Способ активации микробиологических процессов, роста растений и клеток растений

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2092547

Имя изобретателя: Винаров А.Ю.; Ипатова Т.В.; Мирскова А.Н.; Левковская Г.Г.
Имя патентообладателя: Государственный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1995.01.11 

Назначение: микробиологическая промышленность, сельское хозяйство - растениеводство. Сущность изобретения: способ активации микробиологических процессов роста растений и клеток растений предусматривает введение в состав среды для выращивания микроорганизмов или клеток растений активатора, в качестве которого используют смесь трех химических соединений, относящихся к группе аммонийных солей арилуксусных кислот общей формулы C₆H₄R₁·R₂C₂H₂O₂ ·NH·C₆H₁₅O₃, где R₁ = H, Cl, CH₃; R₂ = -O, -S, -SO₂, взятых в соотношении 1-10 : 1-10 : 1-10 при общем количестве смеси 1,0·10^-10 - 1,0·10^-1 г в расчете на 1 г получаемой или обрабатываемой биомассы. Указанный активатор можно использовать для обработки почвы или растений в процессе вегетации.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к областям биотехнологии, использующим микробиологические процессы, протекающие в присутствии активных клеток микроорганизмов, и процессы накопления биомассы растительных клеток in vitro. Оно может быть использовано также в растениеводстве для ускорения созревания плодов растений и увеличения урожайности.

Как известно, основным недостатком как микробиологических процессов, так и процессов накопления растительных тканей является их сравнительно (с химическими процессами) малая скорость протекания во времени. Этим фактом объясняется разработка многочисленных способов активации этих процессов с применением разнообразных добавок, стимуляторов, активаторов, увеличивающих их скорость. В качестве стимуляторов могут быть использованы как индивидуальные вещества самой разной природы, например, такие как витамины, аминокислоты, карбоновые кислоты, микроэлементы, поверхностно-активные вещества, пуриновые или пиримидиновые основания и т.п. так и смеси сложного состава.

Так известен способ выращивания дрожжей родов Pichia, Saccharomyces, Zygosaccharomyces, Candida и Torulopsis на средах с углеводородами, спиртами или органическими кислотами, в котором в качестве активатора микробиологического процесса используют культуральную жидкость, полученную после культивирования микроорганизмов: представителей родов Candida, Torulopsis, Trichosporon, Rhodotorula и Cryptococcus (патент Японии N 54-19462, C 12 C 11/08 (36 (3) B II), 1979). При добавлении 0,1-10,0% культуральной жидкости в среду выращивания микроорганизмов отмечается прирост биомассы на 7-30% или увеличение выхода биомассы на 5-15% Однако для активного роста микроорганизмов приходится использовать наряду с активатором роста (культуральной жидкостью) питательную среду, обогащенную такими дорогостоящими препаратами как витамины: биотин, пантотенат кальция, фолевая кислота, инозит, аминобензойная кислота, пиридоксин, рибофлавин, тиамин. Этот факт является основным недостатком данного способа, т.к. применение дорогостоящих препаратов в составе питательной среды выращивания микроорганизмов мало реально при промышленной реализации способа.

Известен также способ ускорения роста микроорганизмов (патент США N 4997765, кл. C 12 R 1/19, 1991), предусматривающий выращивание микроорганизмов из группы бактерий, дрожжей и грибов на питательной среде, содержащей сахарид из группы, состоящей из сахара, крахмала, целлюлозы. Среда также содержит экзогенный стимулятор роста из группы пиколиновой кислоты и ее солей в стимулирующей концентрации 400 нг/мл среды. Основным недостатком этого способа является ограниченная область его применения. Способ находит применение только в тех микробиологических процессах, которые используют в качестве источника углерода, необходимого для роста микроорганизмов, сахарид из группы, состоящей из сахара, крахмала и целлюлозы.

