₄⋅5H₂O - 0,08; MoO3 - 0,015; NH₄VO₃ - 0,023; K₂Cr₂(SO₄)₄⋅24H₂O - 0,096; NiSO₄⋅7H₂O - 0,048; Na₂WO₄⋅2H₂O - 0,018; Ti₂(SO₄)₃ - 0,040; Co(NO₃)₂ 6H₂O - 0,044; культивирование Amorphonostoc проводят в стерильных условиях, в режиме свет/темнота 12/12 ч, белый свет с интенсивностью 5000 1х, при перемешивании 1 час со скоростью движения ротора 100 об/мин; продолжительность культивирования составляет 21 сутки при температуре 25°С и рН=6,0.