EA017600B1 - Термофильный штамм сине-зеленой водоросли spirulina platensis baku для получения биомассы - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к биотехнологии, к получению биомассы с широким спектром использования в различных сферах человеческой деятельности: медицине, косметике, спорте, животноводстве, пчеловодстве, рыбоводстве, птицеводстве, ветеринарии и пр. Термофильный штамм сине-зеленой микроводоросли Spirulina platensis Baku ССАР 1475/12 получен путем прямого выделения из природного водоема на Апшеронском полуострове Азербайджанской Республики. Способ получения биомассы сине-зеленой микроводоросли Spirulina platensis Baku фотосинтезом в водной питательной среде заключается в выращивании, перемешивании суспензии микроводорослей, периодических подпитке среды питательным раствором и отборе биомассы, после которого водную питательную среду подвергают рекультивации путем обратного осмоса.

Description

Изобретение относится к биотехнологии, конкретно к δρίπιΐίηα р1а1еп818, и предназначено для получения и переработки биомассы в качестве добавки в корма для птицеводства, животноводства, рыбоводства и шелководства. Биомасса 8рникпа р1а1еп818 [4,9,11,12,13] (как готовый продукт к употреблению) используется в различных сферах человеческой деятельности: медицине, косметике, спорте, животноводстве, пчеловодстве, рыбоводстве, птицеводстве, ветеринарии и пр.

Известен штамм сине-зеленых водорослей 8рни1ша р1а1еп818 (Сот.) 6ей1 (депонирован в Коллекции Института физиологии растений Академии Наук Российской Федерации под регистрационным номером ΙΡΡΑ8 В-437), биомасса которого используется в качестве добавки к кормам животных и птицы. Этот штамм обладает типичными морфологическими, физиологическими и биохимическими признаками, присущими сине-зеленым водорослям рода 8р1ти1ша. Относительный недостаток известного штамма состоит в сравнительно низком уровне накопления биомассы в условиях промышленного культивирования 0,3-0,5 г (абс. сухого вещества)/литр в сутки и в нестабильности в условиях длительной непрерывной культуры, выраженном полиморфизме, значительном снижении продуктивности.

Поставленная задача достигается термофильным штаммом цианобактерии 8рникпа р1а1еп818, авторское имя Ваки, полученным путем прямого выделения из природного озера (Локбатан, Апшеронский полуостров, Азербайджанская Республика). Штамм 8рни1ша р1а1еп818 Ваки депонирован в Сиките Со11есΐίοη οί А1дае апб РгоЮхоа 8АМ8 Кекеагск Зетуюек Ы6. 8соШ§к Аккоаакоп Гог Маппе 8с1епсе 8со1Шк Магше 1п81ки1е ИипЬед, Агду11, ΡΑ37 10А, υκ XV еЬ раде: те^^.катк.ас.ик/ Са1а1одие \теЬ раде: кйр://^^те.ссар.ас.ик Те1: (44) 1631 559000, И1тес1 Фа1: (44) 1631 559386, Бах: (44) 1631 559001 под номером ССАР 1475/12.

Морфологические признаки заявленного штамма.

8р1ш1ша р1а1еп818 Ваки как все прокариоты имеет низкий уровень клеточной дифференциации (отсутствуют хроматофоры, истинное ядро, ядрышки, вакуоли, митохондрии, эндоплазматическая сеть и т.д.). Неветвящиеся спиралеобразные трихомы (нити, или филаменты) из цилиндрических клеток окружены слизистым чехлом и способны к скользящему и вращательному движению. При воздействии различных физических и химических факторов филаменты могут распрямляться. Типичными пигментами, помимо хлорофилла и каротиноидов, являются фикобилипротеины. Половой процесс у цианобактерий отсутствует. Размножается 8рникпа ркНепМз Ваки при помощи гормогоний - короткоцепочечных, способных к движению, участков нитей, образующихся путем фрагментации материнских трихомов по некридиям (специализированным клеткам, подвергающимся лизису).

Физиолого-биохимические свойства 8рни1ша рШепкщ Ваки.

Азот не фиксирует; использует в качестве источника азотного питания нитратный и аммонийный азот. В качестве источников углерода использует бикарбонаты (преимущественно), карбонаты, органические соединения (даже глюкозу). Максимальный рост биомассы происходит на солнечном свету. Растет также при использовании источников света любого спектрального состава. Оптимальный рост при использовании источника света, близкого по спектральному составу к солнечному. Фотопериод не выражен и сезонности нет. За счет ярко выраженных газовых вакуолей культура клеток (биомасса) флотирует (всплывает). Что является преимуществом для промышленного производства биомассы этого штамма. Растет в интервале солености от 0 до 0,5 М (ИаС1). Оптимум роста при 0,02 М (ИаС1). Наблюдается рост в диапазоне при рН от 6,0 до 12,0; оптимум при рН 9,5-10,5. Рост наблюдается в интервале температур от 20 до 45°С; оптимум 30-35°С. Ингибирование и гибель культуры наступают при температуре выше 55°С.

