Біологічні науки/6.Мікробіологія

Лисенко Ю. А., к.е.н.  Карлаш Ю. В.

Национальный університет харчових технологій, Київ

Оцінка  промислової біотехнології отримання екзополісахариду леван

Нині на ринку України практично немає вітчизняних біополімерів полисахаридної природи, що випускаються в промислових масштабах. Важливим при цьому стає питання економічної доцільності використання таких біотехнологій. Як правило, приклади реалізації технологій базуються на результатах проведених лабораторних досліджень без їх техніко – економічного аналізу, можливого масштабування в умовах діючого виробництва, що не дозволяє вибрати економічно доцільну біотехнологію з метою проектування майбутнього виробництва. Техніко – економічний аналіз біотехнологій отримання продуктів біосинтезу та розроблення методології оцінки ефективності різних промислових біотехнологій з метою подальшого проектування біотехнологічних виробництв дає змогу вибрати найбільш ефективну біотехнологію.

Як водорозчинний, сильний  плівкоутворювальний біополімер, леван має багато цінних властивостей, таких  як: низька в'язкість, висока розчинність, сумісність з солями і поверхнево – активними речовинами, стійкість до дії тепла, кислот і лугів. Таким чином, леван може бути використаний в якості багатофункціонального агента як емульгатор, стабілізатор і загусник, інкапсулюючий агент, осморегулятор і кріопротектор в таких галузях, як продукти харчування, косметика, фармацевтична промисловість, і хімічні речовини. Крім того, в медицині, леван використовується як плазмозамінник, пролонгатор дії препаратів, протипухлинний та антігіперліпідемічний агент.

Дослідники Гібсон і Роберфройд встановили, що леван не всмоктується і не перетравлюється у верхній частині шлунково – кишкового тракту людини. Таким чином, даний харчовий інгредієнт робить позитивний вплив на господаря шляхом стимулювання зростання та/або підвищення активності автохтонної мікрофлори в товстій кишці, які можуть поліпшити здоров'я господаря. Тому неперетравлювальні вуглеводи класифікуються як справжні пребіотики. У зв'язку з чим, представляється актуальним  дослідження найбільш ефективного метода виробництва бактеріального екзополісарида леван [3].

Створення та реалізація   ефективного метода виробництва бактеріального екзополісарида леван базується на використанні глобального критерію оптимізації ВΣ, який враховує витрати на придбання компонентів поживного середовища, експлуатаційні витрати на проведення процесу біосинтезу та капітальні витрати на придбання та монтаж ферментера для проведення періодичного процесу мікробного синтезу. Алгоритм  розрахунку даного критерію реалізовано з використанням програмного комплексу MathCAD. На основі розрахунку цього критерію проводиться вибір найбільш ефективної біотехнології, а саме: біологічного агента, склад поживного середовища, ферментера з оптимальними характеристиками із заданою сукупності можливих біореакторів, які знаходяться в систематизованому і структурованому вигляді в створених базах даних [1].

Було проведено дослідження 3 штамів мікроорганізмів – продуцентів левану: Pseudomonas fluorescens NCIM2059, Microbacterium laevaniformans  PTCC 1406, Halomonas sp. AAD6. Склад поживних середовищ для данних продуцентів представлений в таблиці 1 [2,4,5].

Таблиця 1

Склад поживних середовищ

Halomonas sp

Pseudomonas fluorescens

Microbacterium laevaniformans

Меляса-30 г/л;

K2HPO4 – 7 г/л; KH2PO4 – 2 г/л;

MgSO4 · 7H2O -0,1 г/л; (NH4) 2SO4 -1 г/л; пептон – 0,5 г/л;

NaCl – 137,2 г/л;

сахароза -60 г/л;

казеїн пептон-15 г/л;

NH4Cl  - 1,5 г/л;

NaNO3- 2,0 г/л;

 

Фініковий сироп-10 г/л;

Кукурудзяный екстракт – 5 г/л;

NaCl - 5 г/л;

Згідно глобального критерію оптимальності були підраховані витрати на придбання компонентів поживного середовища, експлуатаційні витрати на проведення процесу біосинтезу і капітальні витрати на придбання та монтаж ферментера для проведення періодичного процесу мікробного синтезу для всіх варіантів і отримані результати представлені в таблиці 2.

 

 

 

 

 

Таблиця 2

Зведена таблиця результатів

 

Halomonas sp.

Microbacterium laevaniformans

Pseudomonas fluorescens

Общие приведенные затраты на 1 кг Левана (ВΣ)

 

204,7 грн/кг

 

828,9 грн/кг

 

396,09 грн/кг

В результаті отриманих даних, можна зробити висновок що найбільш економічно вигідним буде технологія виробництва екзополісахариду леван з використанням продуцента Halomonas зр. AAD6 з використанням  поживного середовища, вказаного у таблиці 1.

Література:

1.     Герасименко В.О. Шляхи вирішення вирішення проблеми вибору оптимального ферментаційного обладнання при проектуванні біотехнологічних виробництв // Наукові здобуткі молоді – вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті: матеріали 78 Міжнародної конференції молодих учених, аспірантів і студентів (Україна, м. Київ, НУХТ, частина І, 2-3 квітня 2012 р., -с. 391-392.

2.     Faruk K., Hande K. Molasses as fermentation substrate for levan production

by Halomonas sp. //  Boitecnol. Products and Procees Engin. – 2010. –  V. 89. – P.1729 – 1740.

3.     Gupta S.K., Singh S.K., Akhtar M.S. Microbial levan, an ideal prebiotic and immunonutrient in aquaculture // World Aquacul. – 2011. – Vol. 42, N 1. – P. 61–66.

4.     Marzieh M., Behnaz L. Microbial Production of Levan using Date

Syrup and Investigation of Its Properties // World Academy of Science, Engin. and Techn. –  2010. –V.  44. – P. 1248 – 1254.

5.     Nagnath R., Mahesh V. Microbial Levan from Pseudomonas fluorescens: Characterization and Medium Optimization for Enhanced Production //  Food Engin. and Technol. – 2012. – V. 2, № 4 – P.1045 – 1053.