В другом аналоге (авт.св. СССР N 1761058, кл. A 01 H 4/00, C 12 N 5/04, 1990, "Способ получения волокна хлопчатника") для выращивания клеток волокна хлопчатника в качестве стимулятора процесса в питательную среду вводят феруловую и гибберелловую кислоты в концентрации по 0,1 мг/л каждой, благодаря чему масса волокна увеличивается в 4 раза. Недостатком данного способа является ограниченная область применения активатора процесса.

Известен способ с широким спектром действия активатора процессов жизнедеятельности клеток (международная заявка PCT (WO) N 90/03430, кл. C 12 N 5/00), в котором для усиления роста, увеличения продолжительности и продуктивности культуры клеток используют питательные среды, содержащие беспротеиновые добавки, состоящие из синергидных компонентов, а также сывороточные и бессывороточные добавки, основными компонентами которых являются глутамин или глутамат триптофан, предшественники фосфолипидов, например холин и этаноламин. Основным недостатком данного способа является то, что активатор имеет сложный компонентный состав, строгую стабильность которого невозможно соблюсти ввиду природы активатора (активатор является продуктом биологического происхождения и как всякий такой продукт без предварительной стадии выделения и очистки индивидуальных химических соединений подвержен колебаниям компонентного состава). Нестабильность состава непременно повлечет нестабильность свойств предлагаемого активатора.

Применение стимуляторов (активаторов) в растениеводстве для активации жизнедеятельности растений находит пока менее широкое применение, чем для активации жизнедеятельности клеток. Однако имеется достаточное количество аналогичных способов.

Так известен способ выращивания овощных культур (патент РФ N 1792282 A3, кл. A 01 N 65/00, 1993), включающий обработку семян рассады водным раствором регулятора роста. Для улучшения качества продукции и ее выхода в качестве регулятора роста используют бесклеточный экстракт папоротника водного Azolla pinnata в концентрации 0,5-1 г/л. Обработку ведут путем замачивания семян в водном растворе экстракта, опрыскивания растений при пикировке рассады, при высадке на постоянное место и при цветении. В результате такой комплексной обработки томаты сорта "Алпатьевка 905 а" увеличили урожайность на 52,8% Основными недостатками данного способа являются, во-первых, отсутствие действия стимулятора на период созревания плодов, и, во-вторых, ограниченная база сырья для получения стимулятора при сравнительно большом расходе его на одно растение.

Техническая задача, которая стояла перед авторами изобретения, подобрать универсальный способ активации биологических процессов, используемых в биотехнологии и растениеводстве, при этом применяемый в способе активатор должен иметь химическую природу, которая обеспечивает стабильность заданного состава активатора, а также должен получаться простым способом из доступного сырья и для реализации способа в промышленном масштабе должен использоваться в низких дозах.

Данная техническая задача решается путем подачи в биологический процесс активатора, представляющего собой смесь трех химических соединений, относящихся к группе аммонийных солей арилуксусных кислот общей формулы C₆H₄R₁·R₂C₂H₂O₂ ·NH·C₆H₁₅O₃, где R₁ H, Cl, CH₃; R₂ -O, -S, -SO₂, взятых в соотношении 0,1-10 0,1-10 0,1-10 при общем количестве смеси 1,0·10^-10 1,0·10^-1 г в расчете на 1 г получаемой или обрабатываемой активатором биомассы. Выбранные интервалы соотношений компонентов в смеси и общего количества смеси для обработки 1 г получаемой или обрабатываемой биомассы определены экспериментальным путем. Специальные опыты показали, что при выходе общего количества активатора за рамки заданного интервала либо не наблюдается активация процесса, либо имеет место ингибирование последнего, либо при выходе за рамки верхней границы интервала нецелесообразно увеличивать расход активатора, т.к. это не приводит к дополнительному увеличению активации. При выходе за рамки приведенных интервалов соотношений компонентов в смеси не наблюдается увеличение активации процессов по сравнению с аналогичными способами активации.