Химический состав клеток 8р1гикпа р1а1еп818 Ваки зависит от условий выращивания и состава питательной среды [5]. Параметрическое управление в производстве биомассы дает широкий диапазон состава (в процентах):

белок 55,0-75,0;

углеводы 10,0-20,0;

жиры (липиды) 5,0-7,0;

нуклеиновые кислоты 5,5-6,5;

хлорофилл(а) 0,9-0,95;

зольность 7,0;

влажность 6,0-8,0;

в том числе жирорастворимые пигменты 2,0-2,5;

бета-каротин 0,5-0,8; водорастворимые пигменты 3,0-6,0;

зола 7,0-8,0.

Клетки содержат также:

витамины группы цианкобаламинов 2 г/г асв;

аскорбиновая кислота 80 мг/100 г асв;

компонент г/100;

- 1 017600 азот 8-10;

фосфор 1-1,1; натрий 1-2;

калий 1-2;

магний 0,2-0,3;

кальций 0,8-1,0;

сера 0,5-0,6.

Компонент, мг/кг:

железо 800-1900;

медь 11-15;

марганец 44-60;

никель 3-5; цинк 22-30;

кобальт 1-1,5;

хлор 2-5; хром 3-5; йод 500-100.

Условия хранения.

Штамм хранится на агаризованных питательных средах и в обедненной питательной среде ΟΝ (г/л: нитрат натрия 3,0; гидрофосфат калия 0,6; сульфат магния 0,6; гидрокарбонат натрия 16,0; хлорид кальция 0,04; хлорид натрия 3,0; сульфат железа(11) 0,01; натриевая соль этилендиаминтетраацетата (ЭДТА) 0,03; борная кислота 0,0029; хлорид марганца 0,0018; сульфат цинка 0,0002; аммоний молибденово-кислый 0,00003, хлорид кобальта 0,00005).

Способ получения биомассы спирулины (фактически аквакультура) включает выращивание (фотосинтез) биомассы микроводоросли в питательном растворе неорганических солей, обеспечение освещения и режима термостатирования (нагревания) культивируемой питательной среды для получения заданного состава; конструктивные и строительные особенности биореакторов; проектные решения, состав культивируемой среды; сушку и упаковку. Основное сооружение для получения биомассы - биореактор представляет собой бетонный резервуар с глубиной жидкости 0,55 м, шириной 4 м и длиной 10 м. Бассейн разделен продольной перегородкой высотой 0,5 м, толщиной 0,2 м и длиной 8 м. Он имеет систему сдвижного накрытия прозрачной полимерной пленкой (дугообразная конструкция, в случае необходимости может быть автоматизирована). Перемешивание суспензии микроводорослей осуществляют механически и/или барботированием воздухом. Термостатирование (подогрев) суспензии (культивируемой жидкости) обеспечивают за счет солнечного освещения, а также резервной системой электрообогрева. Сооружения представляют собой резервуары, насосы, коммуникации, модули для разведения солей, блок маточной культуры (чистого посевного материала). Способ получения биомассы предусматривает поглощение углекислого газа из воздуха. Полученная биомасса отделяется от культивируемой среды при помощи сепарации через марлевые поддоны или помощи проточной центрифуги. Биомасса сушится на специальных поддонах или же в распылительной сушилке. В среднем способ получения биомассы микроводорослей (цианобакетерии) Зрии1ша ρΐαίοηκίκ Ваки для применения в пищевой индустрии, фармакологии и сельском хозяйстве составляет 8-10 дней.

Способ получения биомассы Зр1ти1та ркйспУ Ваки в опытно-промышленных условиях представлен следующими примерами его исполнения.

Пример 1.

Штамм сине-зеленых микроводорослей Зр1ти1та р1а1сп515 Ваки выращивают в стеклотрубном культиваторе объемом 15 л в накопительном режиме на питательной среде ΟΝ, содержащей, г/л: нитрат натрия 3,0; гидрофосфат калия 0,6; сульфат магния 0,6; гидрокарбонат натрия 16,0; хлорид кальция 0,04; хлорид натрия 3,0; сульфат железа(11) 0,01; натриевая соль этилендиаминтетраацетата (ЭДТА) 0,03; борная кислота 0,0029; хлорид марганца 0,0018; сульфат цинка 0,0002; аммоний молибденово-кислый 0,00003; хлорид кобальта 0,00005.

Выращивание осуществляли при постоянной облученности лампами Т3 ЗЫМ ЗРГКАЬ Е27 при температуре 25-30°С и рН среды 9,5. Процесс перемешивания осуществляют периодически микрокомпрессорами. Интенсивность воздухообмена 70 г/л суспензии/ч. Насыщение воздухом и/или СО₂ осуществляют барботированием. Отбор биомассы начинается с 3-го дня культивирования. Средний уровень накопления биомассы - 1,8-2,0 г асв/л в сутки. Общий цикл культивирования 30 дней, после чего проводится рекультивация питательной среды обратным осмосом.

