Условия культивирования липидообразующих дрожжей

Влияние аэрации. Предполагают, что растворенный в среде кислород тормозит действие фер­мента липазы, что способствует биосинтезу липидов. Однако факт прямого влияния кислорода на процесс липидообразования пока не установлен, но доказана связь концентрации растворенного кислорода с соотношением липидных фракций, в аэробных условиях в основном образуются пред­шественники эргостерина (сквален), а в анаэробных условиях в основном синтезируются стерины и жирные кислоты.

При недостатке кислорода происходит резкое торможение синтеза триацилглицеридов и обра­зование нетипичных для микроорганизма липидов. Одновременно наблюдается увеличение отно­сительного содержания фосфоглицеридов, что связано с их функциональными свойствами (они от­ветственны за дыхание клеток). При избытке кислорода возрастает относительное количество не­насыщенных жирных кислот в микробном жире.

Влияние pH среды. Небольшие изменения pH среды незначительно изменяют суммарное коли­чество липидов в клетке, но сильно влияют на их качественный состав. Например, при культивиро­вании дрожжей С. maltosa в интервале pH 3-6 выход биомассы практически не меняется. Соотноше­ние насыщенных и ненасыщенных жирных кислот при pH 6 составляет 1:3:5, а при pH 3 — 1:2:75. При снижении pH наблюдается возрастание доли ненасыщенных жирных кислот с 26 до 39 % . При увеличении pH среды снижается содержание фосфоглицеридов и свободных жирных кислот.

Влияние температуры. Температурный режим в основном оказывает влияние на состав син­тезируемых липидов. Установлено, что с понижением температуры наблюдается ускорение синте­за жирных кислот. Любое отклонение температурного режима от оптимального приводит к увели­чению образования триацилглицеридов и снижению образования фосфоглицеридов. Таким обра­зом, регулируя температуру, pH среды и аэрацию при культивировании дрожжей-продуцентов ли­пидов, можно получать липидные фракции заданного состава

Влияние субстрата.

Так, для выращивания дрожжей рода Lypomyces, Cryptococcus большое значение имеет подго­товка гидролизатов, касающаяся способа его нейтрализации. Установлено, что для обеспечения в питательной среде соотношения N:C 1:40 наиболее эффективна двухступенчатая нейтрализация гидролизата: до pH 4,0 известковым молоком, а затем — до pH 6,0 аммиачной водой. В этом случае экономический коэффициент достигает 61 %. Кроме того, интенсивная аэрация при нейтрализа­ции гидролизата способствует коагуляции и более полному удалению веществ лнгногуминового комплекса, что улучшает качество гидролизата.

Чтобы повысить количество потребляемого субстрата рекомендуется разбавление гидролизатов до содержания редуцирующих веществ (РВ) до 1,0-2,0 %. За счет этого происходит уменьшение периода лаг-фазы роста культуры. Выход биомассы достигает 60 % от используемых РВ. Примене­ние разбавленных субстратов оказывает влияние на образование насыщенных жирных кислот: с уменьшением концентрации РВ накопление ненасыщенных жирных кислот возрастает. Напри­мер, при содержании РВ 4,0 % накапливается 64 % ненасыщенных жирных кислот, а при 1 % — уже 75 %.

Указанные выше дрожжи способны накапливать: на гидролизатах торфа — 38-39 % липидов; на гидролизатах древесины — 39-40 % липидов, а на смешанных субстратах — до 51 % . Было по­казано, что максимальный экономический коэффициент (54 %), концентрация липидов (51 %) и большой выход биомассы (до 10 г/л) достигается при соотношении объемов гидролизата древесины к гидролизату торфа 4:1.

С повышением доли гидролизата торфа в питательной среде увеличивается содержание лигно- гуминовых веществ, что вызывает торможение биосинтеза липидов. В то же время именно с умень­шением концентрации РВ возрастает выход ненасыщенных жирных кислот.

Для культивирования на углеводородных субстратах нельзя использовать традиционные ли­пидообразующие штаммы дрожжей, так как они не способны потреблять углеводороды. Поэтому в этом случае для получения липидов используют парафинутилизирующие дрожжи вида Candida maltosa, которые при культивировании на углеводородных субстратах накапливают липидов даж< больше, чем при культивировании на углеводах. Так, при использовании в качестве источника уг­лерода углеводородов происходит увеличение в 4-8 раз количества синтезируемых фосфоглицери- дов и снижение количества триацилглицеридов.

На качественный состав липидов и их выход оказывает влияние молекулярно-массовый состав углеводородов в питательной среде. При использовании фракции парафинов С₁₂-С_1в происходит увеличение содержания фосфоглицеридов до 50 % . Небольшое расширение фракции парафинов до С_1Т-С₁₈ приводит к двукратному увеличению содержания триацилглицеридов при одновременном уменьшении содержания фосфоглицеридов. Субстраты с молекулярной массой меньше С₁₂ способ­ствуют уменьшению количества липидов в клетке.

Для производства липидов в клетке дрожжи на углеводородном субстрате могут выращиваться как по специальному жировому режиму (соотношение N:C равно 1:30), так и по белковому (N:C равно 1:15).В липидах дрожжей, выращенных по белковому режиму, содержится в 3 раза больше фосфоглицеридов, в 4 раза больше стеринов, в 2 раза меньше моно- и диацилглицеридов и сво­бодных жирных кислот, чем в дрожжах, выращенных по жировому режиму. Дрожжи, выра­щенные по жировому режиму, синтезируют больше ненасыщенных жирных кислот.

Для того чтобы получать дрожжи с высоким содержанием различных групп липидов, была раз­работана технология культивирования белково-жировых дрожжей по двухстадийному неп­рерывному методу: 1) выращивание микробных клеток в белковом режиме с начальным содержа­нием парафина в среде 1 %; 2) «ожиривание» дрожжей на среде с содержанием 1,2 % парафинов и недостатком азота.

При таком способе культивирования готовые дрожжи содержат 30-49 % белковых веществ, 16-18 % жиров и 3,5-4,5 % остаточных углеводородов. От общего количества липидов на долю мо­но- и диацилглицеридов приходится 2,5-6,0 %, стеринов — 1,0-1,5 %, эфиров стеринов и вос- ков — 0,5-4,0 %, свободных жирных кислот — 3,5-22,0 %, фосфолипидов — 18-50 % . Недостат­ком такой технологии культивирования дрожжей является большое время биосинтеза и необходи­мость установки дополнительного ферментационного оборудования.

Полученные в результате биосинтеза дрожжи концентрируют и высушивают по технологии производства кормового продукта и передают на переработку, которую начинают со стадии выде­ления биожира.

2.2,