Техническим результатом изобретения является активация, т.е. увеличение производительности таких биологических процессов, как: размножение клеток, накопление клеточной массы и продуктов метаболизма в питательной среде размножения микроорганизмов, потребление продуктов питания, выброс клетками во внешнюю среду клеточных компонентов, утончение и разрыв клеточных мембран, созревание растений, при этом результат активации получают стабильным. Дополнительным техническим результатом изобретения является также расширение набора активаторов микробиологических процессов, процессов роста растений и их клеток, причем используемые в активирующей смеси химические соединения получают по простой технологической схеме и их синтез освоен отечественной промышленностью. Все компоненты, входящие в состав смеси проверены на токсичность в Иркутском Государственном медицинском институте. При внутрибрюшинном введении препаратов LD₅₀ находится в пределах 1000-1599 мг/кг, что позволяет отнести эти вещества к классу практически нетоксичных соединений. Имеется разрешение соответствующих инстанций на их промышленное применение.

Достигается этот результат за счет того, что в биологический процесс вносят смесь трех индивидуальных химических соединений, каждое из которых обладает определенным специфическим действием на живую клетку и воздействие каждого из них дополняет друг друга. Как следствие этого явления - возникновение синергического эффекта, проявляющегося в различных биологических процессах. При этом для определенного биологического процесса на основании заранее известных индивидуальных свойств соединений подбирается комбинация из трех компонентов в определенном соотношении веществ и определенное общее количество смеси, рассчитанное на г получаемой или обрабатываемой биомассы. Поскольку для каждого биологического процесса используют активирующую смесь строго определенного состава и количества, результат активации не подвержен колебаниям при воспроизведении процесса.

Способ активации осуществляют путем внесения в питательную среду, в которой протекает жизнедеятельность клеток микроорганизмов или растительных тканей, активирующей смеси в виде водного или спиртового раствора на разных стадиях биопроцесса. При использовании способа в растениеводстве активирующую смесь вносят либо в питательный раствор, которым обрабатывают семена, растения или почву, либо приготавливают материал на основе наполнителя, например песка, торфа, с заданным содержанием активирующей смеси и этим материалом обрабатывают удобряемую почву.

Способ можно использовать в производстве различных кормовых добавок, получаемых микробиологическим способом, в т.ч. и путем биоконверсии растительного сырья, в процессах биосинтеза различных химических веществ, например, таких как этиловый спирт, лимонная кислота и т.п. в процессах очистки различных сред от химических загрязнений, в процессах автолиза и плазмолиза микроорганизмов, а также в растениеводстве, при производстве растительной массы и обработке семян.

Ниже приведены примеры применения активации различных биологических процессов предлагаемым способом, при этом область применения способа не ограничивается приведенными примерами.

Пример 1. Получение белково-витаминного концентрата (БВК). Стадия ферментации.

Способ по аналогу

Дрожжи p.Candida maltosa штамм ВСБ-779 (ВКПМ N У-196) выращивают непрерывно в аппарате с рабочим объемом 5 л с механическим перемешиванием и аэрацией среды воздухом. В качестве источника углерода используют очищенные жидкие парафины, состоящие из н-алканов C₁₃-C₂₃ (не менее 97%). Выращивание осуществляют на питательной среде следующего состава, г/л: ортофосфорная кислота 0,9; калий хлористый 1,1; магний сернокислый 0,8; железо сернокислое 0,15; цинк сернокислый 0,03; марганец сернокислый 0,03; N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевая соль 4-хлорфенилтиоуксусной кислоты 1,0·10^-5. Процесс выращивания ведут при температуре 32-34^oC и pH 4,0-4,2, концентрации парафина в питательной среде 3,2 об. и скорости обмена среды 0,33 ч^-1. Производительность процесса составляет 9,8 кг/м³·ч, выход биомассы от источника углерода 121% затраты сырья на образование 1 кг биомассы 0,826 кг. Продукт содержит 54% белка и витамины в количестве, мкг/г: B₂ 50; B₆ 6; PP 300; стерины 0,28.