Пример 2. Штамм сине-зеленых микроводорослей Зрии1та ркИсщк Ваки выращивают в биореакторе. Получение биомассы проводится в накопительном режиме на питательной среде ΟΝ.

Культивирование проводят при рН среды 9,5, температуре 25-30°С и естественном солнечном освещении (продолжительность светового дня 8-10 ч) в течение 10 суток (весенней и осенний период) и 7-8 суток (продолжительность светового дня 12 ч) в летний период. Температурный режим день-ночь со

- 2 017600 ставляет порядка 5°С. По завершении процесса выход биомассы составляет 80 кг (весенней и осенний период) - 100 кг (летний период). Затем проводится рекультивация питательной среды обратным осмосом.

Представленные данные свидетельствуют о значительных физиолого-морфологических отличиях предлагаемого термофильного штамма цианобакетерии 8рии11па р1а1епв1в Ваки от известных и о его технологических преимуществах перед известными штаммами сине-зеленых водорослей [1]. Широкий спектр применимости 8риикпа р1а1епв1в Ваки складывается из двух основных направлений: использование самой биомассы и использование биомассы спирулины как сырья для получения каких-либо ценных веществ [7, 8, 9]. Первое направление включает в себя разнообразные способы использования биомассы спирулины как пищевой добавки в рационе человека и животных [8, 10, 12], использование биомассы спирулины в медико-биологических процедурах лечебного и профилактического характера.

Литература.

1. 2атгоиск С. Соп1пЬи!юп а 1'е!ибе б'ипе суапоркусее. 1пДиепсе бе бкетв ркувщиев е! скппщиев виг 1а сговвапсе е! 1а ркоЮвуШкеве бе 8риикпа тах1та/С. 2атгоиск//Рк. Ό. 1кев1в. Рапв, 1966.

2. С1етеп! 6. Ргобископ апб скагас1епвПс сопвШиеШв о! !ке а1дае 8рии1ша р1а1епв1в апб тахтаа. Аппа1ев бе 1а Майкоп е! бе 1'Актеп1акоп, 1975, уо1. 29, по. 6.

3. Нибвоп Вб., Капе 1.6. Тке Нр1бк о! !ке а1да 8рпи1ша. - 1. 8с1епсе о! Рооб & Адпсикиге, 1974, уо1. 25, по. 7.

4. 8евкабпс С.У. апб Ткотав 8. Мавв сиките о! 8риикпа ившд 1о\\-сов1 пиктеШв, Вю!ескпо1оду Бе1!егв, 1979, уо1. 11.

5. Вескег Е.^. Ргобископ апб иве о! т1стоа1дае. 1985. VI, 198 радев.

6. ТотавеШ Ь., бюуаппеШ Ь., 8асск1 А., Восс1 Е. ЕГГес1в о! (етрегаШге оп дгоМк апб Ьюскет1са1 сотровйюп ίπ 8рии1ша р1а1епв1в вкаш М2. А1да1 Вю!ескпо1оду, 1987.

7. Сокеп Ζ., ^пвкак А., Вюктопб А. Раку ас1б сотровйюп о! 8рпи1ша в!га1пв дго\уп ипбег уапоив епу1гоптеп1а1 сопбкюпв. Рку1оскет1вку, 1987, уо1. 26.

8. Сйет О., Т1Ьош О. Тке Ьюскет1вку апб тбивкта1 ро!епка1 о! 8р1ти1та. - Апп. Реу. МютоЬюк, 1985, уо1. 39.

9. ^пвкак А., Вюктопб А. Мавв ргобископ о! !ке Ь1ие-дгееп а1да 8риикпа: ап оуе1Ме\\·. Вютавв, 1988, уо1. 15.

10. Еб. ^пвкак А. 8р1гикпа р1а1епв1в (Айктоврка): Ркувю1оду, Се11-Ью1оду апб Вю!ескпо1оду, Ьопбоп: Вт1в!о1, Тау1ог&Егапс1в, 1997. - 233 р.

11. Моогкеаб КЛ., Могдап Н.С. 8рии1ша па!иге'в вирегТооб. - РиЬквкеб Ьу №кех, 1пс. И8А, 1995.

12. Воопе Ь.В., Сав1епко1х В.^., Вегдеу'в Мапиа1 о! 8ув!етайс Вас!егю1оду, \ό1. 1. ΝΥ, Не1бе1Ьегд, Веткп: 8рттдег^ег1ад, 2001.

13. 6егвк\тт М.Е. (Ишуегвйу о! Са1^Го^η^а, Иау1в, И8А); Ве1ау Атка (ЕаЛкпве №1пкопа1в, Сакракга, Сак!отша, И8А) 8риикпа ш Нитап Майкоп апб Неакк, 2007, Мппкег о! Радев: 328.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Термофильный штамм сине-зеленой микроводоросли 8рии1ша р1а1епв1в Ваки ССАР 1475/12 для получения биомассы.