ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ НА БИОСИНТЕЗ БАКТЕРИАЛЬНОЙ НАНОЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Гладышева Е.К.

2018 / Том 8: номер 3 [ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ И ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ ]

Представлены основные условия культивирования, оказывающие влияние на выход бактериальной наноцеллюлозы при использовании разных продуцентов. В связи с высокой востребованностью в бактериальной наноцеллюлозе в различных отраслях промышленности исследования параметров, обеспечивающих высокий выход, являются актуальными. К основным параметрам, влияющим на рост целлюлозосинтезирующих бактерий и биосинтез бактериальной наноцеллюлозы, можно отнести: концентрацию источника углерода в питательной среде; аэрацию; температуру культивирования; уровень активной кислотности. Концентрация редуцирующих веществ в питательной среде может находится в диапазоне от 6 до 100 г/л. Концентрацию растворенного кислорода в питательной среде можно считать лимитирующим фактором для всех целлюлозосинтезирующих микроорганизмов. Температурный диапазон для биосинтеза бактериальной наноцеллюлозы у разных продуцентов может варьировать от 25 до 33 °С. Диапазон pH, обеспечивающий наибольший выход бактериальной наноцеллюлозы, для разных продуцентов изменяется от 4 до 6,5. Обзор литературы показал необходимость подбора условий культивирования, обеспечивающих максимальный выход бактериальной наноцеллюлозы для каждого продуцента отдельно.

Ключевые слова:

бактериальная наноцеллюлоза,продуцент,выход продукта,аэрация,температура,уровень активной кислотности,bacterial nanocellulose,cellulose-producing bacterium,product yield,aeration,temperature,pH level

Библиографический список:

1. Lin S.-P., Calvar I.L., Catchmark J.M., Liu J.-R., Demirci A., Cheng K.-C. Biosynthesis, production and applications of bacterial cellulose // Cellulose. 2013. V. 20, N 5. P. 2191-2219. DOI 10.1007/s10570-013-9994-3.
2. Lee K.-Y., Buldum G., Mantalaris A., Bismarck. More than Meets the Eye in Bacterial Cellulose: Boisynthesis, Bioprocessing, and Applications in Advanced Fiber Composites // Macromolecular Bioscience. 2014. V. 14, N 1. P. 10-32. DOI: 10.1002/mabi.201300298
3. Lestari P., Elfrida N., Suryani A., Suryadi Y. Study on the Production of Bacterial Cellulose from Acetobacter xylinum using Agro-Waste // Jordan Journal of Biological Sciences. 2014, V. 7, N 1. P. 75-80. DOI: 10.12816/0008218
4. Masaoka, S., Ohe T., Sakota N. Production of cellulose from glucose by Acetobacter xylinum // Journal of Fermentation and Bioengineering. 1993. V. 7, N 1. P. 18-22. https://doi.org/10.1016/0922-338X(93)90171-4
5. Keshk, S., Sameshima K. Evaluation of different carbon sources for bacterial cellulose production // African Journal of Biotechnology. 2005. V. 4, N 6. P. 478-482.
6. Son H.J., Kim H.G., Kim K.K., Kim H.S., Kim Y.G., Lee S.J. Increased production of bacterial cellulose by Acetobacter sp. V6 in synthetic media under shaking culture conditions // Biore-source technology. 2003. V. 86, N 3. P. 215-219. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(02)00176-1
7. Goh W.N., Rosma A., Kaur B., Fazilah A., Karim A.A., Rajeev B. Fermentation of black tea broth (Kombucha): I. Effects of sucrose concentration and fermentation time on the yield of microbial cellulose // International Food Research Journal. 2012. V. 19, N 1. P. 109-117.
8. Юркевич Д.И., Кутышенко В.П. Медузомицет (Чайный гриб): научная история, состав, особенности физиологии и метаболизма // Биофизика. 2002. N 6. С. 1116-1129.
9. Shirai A., Takahashi M., Kaneko H., Nishimura S., Ogawa M., Nishi N., Tokura S. Biosynthesis of a novel polysaccharide by Acetobacter xylinum // International Journal of Biological Macromolecules. 1994. N 16. P. 297-300.
10. Aloni Y., Delmer D.P., Benziman M. Achievement of high rates of in vitro synthesis of 1, 4-beta-D-glucan: activation by cooperative interaction of the Acetobacter xylinum enzyme system with GTP, polyethylene glycol, and a protein factor // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1982. V. 79, N 21. P. 6448-6452.
11. Kouda T., Naritomi T., Yano H., Yoshinaga F. Effects of oxygen and carbon dioxide pressures on bacterial cellulose production by Acetobacter in aerated and agitated culture // Journal of Bioscience and Bioengineering. 1997. V. 84, N 2. P. 124-137. https://doi.org/10.1016/S0922-338X(97)82540-8
12. Song H.-J., Li H., Seo J.-H., Kim M.-J., Kim S.-J. Pilot-scale production of bacterial cellulose by a spherical type bubble column bioreactor using saccharified food wastes // Korean Journal of Chemical Engineering. 2009. V. 26, N 1. P. 141-146. doi: 10.1007/s11814-009-0022-0
13. Li H., Kim S.J., Lee Y.W., Kee C., Oh I. Determination of the stoichiometry and critical oxygen tension in the production culture of bacterial cellulose using saccharified food wastes // Korean Journal of Chemical Engineering. 2011. V. 28, N 11. P. 2306-2311.https://doi.org/10.1007/s11814-011-0111-8
14. Kim S., Li H., Oh I., Kee C., Kim M. Effect of viscosity inducing factors on oxygen transfer in production culture of bacterial cellulose // Korean Journal of Chemical Engineering. 2012. V. 29, N 6. P. 792-797. DOI https://doi.org/10.1007/s11814-011-0245-8
15. Tantratian S., Tammarate P., Krusong W., Bhattarakosol P., Phunsri A. Effect of dissolved oxygen on cellulose production by Acetobacter sp. // Journal Sciences Research Chula University. 2005. V. 30, N 2. P. 179-186.
16. Hwang J.W., Yang Y.K., Hwang J.K., Pyun Y.R., Kim Y.S. Effects of pH and dissolved oxygen on cellulose production by Acetobacter xylinum BRC5 in agitated culture // Journal Of Bioscience And Bioengineering. 1999. V. 88, N 2. P. 183-188. https://doi.org/10.1016/S1389-1723(99)80199-6
17. Chao Y., Sugano Y., Shoda M. Bacterial cellulose production under oxygen-enriched air at different fructose concentrations in a 50-liter, internal-loop airlift reactor // Applied Microbiology and Biotechnology. 2001. V. 55, N 6. P. 673-679. DOI: 10.1002/(SICI)1097-0290(20000505)68:3<345::AID-BIT13>3.0.CO;2-M
18. Son H.J., Heo M.S., Kim Y.G., Lee S.J. Optimization of fermentation conditions for the production of bacterial cellulose by a newly isolated Acetobacter // Biotechnology and Applied Biochemistry. 2001. V. 33, N 1. P. 1-5. DOI: 10.1042/BA20000065
19. Hestrin S., Schramm M. Synthesis of cellulose by Acetobacter xylinum: II. Preparation of freeze-dried cells capable of polymerizing glucose to cellulose // Journal of Biochemistry. 1954. V. 58, N 2. P. 345-352.
20. Wong H.C., Fear A.L., Calhoon R.D., Eichinger G.H., Mayer R., Amikam D., Benziman M., Gelfand D.H., Meade J.H., Emerick A.W., Bruner R., Ben-Bassat A., Tal R. Genetic organization of the cellulose synthase operon in Acetobacter xylinum // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1990. V. 87, N 2. P. 8130-8134.
21. Hirai A., Tsuji M., Horii F. Culture conditions producing structure entities composed of cellulose I and II in bacterial cellulose // Cellulose. 1997. V. 4, N 3. P. 239-245. https://doi.org/10.10 23/A:1018439907396
22. Zeng, X., Liu J., Chen J., Wang Q., Li Z., Wang H. Screening of the common culture conditions affecting crystallinity of bacterial cellulose // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2011. V. 38, N 12. P. 1993-1999.
23. Penttila P.A., Sugiyma J., Imai T. Effects of reaction conditions on cellulose structures synthesized in vitro by bacterial cellulose synthases // Carbohydrate Polymers. 2016. V. 136. P. 656-666. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.09.082
24. Coban E.P., Biyik H. Evaluation of different pH and temperatures for bacterial cellulose production in HS (Hestrin-Scharmm) medium and beet molasses medium // African Journal of Microbiology Research. 2011. V. 5, N 9. P. 1037-1045. https://doi.org/10.5897/AJMR11.008
25. Jonas R., Farah L.F. Production and application of microbial cellulose // Polymer Degradation and Stability. 1998. V. 59, N 1-3. P. 101-106. https://doi.org/10.1016/S0141-3910(97)00197-3
26. Bacterial nanocellulose: a sophisticated multifunctional material / ed. by M. Gama, P. Gatenholm, D. Klemm. 2013. 306 p.
27. Klemn D., Schumann D., Udhart U., Marsch S. Bacterial synthesis cellulose-artificial blood vessels for microsurgery // Progress in Polymer Science. 2001. V. 26, N 9. P. 1561-1603. https://doi.org/10.1016/S0079-6700(01)00021-1
28. Jagannath A., Kalaiselvan A., Manjunatha S.S., Raju P.S., Bawa A.S. The effect of pH, sucrose and ammonium sulphate concentrations on the production of bacterial cellulose (Nata-de-coco) by Acetobacter xylinum // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2008. V. 24, N 11. P. 2593-2599. https://doi.org/10.1007/s11274-008-9781-8
29. Zeng, X., Liu J., Chen J., Wang Q., Li Z., Wang H. Screening of the common culture conditions affecting crystallinity of bacterial cellulose // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2011. V. 38, N 12. P. 1993-1999. https://doi.org/10. 1007/s10295-011-0989-5
30. Noro N., Sugano Y., Shoda M. Utilization of the buffering capacity of corn steep liquor in bacterial cellulose production by Acetobacter xylinum // Applied Microbiology and Biotechnology. 2004. V. 64, N 2. P. 199-205. https://doi.org/10.1007/s00253-003-1457-6
31. Pourramezan G.Z., Roayaei A.M., Qezelbash Q.R. Optimization of culture conditions for bacterial cellulose production by Acetobacter sp. 4B-2 // Biotechnology. 2009. V. 8, N 1. P. 150-154. DOI: 10.3923/biotech.2009.150.154
32. Khairul A.Z., Norhayati P., Ida I.M. Monitoring the Effect of pH on Bacterial Cellulose Production and Acetobacter xylinum 0416 Growth in a Rotary Discs Reactor // Arabian Journal for Science and Engineering. 2015. V. 40, N 7. P. 1881-1885. DOI 10.1007/s13369-015-1712-z

Файлы:

• реферат (скачать | просмотреть)
• статья (скачать | просмотреть) - скачано 120 раз