Способ получения иммобилизованных клеток, обладающих бродильной активностью Советский патент 1990 года по МПК C12N11/00 

Изобретение относится к пищевой промьшленности и может быть исполь- зовано в различных областях биотехнологии для иммобилизации микроорганизмов и ферментных систем.

Цель изобретения - увеличение бродильной активности целевого продукта и повышение выхода иммобшшзованных клеток.

Способ заключается в адсорбдии различных клеток, обладакщих бро- дильной активностью, на носителе, состоящем из трех компонентов - пористого титана, природного цеолита и синтетического материала .т-:

ношении (5-10):(5-10): остальное (мас.%).

Сплавление компонентов провсщят так, что ядро носителя составляет синтетический материал, по поверхности которого распределены пористый титан и природный цеолит. Плотность носителя составляет 80-95% от плотности сбраживаемой среды. Применение предлагаемого способа позволяет увеличить бродильную активность целевого продукта (от 3,6 до 6,8- 8,6 мл биокатализатора) и увеличить эффективность иммобилизации от 8 до 30-45%.

3

Пример 1. Для получения носителя используют .5% пористого титана, 10% клиноптилолита и 85% полиэтилена Для сплавления носителя осуществляют шихтование смеси природный цеолит и пористый металл в требу€ 1ом соотношении затем шихту нагревают до температуры плавления поверхностного слоя полиэтилена. Нагретую смес вводят в генератор, охлаждают до температуры окружающей среды и получают (формируют) г ранулы носителя. Для адсорбции клеток, обладающих бродильной активностью, полученный препарат опускают в сахаросодержащую среду с винными дрожжами. Эффективность им- мобилизации определяют по адсорбции на носителе катехолоксидазы. Измеряют также бродильную активность.

Результаты бродильной активности и выход иммобилизованных клеток при использовании разных носителей приведены в табл. 1.

П р и м е р 2. Для получения бе- рут 10% титана, 10% клиноптилолита, 80% полиэтилена, остальное - аналогично примеру 1.

П р и м е р 3. Для получения носителя берут 10% титана, 5% клинопти- лолита, 85% полиэтилена, остальное - аналогично примеру 1.

«

П р и м е .р 4. Для получения носителя берут 10% титана 5% бойделита, 85% пеноплена.

Пример 5. Для получения носителя используют искусственную см€;сь титана, полиэтилена и клиноптилолита без их сплавления.

П р и м е р 6, Для получения носителя берут 10% сплава титана, 5% морденита и. 85% пенопласта.

Пример, Для получения носителя берут 5% сплава титана, 5% бой- делита и 85% пеноплена.

П р и м е р 8. Сбраживание провод с помощью носителя из титана, обработанного дымящей азотной кислотой и четереххлористым титаном в присут- ствии воды.

Пример 9. Для получения носителя испольЭуют 10% титана, 10% моденита и 80% пенопласта, остальное - аналогично примеру 1.

П р и м е р 10. Для получения носителя используют 5% титана, 5% морденита и 90% полиэтилена, остальное аналогично примеру 1.

П р и м е р 11. Для получения но- сителя используют 5% морденита и 95% полиэтилена, остальное - анаЛогнч- | но примеру 1.

П р и м е р 12. Для получения носителя используют 10% титана и 90% полиэтилена.

В табл. 2 приведены сведения об эффективности использования носителя, полученного по примеру 1, для иммобилизации различных типов микроорганизмов, обладающих бродильной активностью, в табл. 3 - информация о влиянии соотношения компонентов на свойства носителя.

Из табл. 3 следует, что оптимальным является соотношение цеолита титана и синтетического материала; равное (5-10):(5-10): (80-90)%. При этом наблюдается наибольшая активность дрожжей и степень их иммобилизации на поверхности насадки, кроме того, насадка при оптимальных соотношениях компонентов находится в плавающем состоянии, что поддерживает скорость массообмена на высоком уровне .

Повьшхение концентрации полиэтилена приводит к Тому, что насадка подерживается во в.звешенном состоянии, однако, при этом необходимо снижать концентрацию клиноптилолита и титаа, что приводит к утяжелению насадки (выпадению на дно емкости). ри этом плотность насадки превьш1ает 80-95% от плотности среды, и насадка пускается на дно бродильного резервуара, теряя активное свойство регуирования жизнедеятельности клеток и качества процесса.

В качестве пористого металла используют титан природного цеолита - клиноптилолит, морденит и минералы с нерасширяющейся кристаллической решеткой, синтетического материала - полиэтилен, плексиглаз и пенопласт.