Предлагаемый способ

Дрожжи C. maltosa штамм ВСБ-779 выращивают в тех же условиях, на той же питательной среде с использованием в качестве сырья тех же парафинов, что и в аналогичном способе. Но в среду выращивания вместо N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилтиоуксусной кислоты в концентрации 1,0·10^-5 г/л вводят активатор, состоящий из смеси N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 2-хлорфенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилтиоуксусной кислоты и N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 1: 1: 1, в количестве 1,0·10^-5 г/г дрожжей. Выращивание ведут при концентрации парафина в питательной среде 3,2 об. и скорости обмена среды 0,30 ч^-1. Производительность процесса составляет 10,2 кг/м³·ч, выход биомассы от источника углерода 125% затраты сырья на образование 1 кг биомассы 0,800 кг.

Получают продукт, содержащий 63% белка и витамины, мкг/г: B₂ 200; B₆ 30; PP 1500; стерины 0,52.

Применение предлагаемого способа активации в процессе получения белково-витаминного концентрата позволяет увеличить продуктивность процесса на 4-16% а по витаминам в 2-5 раз при одновременном снижении расхода исходного сырья на 4% по сравнению с аналогичным способом.

Пример 2. Процесс получения белково-витаминного концентрата (БВК). Стадия плазмолиза.

Процесс плазмолиза дрожжевой массы в производстве БВК является второй стадией после декантации суспензии микроорганизмов в цикле отделения биомассы от культуральной жидкости. Условия проведения плазмолиза влияют на качество готовой продукции.

Способ контрольный

По этому способу полученную после ферментации суспензию дрожжей культуры Candida maltosa ВСБ-779 сгущают декантацией, затем подвергают постепенному нагреванию при перемешивании до температуры 90^oC, выдерживают при этой температуре в течение 60 мин, после чего инактивированную биомассу охлаждают до 50-60^oC, отделяют сепарацией остатки культуральной жидкости и сушат. Получают сухой продукт, содержащий, влага 6,2; зола 5,5; нуклеиновые кислоты 7,5; углеводы 19,5; липиды 9,0; углеводороды 0,7; сырой протеин 59,0; истинный белок 46,9.

Предлагаемый способ

По этому способу полученную ту же суспензию дрожжей, что и в контрольном способе, сгущают декантацией и в сгущенную биомассу добавляют смесь N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевую соль фенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевую соль 2-хлорфенилтиоуксусной кислоты и N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевую соль 2-хлорфенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 0,1:10:10 соответственно, в количестве 1,0·10^-1 г/г дрожжей. Далее сгущенную биомассу постепенно при перемешивании нагревают до 90^oC и сразу охлаждают до 50-60^oC, сепарируют и сушат. Получают продукт, содержащий, влага 6,9; зола 5,5; нуклеиновые кислоты 7,7; углеводы 20,5; липиды 9,4; углеводороды 0,2; сырой протеин 62,5; истинный белок 53,1.

Таким образом, применение предлагаемого способа для активации процесса плазмолиза позволяет получить готовый дрожжевой продукт с большим содержанием таких важных компонентов, как углеводы и истинный белок.

Пример 3. Получение хлебопекарных дрожжей.

Способ по аналогу

Дрожжи p.Saccharomyces cerevisiae расы 14 выращивают на установке емкостью 10 л на питательной среде следующего состава, г/л: меласса (с учетом 46% сахаристости) 39,4, сульфат аммония 2,76; диаммония фосфат 0,6; хлористый калий 0,7; N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевая соль 4-хлорфенилтиоуксусной кислоты 1,0·10^-5. Дрожжи выращивают по 6-ти часовой воздушно-приточной схеме при температуре 30^oC, pH 4,6-5,1. Для регулирования pH добавляют углекислый калий. Конечное разбавление мелассы 1/22. При этих условиях удельная скорость роста составляет 0,169 ч^-1, накопление биомассы 66,7 г/л, выход дрожжей к мелассе 93,7 мас.

