Спосіб одержання поверхнево-активних речовин

Реферат: Винахід належить до біотехнологічної промисловості і стосується одержання поверхневоактивних речовин, які можуть бути використані для очищення довкілля від нафти і нафтових забруднень, а також у нафтовидобувній, хімічній, фармацевтичній, харчовій промисловості. Спосіб одержання поверхнево-активних речовин включає культивування Rhodococcus erythropolis IMB Ас-5017 на рідкому середовищі, що містить мінеральні солі і як джерело вуглецевого живлення пересмажену соняшникову олію. Згідно з винаходом, в експоненційній 2+ фазі росту продуцента у середовище вносять 0,09-0,1 мМСu . UA 102170 C2 (12) UA 102170 C2 UA 102170 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до біотехнологічної промисловості і стосується одержання поверхневоактивних речовин (ПАР), які можуть бути використані для очищення довкілля від нафти та нафтових забруднень, а також у нафтовидобувній, хімічній, фармацевтичній, харчовій промисловості. Відомий спосіб одержання ПАР за допомогою штаму Pseudomonas sp. PS-17 [Пат. 10467 UA, МПК С 21 N 1/02. Штам Pseudomonas sp. SP-17 - продуцент позаклітинних біоПАР і біополімеру / Шульга О.М., Карпенко О.В., Елісєєв С.А., Щеглова Р.А., Вільданова-Марцишин Р.І.; Опубл. 25.12.96, Бюл. № 4.]. Його недоліком є використання складного мінерального середовища з високим вмістом солей (12 г/л) для культивування продуцента, наявність у його складі факторів росту, а також невисокий вихід ПАР від субстрату. Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення (прототип) є спосіб одержання ПАР за допомогою Rhodococcus erythropolis IMB Ас-5017 [Пат. 63962 UA, Спосіб одержання поверхнево-активних речовин / Пирог Т.П., Софілканич А.П., Квятківська І.В. Опубл. 25.12.2011, Бюл. № 20], який включає культивування R. erythropolis 1MB Ас-5017 на рідкому середовищі, що містить мінеральні солі і джерело вуглецю і енергії. Для здешевлення процесу біосинтезу і підвищення концентрації синтезованих ПАР як джерело вуглецевого живлення використовують олієвмісні промислові відходи (у тому числі й пересмажену соняшникову олію), а на початку процесу або в експоненційній фазі росту продуцента у середовище вносять глюкозу масовою часткою 0,1-0,2 % чи мелясу масовою часткою 0,2-0,4 %. Недоліком цього способу є недостатньо висока умовна концентрація поверхнево-активних речовин. В основу винаходу поставлено задачу створення нового способу одержання поверхневоактивних речовин, який підвищує умовну концентрацію ПАР. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб одержання поверхнево-активних речовин включає культивування R. erythropolis IMB Ас-5017 на рідкому середовищі, що містить мінеральні солі і як джерело вуглецевого живлення пересмажену соняшникову олію. Згідно з 2+ винаходом, в експоненційній фазі росту продуцента у середовище вносять 0,09-0,1 мМ Сu . Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і очікуваним технічним 2+ результатом полягає в наступному. Внесення 0,09-0,1 мм Сu в експоненційній фазі росту продуцента на середовищі з пересмаженою соняшниковою олією дає змогу підвищити у 1,4-1,5 разу умовну концентрацію ПАР (до 7,1). Спосіб здійснюється наступним чином. Культивування R. erythropolis ІMB Ас-5017 здійснюють на рідкому мінеральному середовищі такого складу (г/л): NaNО3 - 1,3; MgSO47H2O 0,1; NaCl - 1,0; Na2HPO4 - 0,6; KH2PO4 - 0,14; FeSO47H2O - 0,001; pH 6,8-7,0. Як джерело вуглецю та енергії використовують використану (пересмажену) соняшникову