В предлагаемом носителе перечис- ленные материалы в комплексе друг с другом проявляют свойство, суть ко- торого заключается в следующем. Особенность химической связи клинопти- лолита и титана через полимер вероятно связана с раскрытием определенньпс сетчатых структур, влияющих на белко- во-ферментативный комплекс дрожжей, но, по-видимому, без связывания энзима, поэтому с предлагаемым носителем взаимодействуют только жизнеде

ягельные клетки, мертвые клетки, не содержащие ферментов (активных), не удерживаются носителем и вьтадают в осадок. Благодаря этому осуществляется регулирование популяции дрожжей, их физиологической и бродильно активности.

Природный цеолит, фиксированный полиэтилене, совместно с титаном выполняет функцгео насоса, откачивающего углекислый газ, вырабатьшаемый дрожжами при брожении, и, тем самым уменьшает концентрацгео COj на поверности клеток, интенсифицируя их мас сообменные процессы. В то же время поступаклций в клиноптилолит СО, способствует вымыванию из его структуры катионов кальция, магния, калия микроэлементов, необходимых для жиз деятельности клеток микроорганизмов тем самым ускоряются процессы клеточного метаболизма.

При совместном использовании титана, природного цеолита и синтетического материала проявляется синер- гетический эффект, заключающийся в том, что адсорбция адгезирующих фер- ментов-мостидсов (катехолоксидаза, манназа) возрастает в несколько раз в сравнении с каждым в отдельности материалом, входящим в носитель. В то же время известно, что полиэтй- .лен и ему подобные полимеры и вовсе

не сорбируют ферментов, а природные цеолиты сорбируют слабо. I Применение предлагаемого способа позволяет рсущес твить саморегулирование процесса брожения. Сущность этого явления состоит в том, что но- |СИтель взаимодействует только с жиз недеятельными клетками, а угнетенные и мертвые отделяют от носителя и выпадают в осадок. Таким образом, на

30-45%.

поверхности носителя сохраняются и возобновляются только активные жизнедеятельные дрожжи, за счет чего обеспечивается поддержание интенсивности брожения и саморегуляция процесса.

Предлагаемый способ позволяет получить достаточно осветленный продукт (вино, пиво и т.п.), так как жизнедеятельные клет и остаются на носителе, а мертвые - в осадке, что позволяет легко отделить прозрачную жидкость.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет увеличить бродильную активность иммобилизованных клеток от 3,6 до 6,8-8,6 мл целевого продукта, а выход иммобилизованных клеток возрастает от 9 до

30-45%.

Формула изобретения

0

Способ получения иммобилизованных 5 клеток, обладающих бродильной активностью, включающий адсорбцию клеток на носителе, содержащем пористый титан, отличающийся тем, что, с целью увеличения бродильной активности целевого продукта и повышения выхода иммобилизованных клеток, в носитель дополнительно вводят природный цеолит и синтетический мате-, риал при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пористый титан 5-10 Природный цеолит 5-10 Синтетический материалОстальное, а компоненты носителя подвергают сплавлению так, что ядром носителя является синтетический материал, по поверхности которого распределены пористый титан и природный цеолит.

Т а б л и ц а 1

5

0

715942168

Продолжение табл. I

Пример Бродильная актив- Адсорбция ность дроясжей, катехолок- мл сидазы, %

к исходному

83,68

97,430

106,831

114,89,0

124,411

Таблиц а2

- .

Микроорганизм Прирост биомассы, %, за Количество колоний

2 сут по способу на твердой среде, шт,

для способа

известному предлагаемому известного предлагаемого

Винные дрожжи, штаммы:

ркацители36 4268 . 216

кахури24 3636 78

Пленчатые дрожжи s

ганзенула аномала 6 248 34

пнхия , 16 2621 . 52

|Кормовые дрожжи:.

кандида Тропшсалис 24 4654 121

Уксуснокислые бактерии 8 .148 15

Бактерии яблочно- молочного брожения 17 2622 40

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано в биотехнологии для иммобилизации микроорганизмов и ферментных систем. Цель изобретения - увеличение бродильной активности целевого продукта и повышение выхода иммобилизованных клеток. Способ заключается в адсорбции клеток, обладающих бродильной активностью, на носителе, который получают путем сплавления синтетического ядра носителя с пористым титаном и природным цеолитом, распределенными по поверхности ядра. Плотность носителя составляет 80-95% от плотности сбраживаемой среды, что позволяет носителю с иммобилизованными клетками находиться в такой среде во взвешенном состоянии. Соотношение компонентов в носителе следующее, мас.% : пористый титан 5-10, природный цеолит 5-10, синтетический материал 80-90. Применение предлагаемого способа позволяет увеличить бродильную активность с 3,6 до 6,8-8,6 мл CO 2 на 1 г биокатализатора и увеличить эффективность иммобилизации с 8 до 30-45%. 3 табл.

Разбавление в 10 тыс.раз.

Содержание компонентов в носителе, мас.%

Титан

Клиноптилолит

Шэлимер

ТаблицаЗ

Плотность к среде, %

Примечание,