Предлагаемый способ

Дрожжи p.Saccharomyces cerevisiae расы 14 выращивают при тех же условиях и на той же питательной среде, что и в варианте 1, но в питательную среду вместо N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилтиоуксусной кислоты добавляют комплексный стимулятор, состоящий из N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли хлорфенилтиоуксусной кислоты и N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли хлорфенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 0,1: 0,1:10 соответственно, в количестве 1,0·10^-10 г/г дрожжей. При этом получают следующие показатели процесса: удельная скорость роста 0,175 ч^-1, накопление биомассы 70,5 г/л, выход дрожжей к мелассе 99,1 мас.

Использование предлагаемого способа активации в процессе получения хлебопекарных дрожжей увеличивает основные показатели процесса на 6% по сравнению с аналогичным способом.

Пример 4. Получение кормовых дрожжей на гидролизате хвойной древесины.

Способ контрольный

Дрожжи p. Candida scottii штамм К-д-25 (ВКПМ N У-521) выращивают в непрерывных условиях в аппарате с рабочим объемом 5 л. Гидролизат растительного сырья нейтрализуют окисью кальция при температуре 85^oC до pH 3,5 и фильтруют. Затем добавляют минеральные компоненты до концентрации азота и фосфора в среде соответственно, мг/л: 798 и 600. Далее нейтрализуют аммиаком до pH 4,2, продувают воздухом при температуре 45^oC в течение одного часа и фильтруют. Затем в питательную среду добавляют N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевую соль 4-хлорфенилсульфонилуксусной кислоты в количестве 1,3·10^-4 г/л. Выращивание дрожжей ведут в условиях протока питательной среды 0,24 ч^-1 при аэрации воздухом на установке с автоматическим поддержанием температуры 39^oC и pH 4,2-4,4. Исходное количество потребляемых сахаристых редуцирующих веществ (РВ) в питательной среде составляет 1,3% Выход биомассы дрожжей от исходного сырья (в пересчете на РВ) равен 68,2%

Предлагаемый способ

Дрожжи p. Candida sc. выращивают в тех же условиях и на той же питательной среде, что и в контрольном способе, но вместо N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилсульфонилуксусной кислоты вводят комплексный активатор, состоящий из N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 2-хлорфенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 2-метилфенилтиоуксусной кислоты и N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 2-метилфенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 0,1:10:1,0 соответственно, в количестве 1,0·10^-4 г/г дрожжей. Выход биомассы дрожжей от РВ в этом варианте составляет 79,3%

Активация процесса получения кормовых гидролизных дрожжей по предлагаемому способу позволяет повысить выход продукта на 16% по сравнению с контрольным способом.

Пример 5. Процесс очистки жидких потоков производства гидролизных кормовых дрожжей.

Способ контрольный

Очистке подлежит последрожжевая барда. Барду после ферментационных чанов подают в биоокислитель, где в непрерывном режиме проводят ее очистку культурой гриба Trichosporon cutaneum (производственный штамм Тулунского ГЗ). Барда поступает с содержанием, мг/л: ХПК 6050; БПК₅ 3200; общий азот 140; фосфор 45; pH 4,0. В процессе накопления биомассы культура гриба потребляет соли, остаточный сахар, окисленные соединения углерода. На выходе из биоокислителя получают суспензию биомассы гриба Trichosporon c. с содержанием, мг/л: клеточная масса 22000; ХПК 3500; БПК₅ 1950; азот 67; фосфор 28; pH 5,7. Клеточную массу отделяют, добавляют в кормовой продукт, жидкий поток пускают на фильтрационный сток.

Предлагаемый способ

По предлагаемому способу очистку последрожжевой барды проводят аналогично контрольному способу, но вместе с бардой в биоокислитель непрерывно подают смесь N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 2-метилфенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-метилфенилтиоуксусной кислоты и N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-метилфенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 10:10:0,1 соответственно, в количестве 1,0·10^-9 г/г гриба. На выходе получают суспензию биомассы гриба Trichosporon c. с содержанием, мг/л: клеточная масса 28000; ХПК 2840; БПК₅ 1850; азот 10,0; фосфор 0,0; pH 6,2. Клеточную массу отделяют, добавляют в кормовой продукт, жидкий поток пускают на фильтрационный сток.