олію у концентрації 2+ 2 % (об'ємна частка). В експоненційній фазі росту у середовище вносять 0,09-0,1 мм Сu . Як посівний матеріал використовують культуру з експоненційної фази росту (48 год.), вирощену на середовищі наведеного складу з 1,0 % пересмаженої олії. Кількість інокуляту - 5 % від об'єму середовища. Культивування бактерій здійснюють в колбах об'ємом 750 мл із 100 мл середовища на качалці (320 об./хв) при 28 °C упродовж 120 год. Використання нового способу дає змогу змогу підвищити у 1,4-1,5 рази умовну концентрацію ПАР. Приклад 1. Синтез ПАР R. erythropolis IMB Ас-5017 залежно від моменту внесення у середовище катіонів міді. Культивування штаму IMB Ас-5017 здійснюють на рідкому мінеральному середовищі такого складу (г/л): NaNО3 - 1,3; MgSO47H2O - 0,1; NaCl - 1,0; Na2HPO4 - 0,6; KH2PO4 - 0,14; FeSO47H2O - 0,001; pH 6,8-7,0. Як джерело вуглецю та енергії використовують використану (пересмажену) соняшникову олію, у концентрації 2 % (об'ємна частка). Як посівний матеріал використовують культуру з експоненційної фази росту (48 год.), вирощену на середовищі наведеного складу з 1,0 % пересмаженої олії. Кількість інокуляту - 5 % від об'єму середовища. На початку процесу (лаг-фаза), в експоненційній і стаціонарній фазі росту у середовище 2+ вносять катіони міді у вигляді 0,1 М розчину СuSO45Н2О. Концентрація Сu становить 0,05 мМ. Культивування бактерій здійснюють в колбах об'ємом 750 мл із 100 мл середовища на качалці (320 об/хв) при 28 °C упродовж 120 год. Поверхневий натяг (σs) визначають за допомогою напівавтоматичного тензіометра TD1C LAUDA (Німеччина). Для оцінки кількісного вмісту ПАР у культуральній рідині використовують показник "умовної концентрації ПАР" (ПАР*). Цей показник визначають як ступінь розведення культуральної рідини в точці різкого збільшення поверхневого натягу на графіку залежності σs від логарифму показника розведення. Абсциса точки перерізу дотичних до гілок кривої 1 UA 102170 C2 5 10 відповідає значенню умовної концентрації ПАР. Перед вимірюванням цього показника культуральну рідину звільняють від залишкового субстрату обробкою бензином. Біомасу визначають ваговим методом. Емульгувальну здатність (індекс емульгування) культуральної рідини визначають так. До 2 мл культуральної рідини додають 2 мл субстрату для емульгування та струшують упродовж 2 хв. Вимірювання індексу емульгування (Е24) проводять через 24 год. як величину відношення висоти шару емульсії до загальної висоти рідини в пробірці і виражають у відсотках. Як субстрат для емульгування використовують соняшникову олію. У табл. 1 наведено дані про синтез ПАР R. erythropolis EK-1 залежно від моменту внесення у середовище катіонів міді. Як видно з наведених у табл. 1 даних, внесення катіонів міді в експоненційній фазі росту штаму IMB Ас-5017 супроводжується підвищенням показника умовної концентрації ПАР в 1,3 2+ разу порівняно з культивуванням бактерій на середовищі без Сu . Таблиця 1 Синтез ПАР R. etythropolis IMB Ас-5017 2+ за наявності у середовищі з пересмаженою олією 0,05 мМ Сu 2+ Момент внесення Сu Без міді (прототип) Лаг-фаза Експоненційна Стаціонарна (фаза росту) 15 20 25 30 Біомаса, г/л 0,7±0,04 0,3±0,01 0,6±0,03 0,7±0,04 ПАР* 4,8±0,24 2,3±0,Л 6,0±0,30 5,2±0,26 Е24, % 58±2,9 40±2,0 60±3,0 59±3,0 2+ Приклад 2. Вплив концентрації Сu на синтез ПАР за умов росту R. erythropolis 1MB Ас5017 на олієвмісних середовищах. Культивування бактерій здійснюють на середовищі наведеного вище складу (див. приклад 1). Як