Izolarea unor mutante de Hansenula polymorpha ncy 495 cu capacitate ridicată de biosinteză a alcooloxidazei
Cantitatea de biomasă obţinută în sistemul de cultivare batch a fost de 2,21 kg consumându-se 5,6 kg metanol, 1,2 kg amoniac, 430 ppm fosfor, 430 ppm potasiu, 158 ppm azot şi 9,5 ppm fier (Tabelul 11 şi Figura 12). Figura 12. Consumul de fosfor, potasiu şi azot din cadrul bioprocesului de cultivare în sistem batch a tulpinii mutante Hansenula polymorpha 15 – 50, în bioreactor de tip JAR. Tebelul 11. Concentraţia metanolului rezidual din mediul de cultură, consumul de fier şi concentraţia celulară umedă (WCW) şi uscată (DCW) în cadrul bioprocesului de cultivare în sistem batch a drojdiei metilotrofe Hansenula polymorpha 15 – 50.
Evoluţia concentraţie celulare în cadrul cultivării tulpinii mutante Hansenula polymorpha 15 – 50 în sistem batch în bioreactorul de tip JAR este prezentată în Tabelul 12. Tabelul 12. Evoluţia funcţiilor X (t) şi (t) din cadrul bioprocesului în sistem batch a tulpinii mutante Hansenula polymorpha 15 – 50, în bioreactor JAR.
mediu = 0,096h-1; TD = = = 7,18h; max = = = 0,136h-1 Analizând rezultatele obţinute prin cultivarea drojdiei metilotrofe Hansenula polymorpha 15 – 50 în sistem batch, se poate constata că durata bioprocesului este de 44 de ore consumul specific de metanol a fost de 2,63 kg/kg, iar concentraţia celulară (DCW) a fost de 44 g×l-1 faţă de 40 g×l-1, raportate recent în literatura de specialitate de către Boev şi alţii [12] şi obţinută prin cultivarea unei tulpini de Hansenula polymorpha pe substrat metanolic. Conţinutul în proteină totală a fost de 45%, comparabil cu valorile prezentate în studiile de specialitate pentru această tulpină, care este cuprins între 43 – 50% [13].
Cultivarea în sistem continuu s-a început cu rata de diluţie D = 0,10 h-1, corespunzătoare vitezei medii de creştere a tulpinii Hansenula polymorpha 15 – 50 în sistem batch, urmată de D = 0,11 h-1, D = 0,12 h-1 şi D = 0,13 h-1, rată de diluţie corespunzătoare vitezei maxime de creştere (max) a tulpinii de drojdie. Rezultatele bioprocesului de cultivare în flux continuu a tulpinii de drojdie metilotrofe Hansenula polymorpha 15 – 50 sunt prezentate în Tabelele 13, 14, 15, 16 şi Figura 13. Tabelul 13. Bioproces de cultivare în flux continuu a tulpinii mutante Hansenula polymorpha 15 – 50 la D = 0,10 h-1.
Durata bioprocesului a fost de 24 de ore, iar concentraţia celulară a fost de 43,38 g×l-1.Debitul de alimentare corespunzător acestei rate de diluţie a fost de 5 l×h-1. S-au obţinut 5,206 kg biomasă, consumându-se 12,753 kg metanol şi 4,5 kg amoniac. Consumul specific de metanol a fost de 2,45, iar de amoniac de 0,86. Productivitatea celulară la această rată de diluţie a fost de 4,34 g×l-1×h-1, iar randamentul de bioconversie a metanolului în biomasă a fost de 41%, biomasa proteică având un conţinut în proteină totală de 47,50%. Timpul de dedublare a concentraţiei celulare la D = 0,10 h-1 a fost: TD = = 6,90 ore Tabelul 14. Bioproces de cultivare în flux continuu a tulpinii mutante Hansenula polymorpha 15 – 50 la D = 0,11 h-1.
