Исследование путей и способов интенсификации промышленной технологии бактериальных СЗР

Анализ факторов, определяющих состояние технологии отечественного производства СЗР, пог волил установить, что среди них наиболее актуальными являются: расширение сырьевой базі применительно к крупнотоннажному производству, конструирование и оптимизация более эффек тивных питательных сред, оптимизация процесса культивирования продуцентов.

Перед отечественной промышленностью встала задача в увеличении объема выпуска препара тов с 5 до 10-11 тыс. т /год без снижения показателей качества с условием максимального исполь зования имеющегося оборудования и без существенных капиталовложений только за счет технолс гических приемов.

Такая задача безусловно определила необходимость анализа практически всех стадий техноло гического процесса.

Рассматривая любой микробиологический процесс мы можем видеть, что одна из сами; главных составляющих — это разработка питательных сред для микроорганизма-продуцента. Дл: продуцентов СЗР этот вопрос очень важен еще и потому, что производство данных продуктов явлн ется крупнотоннажным. Пути и способы решения данного вопроса рассмотрим на примере peuie ния путем разработки и исследования так называемых поликомгюнентных питательных сре; (далее ПКС).

Нуглю,н.ова Т. А. Современная технология эффективных бактериальных инсектицидов 291

Разработка поликомпонентных питательных сред. На основании данных литературы была по- казана целесообразность использования в составе питательных сред в качестве дополнительного источника азота различных технических белков и их гидролизатов, источников углеводов, а так­же солей. Таким образом, были проанализированы следующие виды сырья: казеин, соя, рыбная мука, различные виды шротов, мицелиальные отходы производства антибиотиков, биомасса сине- зеленых водорослей, белковые дрожжевые изоляты, меласса, гидрол, торф, крахмал, отходы пере­работки зерна и другие.

При этом учитывали доступность сырья, его питательные свойства, стоимость, вид транспорти­ровки и другие показатели.

Таким образом, обогащение производственной питательной среды, называемой «дрожжеполи­сахаридной» (далее ДПС), представлящей собой водную суспензию дрожжей БВК (3%) а кукуруз­ной муки (1,5%), такими компонентами, как хлопковым шротом (в виде кислотного гидролизата), глюкозной патокой, позволило получить первые варианты ПКС, обеспечивающей увеличение про­дуктивности ssp. gallesiae (продуцента энтобактерина) по титру жизнеспособных спор с 2,2-3,0 до 4,8 • 10⁹спор/мл.

Оптимизация параметров кислотного гидролиза, последующей деионизации и оптимизация состава среды позволили увеличить продуктивность культуры до 6 ± 0,34 х 10⁹ спор/мл с сохране­нием биологической активности (летальная концентрация, вызывающая гибель тест-насекомых не менее чем 50 %), ЛК₅₀ = 12,3 • 10⁶ спор/мл. Многократно подтверждена степень влияния гид­ролизата хлопкового шрота на ростовые свойства продуцента, которая в среднем составляла не ме­нее 25-30 %.

В связи с техническими трудностями реализации кислотного гидролиза и последующей деионизации, был разработан ферментативный гидролиз шрота с использованием ферментного препарата протосубтилина ГЗХ в количестве 0,3% к массе шрота, t = 55 ± 1 ’С, с = 3 ч при pH = 8,0 ± 0,1. Ферментолизат (ФГХШ) вводили в среду как источник аминного азота в концентрации 10 об. %.

Методами математического планирования эксперимента был оптимизирован состав среды ПКС (%): дрожжи ВВК — 4,0; мука кукурузная — 2,0; патока глюкозная — 1,0; ФГХШ — 10,0.

Первые апробации в опытно-промышленных и производственных условиях на заводе подтвер­дили возможность получения культуральной жидкости (КЖ) с титром Т = 8,6 - 10,1 • 10⁹ спор/мл на аппаратах объемом 630 л и Т — 6,3 - 7,5 • 10⁹ спор/мл в производственных ферментерах объ­емом 63 м³, что было впервые достигнуто в отечественной практике.