Таким образом, применение способа активации в процессе очистки жидких потоков производства гидролизных кормовых дрожжей позволяет снизить содержание загрязняющих компонентов в среднем на 50% и при этом получить дополнительно продукта на 27% больше, чем в контрольном способе.

Пример 6. Получение этилового спирта из гидролизата хвойной древесины.

Способ контрольный

Концентрированный гидролизат хвойной древесины разбавляют до содержания редуцирующих сахаров, равного 3,5% Добавляют суперфосфат в количестве 0,3 г/л и сернокислый аммоний в количестве 0,15 г/л, нейтрализуют при нагревании известковым молоком до pH 5,5, фильтруют и вносят его в закрытый аппарат, в котором имеется трубка для отвода газообразных продуктов метаболизма. Туда же вносят дрожжи p. Saccharomyces vinii, раса T-8, в количестве 5 г/л. Сбраживание сахаров проводят при температуре 32^oC в течение 4 ч. В конце опыта замеряют количество образовавшегося углекислого газа, этилового спирта и остаточного количества редуцирующих веществ (PB). При данных условиях процесса выход этилового спирта от 100 г сброженных сахаров составляет 51,8 мл, т. е. 80% от теоретического (64,8 мл на 100 г PB), количество выделившегося углекислого газа составляет 30,1 г, остаточных PB 12 г/л.

Предлагаемый способ

Получение этилового спирта из гидролизата хвойной древесины проводят по контрольному способу, но в начале процесса в гидролизное сусло после фильтрации вносят активатор, состоящий из N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-метилфенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли фенилтиоуксусной кислоты и N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли фенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 10:0,1:0,1 соответственно, в количестве 1,0·10^-10 г/г спирта. В этом случае имеют место следующие показатели процесса: выход спирта из 100 г сброженных сахаров 60,8 мл, что составляет 94% от теоретического и на 17,4% выше, чем в контрольном способе; количество полученной двуокиси углерода 24,2 г; остаточных РВ 0,2% что на 83% ниже, чем в контрольном способе.

Пример 7. Получение лимонной кислоты.

Способ контрольный

Процесс получения лимонной кислоты проводят путем глубинного культивирования культуры гриба Aspergillus niger (ВКПМ N У-228) в аппарате периодического действия при перемешивании среды механической мешалкой и воздухом, подаваемым в аппарат. Синтез лимонной кислоты осуществляют следующим образом. Питательную среду, содержащую очищенную желтой кровяной солью мелассу и соли: хлористый аммоний, двузамещенный фосфорнокислый калий, сернокислые магний и цинк, засевают спорами гриба Aspergillus niger и накапливают биомассу микроорганизмов при температуре 30-32^oC в колбах при качании 280 об/мин в течение 4-х суток. Непосредственно в ферментере подвергают стерилизации рабочий раствор мелассы объемом 12 л, содержащий 3% мелассного сахара, а затем в стерильных условиях в ферментер вносят стерильные растворы хлористого аммония, двузамещенного фосфорнокислого калия и сернокислых солей магния и цинка, а также засевную биомассу гриба в количестве 2,5 л. Начальный pH питательной среды в ферментере равен 4,0-4,3. Процесс биосинтеза лимонной кислоты осуществляют без регулирования pH щелочными или кислотными реагентами при температуре 31-32^oC, аэрации среды, равной 0,2-0,5 л/л·мин, избыточном давлении 0,2-0,4 ати и скорости мешалки 50-150 об/мин. При достижении pH раствора 3,0-3,2 в аппарат начинают подавать порциями концентрированный раствор мелассы до достижения ее концентрации (по сахару) в питательной среде 150 г/л (в расчете на всю поданную в аппарат мелассу). Об окончании процесса судят по уменьшению содержания лимонной кислоты после максимального ее накопления. Конечная концентрация лимонной кислоты при времени процесса, равном 168 ч, составляет 97,5 г/л, выход лимонной кислоты 65% среднесуточный съем кислоты с 1 м³ равен 13,9 кг/м³·сут.