Durata bioprocesului a fost de 24 de ore, iar concentraţia celulară medie a fost de 40,09 g×l-1. Debitul de alimentare corespunzător acestei rate de diluţie a fost de 5,5 l×h-1. S-au obţinut 5,292 kg biomasă, consumându-se 12,950 kg metanol şi 4,6 kg amoniac. Consumul specific de metanol a fost de 2,38 kg/kg, iar de amoniac de 0,87 kg/kg. Productivitatea celulară la această rată de diluţie a fost de 4,4 g×l-1×h-1, iar randamentul de bioconversie a metanolului în biomasă a fost de 40,86%, biomasa proteică având un conţinut în proteină totală de 47,20%. Timpul de dublare a concentraţiei celulare la D = 0,11 h-1 a fost: TD = = 6,27 ore Tabelul 15. Bioproces de cultivare în flux continuu a tulpinii mutante Hansenula polymorpha 15 – 50 la D = 0,12 h-1.
Durata bioprocesului a fost de 24 de ore, iar concentraţia celulară medie a fost de 38,04 g×l-1. Debitul de alimentare corespunzător acestei rate de diluţie a fost de 6,0 l×h-1. S-au obţinut 5,478 kg biomasă, consumându-se 13,038 kg metanol şi 4,930 kg amoniac. Consumul specific de metanol a fost de 2,85 kg/kg, iar de amoniac de 0,90 kg/kg. Productivitatea celulară la această rată de diluţie a fost de 4,56 g×l-1×h-1, iar randamentul de bioconversie a metanolului în biomasă a fost de 42%, biomasa proteică având un conţinut în proteină totală de 46,35%. Timpul de dublare a concentraţiei celulare la D = 0,12h-1 a fost: TD = = 5,75 ore Tabelul 16. Bioproces de cultivare în flux continuu a tulpinii mutante Hansenula polymorpha 15 – 50 la D = 0,13h-1.
Durata bioprocesului a fost de 48 de ore, iar concentraţia celulară medie a fost de 36,16 g×l-1. Debitul de alimentare corespunzător acestei rate de diluţie a fost de 6,5 l×h-1. S-au obţinut 11,280 kg biomasă, consumându-se 25,944 kg metanol şi 10,828 kg amoniac. Consumul specific de metanol a fost de 2,3 kg/kg, iar de amoniac de 0,96 kg/kg. Productivitatea celulară la această rată de diluţie a fost de 4,7 g×l-1×h-1, iar randamentul de bioconversie a metanolului în biomasă a fost de 43,37%, biomasa proteică având un conţinut în proteină totală de 47,05%. Timpul de dublare a concentraţiei celulare la D = 0,13 h-1 a fost: TD = = 5,30 ore Figura 13. Bioprocesul de cultivare continuă a tulpinii mutante Hansenula polymorpha 15 – 50, în bioreactor de tip JAR. Analizând rezultatele obţinute se poate constata că la rata de diluţie, D = 0,13h-1, s-a obţinut cea mai mare productivitate şi cel mai mare randament de bioconversie a metanolului şi cel mai mic timp de dublare a concentraţiei celulare (Tabelul 17). Tabelul 17. Caracteristicile bioprocesului de cultivare în flux continuu a tulpinii de drojdie metilotrofă Hansenula polymorpha 15 – 50.
Comparând valoarea parametrilor de cultivare în flux continuu a tulpinii Hansenula polymorpha 15 – 50, cu valoarea medie a parametrilor din literatura de specialitate, se poate observa că în ceea ce priveşte temperatura, concentraţia celulară, productivitatea şi randamentul de bioconversie, valorile sunt mai mari decât media valorilor din studiile de literatură, însă mai mici în ceea ce priveşte conţinutul în proteină totală şi randamentul de bioconversie a metanolului.Aceşti parametri sunt caracteristici pentru tulpinile de Hansenula polymorpha şi se datorează influenţei temperaturii la care are loc creşterea şi bioprocesul de fermentaţie. Din studiile efectuate de Coney şi Makiguchi [14] şi Hunter şi Rose [15] reiese faptul că la tulpinile de Hansenula polymorpha, maximul randamentului de conversie a substratului se înregistrează la o temperatură mai scăzută decât cea la care se obţine viteza maximă de creştere (mediu).Varianta pentru care se optează poate fi influenţată de accesibilitatea şi de preţul de cost al substratului, importanţa şi valoarea economică a produsului obţinut şi de restricţiile impuse de protecţia mediului. Biomasa rezultată din procesul de fermentaţie a fost separată prin centrifugare, plasmolizată la 900C şi uscată la 1050C, timp de 8 ore. Caracteristicile biomasei proteice de Hansenula polymorpha 15 – 50 sunt prezentate în Tabelul 18. Tabelul 18. Caracteristicile biomasei proteice obţinute prin cultivarea tulpinii de drojdie metilotrofă Hansenula polymorpha 15 – 50 pe substrat metanol în flux continuu.