джерело вуглецю використовують пересмажену олію у концентрації 2,0 % (об'ємна частка). Як посівний матеріал використовують культуру з експоненційної фази росту (48 год.), вирощену на середовищі наведеного складу з 1,0 % пересмаженої олії. Кількість інокуляту - 5 % від об'єму середовища. В експоненційній фазі росту у середовище вносять катіони міді у вигляді 2+ 0,1 М розчину CuSO45H2O. Концентрація Си становить 0,01-0,3 мМ. Культивування бактерій здійснюють в колбах об'ємом 750 мл із 100 мл середовища на качалці (320 об/хв) при 28 °C упродовж 120 год. Біомасу і умовну концентрацію ПАР визначають як описано у прикладі 1. 2+ Дані з впливу різних концентрацій Си на синтез ПАР штамом IMB Ас-5017 наведено у табл. 2. 2+ Як видно з наведених у табл. 2 даних, внесення в олієвмісне середовище 0,09-0,1 мМ Сu супроводжується підвищенням в 1,4-1,5 рази умовної концентрації ПАР порівняно з показниками на середовищі без катіонів міді. Таблиця 2 Залежність синтезу ПАР R. erythropolis IMB Ас-5017 2+ на пересмаженій олії від концентрації Сu 2+ Концентрація Сu , мМ Без міді (прототип) 0,01 0,05 0,07 0,09 0,1 0,15 0,2 0,3 35 Біомаса, г/л 0,7±0,04 0,7±0,04 0,6±0,03 0,7±0,04 0,7±0,04 0,7±0,04 0,6±0,03 0,6±0,03 0,5±0,02 ПАР* 4,8±0,24 4,6±0,23 6,0±0,30 6,4±0,32 6,8±0,34 7,1±0,35 5,4±0,27 4,8±0,24 3,7±0,18 Приклад 3. Залежність індексу емульгування культуральної рідини R. erythropolis IMB Ас5017 від моменту внесення і концентрації катіонів міді/ 2 UA 102170 C2 5 10 Культивування бактерій здійснюють на середовищі наведеного вище складу (див. приклад 1). Як джерело вуглецю використовують пересмажену олію у концентрації 2,0 % (об'ємна частка). Як посівний матеріал використовують культуру з експоненційної фази росту (48 год.), вирощену на середовищі наведеного складу з 1,0 % пересмаженої олії. Кількість інокуляту - 5 % від об'єму середовища. В експоненційній і стаціонарній фазі росту у середовище вносять 2+ катіони міді у вигляді 0,1 М розчину CuSO45H2O. Концентрація Сu становить 0,01-0,3 мМ. Культивування бактерій здійснюють в колбах об'ємом 750 мл із 100 мл середовища на качалці (320 об./хв) при 28 °C упродовж 120 год. Індекс емульгування культуральної рідини визначають як описано у прикладі 1. Дані наведено у табл. 3. Як видно з наведених у табл. 3 даних, зниження індексу емульгування порівняно з прототипом спостерігається лише у разі внесення у середовище максимальної з досліджуваних 2+ концентрацій Сu (0,5 мМ). У всіх інших варіантах показник Е24 практично не змінюється. Таблиця 3 Вплив катіонів міді на індекс емульгування культуральної рідини R. erythropolis IMB Ас-5017 2+ Момент внесення Сu Без міді (прототип) 2+ (фаза росту) Концентрація Сu , мМ 0 0,01 0,05 0,1 0,5 0,01 0,05 0,1 0,5 Експоненційна Стаціонарна Е24, % 58±2,9 54±2,7 60±3,0 63±3,2 42±2,1 55±2,8 59±3,0 57±2,8 42±2,1 15 Таким чином, культивування R. erythropolis IMB Ас-5017 на олієвмісних субстратах з 2+ внесенням в експоненційній фазі Сu у концентрації 0,09-0,1 мМ дає змогу підвищити в 1,4-1,5 разу умовну концентрацію ПАР (до 7,1). 20 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб одержання поверхнево-активних речовин, який включає культивування Rhodococcus erythropolis IMB Ас-5017 на рідкому середовищі, що містить мінеральні солі і як джерело вуглецевого живлення пересмажену соняшникову олію, який відрізняється тим, що в 2+ експоненційній фазі росту продуцента у середовище вносять 0,09-0,1 мМ Сu . Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3