Предлагаемый способ

Процесс получения лимонной кислоты проводят аналогично контрольному способу, но в питательную среду вводят стимулятор, состоящий из N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 2-хлорфенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилтиоуксусной кислоты и N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 1:10:1 в количестве 1,0·10^-10 г/г лимонной кислоты. По этому способу необходимое количество мелассы потребляется за 144 ч и конечная концентрация лимонной кислоты составляет 109,5 г/л, что на 12% выше, чем в контрольном варианте, при этом время процесса сокращается на 14% а среднесуточный съем лимонной кислоты равен 18,25 кг/м³·ч, что на 31% выше, чем в контрольном способе.

Пример 8. Производство растительной биомассы женьшеня.

Способ контрольный

Биомассу женьшеня выращивают поверхностным культивированием клеток Panax Ginseng (производственная культура Кировского БХЗ) на твердой питательной среде, рецептура которой соответствует ТУ 59-112-72 на производство "Биомассы женьшеня". Культивирование осуществляют при температуре 26+1^oC и pH 5,0-6,0 в течение 30-32 дней. Далее биомассу снимают с питательной среды и сушат при температуре 50+5^oC. По этому способу выход сухой биомассы с 1 л среды составляет 10 г, содержание экстрактивных веществ в растительной массе 41,2%

Предлагаемый способ

По этому способу культуру Panax Ginseng выращивают в тех же условиях, что и в контрольном способе, но в твердую питательную среду перед накоплением растительных клеток вносят смесь N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 2-хлорфенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилтиоуксусной кислоты и N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 10:10:1 соответственно, в количестве 1,0·10^-10 г/г растительной массы. Выход сухой биомассы в этом способе составляет 15 г с 1 л среды, содержание экстрактивных веществ в растительной массе 46,8% т.е. выход продукта, полученного по предлагаемому способу, на 50% выше, чем по контрольному способу, при этом увеличивается также содержание экстрактивных веществ в продукте (на 14%).

Пример 9. Биоконверсия растительного сырья с целью получения кормового белкового продукта.

Способ контрольный

Биоконверсии подвергают рис некондиционного качества (в виде смеси целого зерна, шелухи и муки). В качестве биодеструктора используют культуру дрожжей p. Endomycopsis fibuligera (ВКПМ N У-2173), обладающую амилолитической способностью. Сырье подвергают мелкому помолу, просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм, разбавляют водой 1:8, добавляют фосфорной кислоты до pH 5,5 и нагревают до температуры 70^oC, выдерживают при этой температуре 30 мин, охлаждают, добавляют, г/л: сернокислый аммоний 2,0; хлористый калий 0,5; сернокислый магний 0,35; сернокислое железо (закисное) 0,05. На полученной среде проводят выращивание дрожжей E.fibuligera в течение 18 ч при температуре 32^oC, pH 4,5, аэрации среды 10 л/л·ч без механического перемешивания. В конце процесса отделяют жидкую фазу от твердой, последнюю подвергают сушке. В результате получают продукт с содержанием истинного белка 34,5% на 1 кг которого расходуют 1,23 кг зерновой смеси.

Предлагаемый способ

По этому способу сырье для биоконверсии обрабатывают и подготавливают так же, как в контрольном способе, но в аппарат, в котором проводят биодеструкцию, добавляют водный раствор смеси N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 2-хлорфенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 4-хлорфенилтиоуксусной кислоты и 4-хлорфенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 10: 1:10 соответственно, в количестве 1,0·10^-10 г/г белкового продукта. В качестве биодеструктора используют ту же культуру дрожжей, что и в контрольном способе. Процесс выращивания микроорганизмов проводят при температуре 32^oC, pH 5,5, аэрации среды 10 л/л·ч без механического перемешивания в течение 12 ч. Из 1,2 кг зерна получают 1 кг продукта с содержанием истинного белка 46%

Активация процесса биоконверсии растительного сырья по предлагаемому способу ускоряет процесс на 33% увеличивает содержание белка в продукте на 33% и сокращает расход сырья на 2% по сравнению с контрольным способом.