Conform studiilor din literatura de specialitate [16], un proces de fermentaţie pentru producerea de biomasă microbiană cu drojdii se desfăşoară între 26 şi 350C. O creştere a temperaturii de lucru la 37 – 400C ar avea câteva avantaje: costuri energetice reduse pentru răcire, costuri scăzute pentru dispozitivele de răcire, contaminare mai mică în cazul folosirii drojdiilor. Un microorganism cu o temperatură de creştere optimă mai mare de 350C, cum este cazul tulpinii Hansenula polymorpha 15 – 50 poate fi considerat valoros. 3.9. Proces biotehnologic de obţinere a biomasei proteice prin cultivarea tulpinii mutante Hansenula polymorpha 6 pe substrat mixt, metanol – glucoză Hansenula polymorpha este o drojdie facultativ metilotrofă capabilă să metabolizeze, fie metanolul ca singură sursă de carbon şi energie, fie o varietate de compuşi organici mult mai complecşi. Pentru mărirea vitezei specifice de creştere () a cantităţii de biomasă şi a randamentului de bioconversie a substratului s-a utilizat tulpina mutantă de drojdie Hansenula polymorpha 6, într-un proces de creştere diauxică prin utilizarea simultană a două surse de carbon, metanol şi glucoză. Procesul a fost realizat într-un bioreactor „Biotec LKB”, având capacitatea de 8 l. Compoziţia mediului de cultură pentru sistemul de cultivare batch şi cel continuu a fost similară cu cea utilizată în cultivările tulpinei Hansenula polymorpha 15 – 50. Substratul mixt utilizat a fost format din glucoză şi metanol în raport de 1:6. Pe durata bioprocesului concentraţia metanolului din mediul de cultură s-a menţinut la valoarea 0,3%, iar cea a glucozei la 0,05%. pH a fost corectat la valoarea 4,0 cu soluţie amoniacală 12,5%. Parametrii de biosinteză şi caracteristicile procesului de cultivare în sistem batch a tulpinii mutante Hansenula polymorpha 6 pe substrat mixt sunt prezentaţi în Tabelele 19, 20 şi Figura 14. La sfârşitul celor 40 de ore de cultivare în sistem batch s-au obţinut 370 g biomasă, consumându-se 240 g metanol şi 60 g glucoză. Randamentul de bioconversie a substratului mixt în biomasă a fost de 40,10%, iar consumul specific de 2,5. Concentraţia biomasei celulare obţinute a fost de 46,85 g×l-1, fiind mai mare decât concentraţia biomasei celulare obţinute cu Hansenula polymorpha 15 – 50 pe substrat metanol. Consumul specific de metanol la Hansenula polymorpha 6 a fost de 2, faţă de 2,63 la Hansenula polymorpha 15 – 50, acest fapt demonstrând că glucoza stimulează utilizarea mai eficientă a metanolului în cazul cultivărilor pe substrat mixt. Tabelul 19. Parametrii de cultivare şi caracteristicile bioprocesului de fermentaţie în sistem batch a tulpinii mutante Hansenula polymorpha 6 pe substrat mixt.
Tabelul 20. Concentraţia metanolului şi a glucozei, consumul de fier şi concentraţia biomasei celulare umede (WCW) şi uscate (DCW) în cadrul bioprocesului de cultivare în sistem batch a drojdiei metilotrofe Hansenula polymorpha 6, pe substrat mixt.
Yüklə 0,54 Mb. Dostları ilə paylaş: |