Вместе с тем уже первые производственные испытания показали необходимость оптимизации всех технологических стадий с учетом их взаимосвязи. Так, первое, с чем сталкивается исследова­тель, это больше пот_ер_И СКК на стадии концентрирования при переработке культуральной жид­кости (КЖ) с увеличенной вязкостью до 5,3 сет и содержанием сухих веществ (АСВ) до 5,0 % , что приводило к потерям биомассы на стадии концентрирования до 30 % и более.

Начальный этап исследований показал реальность существенной интенсификации производ­ства с использованием сред ПКС и, вместе с тем, необходимость углубленного исследования физи­ологии продуцентов, технологических процессов основных стадий, их взаимосвязи, что позволило бы научно обосновать пути интенсификации технологии.

Разработку варианта среды ПКС, пригодной для существующей аппаратурно-технологичес­кой схемы (АТС), н_{ачали с} разработки так называемой интенсифицирующей рост добавки, включающей ^ист°Чц_ики легкоусвояемого вегетативной биомассой питания из белков, глю­козы, солей.

Положительная р_Оль гидролизата хлопкового шрота была многократно подтверждена, в связи с чем представляло Ин_тер_ес выявить его «активную часть». Располагая данными по влиянию ами­нокислот, в том чйсд_е аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, аргинина, серина на рост энтомопатогенных бц_Ктер_И^₍ хлопковый шрот рассматривали как источник аминного азота и при­меняли в виде кисл_О1._{Н0ГО и} ферментативного гидролизатов с оценкой по аминному азоту. Вместе с тем известен ^{СТІІГ/І}Ул_Иру_ІОщий эффект белков шрота типа «профло».

Исходя из амино_{К11слотногС)} анализа гидролизата, были приготовлены модельные смеси амино­кислот (мг/мл): ™_{Утаминовая}

кислота — 0,0012, аспарагиновая кислота — 0,011, аргинин — 0,014, серин 0, 0, в_ВЄд_{Єние И}х в среду ПКС взамен гидролизата подтвердило наличие стимули­

рующего рост эфФект_а.

Основываясь на этом факте, был предложен щелочной гидролиз хлопкового шрота (ІЦГХІІІ Методами математического планирования эксперимента с использованием интегральной матем тической модели были оптимизированы параметры гидролиза (или экстракции): t = 80 ± 1 < т = 1 ч, исходная концентрация шрота 2%, оптимальный профиль pH, обеспечивающие содерж ние белка в гидролизате до 8-9 мг/мл. Это позволило уменьшить концентрацию гидролиза в среде с 20-12 до 3 об. % . Отпала необходимость установки гидролиз-аппарата, появилась во можность, не нарушая ритма загрузок, проводить экспериментальные ферментации в услови; производства.

Исследование влияния широкого диапазона концентраций СаС12 от 0,05 до 0,3-0,5 % позвол; ло установить новые эффекты: снижение вязкости КЖ почти вдвое, увеличение скорости биоси теза и концентрации экзопротеаз в 2 и 3—4 раза, соответственно, увеличение термостаб ильное спор до 93%. Это позволило также на 30% уменьшить содержание в среде основного питани дрожжей БВК и кукурузной муки с сохранением высокой продуктивности культуры по спорам 7-8-109 спор/мл. Таким образом можно на данном примере видеть последовательность технолої ческих решений для достижения поставленной цели.

В результате этих исследований разработан вариант среды ПКС, содержащей (%): дрожи БВК — 2,8; муку кукурузную — 1,4; патоку глюкозную — 0,1; ЩГХШ-3,0; СаС12-0,3. Сос ношение основных биохимических показателей: : N_aM„_HHblS : Б (белок): РВ (редуцирующ;

вещества) составляло 1 : 3,9 : 11 : 9,5 для ПКС и 1 : 5,4 : 0,3 : 0,5 для первоначальной сре/; ДПС.

Культивирование продуцента дендробациллина на среде ПКС гарантировало увеличение тит. спор и энтомоцидных кристаллов в 1,7-2,0 раза с сохранением биологической активности.

Рис. 1. Динамика потребления глюкозы (а), изменения величины pH (в), активности протеазы (г ), и длительности фаз роста (б) в зависимости от K_La (ч ¹): I — 40Q; 2 - 375; 3 — 150; 4 — 77; 6 ■ 62; 6 12

3.