Пример 10. Выращивание томатов сорта "Белый налив".

Способ контрольный

По этому способу активацию роста и созревания плодов томатов осуществляют смесью неорганических удобрений.

Из семян томатов сорта "Белый налив" выращивают рассаду в течение 60 дней. Затем 10 кустов рассады высаживают в грунт на расстоянии 50 см. Через 7 дней после посадки и далее каждые 10 дней до появления завязей на соцветиях в почву вносят неорганические удобрения. Смесь комплексного удобрения (аммофоски с соотношением: азот:фосфор:калий 2:1:0,2), сернокислого магния, борной кислоты и молибденовокислого натрия при соотношении компонентов 1: 0,07: 0,004: 0,002 хорошо растирают, перемешивают и в количестве 1 кг равномерным слоем рассыпают на поверхность грунта размером 2,5 м², занятой рассадой томатов. Ежедневно в течение всей фазы внесения удобрения эта же поверхность равномерно смачивается водой в количестве 30 л. После появления завязей подкормка растений прекращается. Ежедневный полив сокращается вдвое. После созревания плодов рассчитывают среднее количество массы созревших плодов на одном кусте. В данном случае оно равно 1,75 кг при времени полного созревания плодов 70 дней.

Предлагаемый способ

Выращивание плодов томатов проводят по той же методике, что в контрольном способе, но активацию роста и созревание плодов томатов сорта "Белый налив" осуществляют дополнительно композиционным стимулятором. В 1 кг смеси неорганического удобрения добавляют смесь N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли фенилоксиуксусной кислоты, N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли фенилтиоуксусной кислоты и N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли фенилсульфонилуксусной кислоты в соотношении 1: 1: 10, соответственно, в количестве 1,0·10^-10 г/г обрабатываемой зеленой массы. Полученной смесью удобряют почву так же, как в контрольном способе. Подобную обработку проводят спустя 7 дней после высадки рассады томатов в грунт и далее каждые 14 дней до момента появления завязей в соцветиях. В промежутках между 14 днями в почву дополнительно вносят 0,3 кг неорганического удобрения вышеприведенного (см. контрольный способ) состава.

По этому способу активации полное созревание плодов наступает через 60 дней, а среднее количество массы плодов на одном кусте равно 3,2 кг, т.е. предлагаемый способ активации роста и созревания плодов томатов позволяет ускорить созревание на 10 дней и получить урожай плодов с одного куста на 1,45 кг больше.

Итак, активация различных биологических процессов предлагаемым способом увеличивает продуктивность этих процессов на 5-20% по сравнению с аналогичными способами активации, а в некоторых случаях и в 2-2,5 раза (например, в случае получения витаминов в БВК) и на 30-80% по сравнению со способами, где активация не применяется.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ активации микробиологических процессов, роста растений и клеток растений, отличающийся тем, что в процесс вводят активатор в виде смеси трех химических соединений, относящихся к группе аммонийных солей арилуксусных кислот общей формулы

C₆H₄R₁·R₂C₂H₂ O₂·NH·C₆H₁₅O₃,

где R₁ H, CL, CH₃;

R₂ -O, -S, -SO₂,

взятых в соотношении 0,1 10,0 0,1 10,0 0,1 10 при общем количестве смеси 1·10^-10 1·10^-1 г в расчете на 1 г получаемой или обрабатываемой биомассы.

Разместил статью: admin
Дата публикации:  28-08-2004, 18:55

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Фомин Дмитрий Владимирович  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!