научная статья по теме ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРИ КУЛЬТИВИРОВАНИИ ДРОЖЖЕЙ CANDIDAPARAPSILOSISM10 Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук
Текст научной статьи на тему «ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРИ КУЛЬТИВИРОВАНИИ ДРОЖЖЕЙ CANDIDAPARAPSILOSISM10»
Естественные и технические науки, № 2, 2014
Гаскарова Е. Ф., аспирант Иванова Л.А., доктор технических наук, профессор
Строева С. С., кандидат технических наук, преподаватель Филатова Г.Л., старший преподаватель
(Московский государственный университет пищевых производств)
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРИ КУЛЬТИВИРОВАНИИ
ДРОЖЖЕЙ CANDIDA PARAPSILOSIS M10
Произведена оптимизация количественного основных компонентов, входящих в питательную среду для культивирования дрожжей C. parapsilosis M10, с целью увеличения уровня накопления липазы.
Ключевые слова: липаза, дрожжи, ПФЭ, метод крутого восхождения.
OPTIMIZATION OF NUTRIENT MEDIUM FOR FERMENTATION CANDIDA
Optimization of the main components quantities included in the nutrient medium for yeast Candida parapsilosis M10 was carried out.
Key words: lipase, yeast, full factorial experiment, Box-Wilson method.
Быстрое развитие новых биотехнологий с использованием ферментов, трансформирующих липиды, связано с их широким применением в пищевой, кожевенной, парфюмерной, текстильной, хлебопекарной промышленностях, в производстве моющих средств, медицине, очистке сточных вод и др. В связи с этим большое значение и актуальность приобретает выбор новых высокопродуктивных микробных продуцентов липаз. Биосинтез ферментов зависит не только от природы продуцента, но и от условий его культивирования. Наиболее важным и определяющим условием развития микроорганизмов является состав питательной среды. Среда должна иметь оптимальное количество всех ингредиентов - источников питания [4].
Применение метода математического моделирования различных процессов позволяет изучить свойства объектов и определять оптимальные условия их функционирования. Задача оптимизации состоит в нахождении такой точки исследуемого пространства входных переменных, в которой значение выходной переменной принимает «экстремальное» (максимальное, минимальное) значение. Оптимизация процесса на основе статистического моделирования (метод Бокса-Уилсона) предполагает последовательное уточнение области, в которой строится математическая модель процесса.
При этом процесс оптимизации обычно делится на два этапа:
1. Движение к «почти стационарной области», близкой к экстремальному;
2. Уточнение положения экстремума в ней [3].
В рамках исследовательской работы на кафедре «Биотехнология» МГУПП было выделено 110 изолятов дрожжевых культур из природных источников. Выбранный для исследований штамм Candida parapsilosis M10 обладал наибольшей липолитической способностью.
Целью настоящего исследования был выбор оптимальной питательной среды (ПС) при культивировании на которой, штамм Candida parapsilosis M10 может показать максимальный уровень накопления липазы.
В рамках разработки технологии дрожжевой липазы первоначально был определен основной компонентный состав ПС №1 (%): горчичное масло - 0,5; глюкоза - 3; дрожжевой экстракт - 4; соевая мука - 0,2; М§БО4'7Н2О - 0,02; КН2РО4 - 0,1; СаСОз - 0,22. Липазная ак-
Естественные и технические науки, № 2, 2014
тивность дрожжей C. parapsilosis M10 составляла 85 ед/см3 культуральной жидкости . С целью ее повышения была проведена оптимизация состава ПС с использованием методов математического планирования экспериментов.
Осуществлен полный факторный эксперимент (ПФЭ 23) с использованием метода крутого восхождения, позволяющий реализовать все возможные комбинации основных уровней независимых переменных факторов, установить оптимальные концентрации компонентов ПС с учетом их совместного влияния на липолитическую способность дрожжей, найти и обосновать оптимальный состав среды [1, 2]. В качестве факторов варьирования Х1, Х2 и Х3 взяты глюкоза, дрожжевой экстракт и горчичное масло. Интервалы варьирования факторов составили 0,5; 0,5 и 0,25% соответственно. Содержание остальных компонентов в ПС зафиксировано на определенном ранее уровне. Эффективность питательной среды оценивали по уровню накопления липазы.
Коэффициенты уравнения регрессии, а также коэффициенты двойного и тройного взаимодействия факторов определялись по методу наименьших квадратов в соответствии с данными, полученными при культивировании дрожжей C. parapsilosis M10 в трех повторностях на всех вариантах питательных сред [3].
Значимость коэффициентов регрессии проверяли по критерию Стьюдента. После исключения незначимых коэффициентов уравнение приняло следующий вид:
y = 73,4375 + 8,125*Х1 + 10,3125*Х2 + 5*Хз + 3,125*Х^ + 5,3125*Х^Х3 Расчет адекватности уравнения показал, что Рдейств = 4,036, что меньше Бт(0,95; 8;2) = 4,5. Таким образом, уравнение адекватно описывает процесс.
Для определения оптимального состава ПС пользовались программой «крутого восхождения» по методу Бокса-Уилсона.
Максимальный уровень накопления фермента (125 ед/см3) был достигнут при культивировании дрожжей на ПС следующего состава: горчичное масло - 0,5; глюкоза - 3,8; дрожжевой экстракт - 5; соевая мука - 0,2; М§БО4-7Н2О - 0,02; КН2РО4 - 0,1; СаСО3 - 0,22. В результате эксперимента было принято решение продолжить поиск оптимума методом крутого восхождения. При выборе плана нового эксперимента нулевую точку перенесли ближе к предполагаемой области оптимума путем изменения концентраций глюкозы и дрожжевого экстракта. Для более точного определения оптимума было так же принято решение сократить интервалы варьирования факторов.
После проведения статистической обработки результатов и исключения незначимых коэффициентов уравнение приняло следующий вид:
у = 103,4375 - 13,4375*Х1 - 9,0625*Х2 - 2,8125*Х3 Результаты программы «крутого восхождения» позволили установить следующий оптимальный состав питательной среды: глюкоза - 3,5%; дрожжевой экстракт - 4,8%; горчичное масло - 0,47%; MgSÜ4'7H2Ü - 0,03%; КН2РО4 - 0,02%; CaCÜ3 - 0,08%; соевая мука - 0,15%.
Разработанная методом крутого восхождения оптимизированная ПС позволила увеличить уровень накопления липазы на 59% по сравнению с контролем (с 85 ед/см3 до 135 ед/см3) на ПС №1.
1. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 280 с.
2. Бирюков В.В. Оптимизация периодических процессов микробиологического синтеза / В. В. Бирюков, В. М. Кантере. - М.: Наука, 1985. - 296 с.
3. Грачев Ю.П., Плаксин Ю.М. Математические методы планирования эксперимента. -М.: ДеЛи принт, 2005. - 296 с.
4. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Липолитические препараты // Технология ферментных препаратов. - «Элевар», 2000. - С. 346-358.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.