Влияние способа культивирования гриба Rhizopus orizae F-1030 на гидролизатах нейтральносульфитного щелока на эффективность синтеза молочной кислоты

Производство молочной кислоты в промышленном масштабе ведется в основном путем микробиологической ферментации сахарсодержащего сырья. При этом стоимость субстрата для промышленного производства молочной кислоты определяет практически половину стоимости всего производства. Использование индивидуальных сахаров в качестве источника углерода для микробиологического синтеза молочной кислоты приводит к сильному удорожанию производства. Лигноцеллюлозная биомасса является одним из наиболее распространенных природных возобновляемых источников углерода, применение которой в биотехнологическом производстве в качестве сахаросодержащего субстрата ограничено отсутствием у большинства промышленных штаммов микроорганизмов целлюлолитических ферментов. Мицелиальный гриб Rhizopus orizae является промышленным продуцентом молочной кислоты, способным метаболизировать лигноцеллюлозу. Рост микроорганизмов, потребление субстрата и выход молочной кислоты определяется активностью метаболизма клеток продуцента и зависит от условий культивирования. Регуляция микробиологического производства молочной кислоты осуществляется изменением таких факторов среды, как температура, pH, концентрация питательных веществ в субстрате и концентрация конечного продукта. В работе осуществлялся подбор условий культивирования гриба R. oryzae F-1030 на нейтрально-сульфитных щелоках, позволяющие получить оптимальное соотношение биомассы и количества синтезируемой молочной кислоты. Показано, что кислотность питательной среды зависит от концентрации метаболитов, продуцируемых грибом на разных стадиях физиологической зрелости. Изменение содержания редуцирующих веществ в питательной среде обусловлено скоростью роста клеток гриба R. oryzae F-1030 и активностью целлюлолитических ферментов. Статистически значимых различий в количестве синтезируемой молочной кислоты и приросте биомассы в зависимости от способа культивирования гриба R. oryzae F-1030 на ферментолизате нейтрально-сульфитного щелока выявлено не было. На прирост биомассы гриба R. oryzae F-1030 оказывает влияние как вид гидролизующего агента (кислота или ферментный препарат), так и состав питательной среды, в частности наличие солей азота, фосфора, серы, калия. При культивировании гриба R. oryzae F-1030 на кислотном гидролизате нейтрально-сульфитного щелока рекомендуется использовать периодический способ культивирования.

1. Борщевская Л.Н., Гордеева Т.Л., Калинина А.Н., Синеокий С.П. Спектрофотометрическое определение молочной кислоты // Журнал аналитической химии. 2016. Т. 71. № 8. С. 787–790. DOI: 10.7868/S004445021608003X.

2. Мингазова Л.А., Канарский А.В., Крякунова Е.В., Канарская З.А. Синтез молочной кислоты грибом Rhizopus oryzae F-1030 на питательных средах из сульфитных щелоков // ИВУЗ. Лесной журнал. 2020. № 2. С. 146–158. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-2-146-158.

3. Мингазова Л.А., Крякунова Е.В., Канарская З.А., Канарский А.В. Применение сульфитных щелоков в качестве питательной среды для культивирования продуцента молочной кислоты Rhizopus oryzae F-1030 // ИВУЗ. Лесной журнал. 2021а. № 5. С. 163–173. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-163-173.

4. Мингазова Л.А., Крякунова Е.В., Канарская З.А., Канарский А.В., Кручина-Богданов И.В., Белкина Е.В. Влияние гидролитической обработки на содержание редуцирующих веществ в нейтрально-сульфитных щелоках // Химия растительного сырья. 2021б. № 3. С. 309–316. DOI: 10.14258/jcprm.2021039160.

5. Морозова Ю.А., Скворцов Е.В., Алимова Ф.К., Канарский А.В. Биосинтез ксиланаз и целлюлаз грибами рода Trichoderma на послеспиртовой барде // Вестник технологического университета. 2012. Т. 15. № 19. С. 120–122.

6. Ха Т.З., Канарская З.А., Канарский А.В., Щербаков А.В., Щербакова Е.Н. Влияние источника углерода на синтез биомассы и экзополисахаридов бактериями Paenibacillus mucilaginosus // ИВУЗ. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. № 3. С. 509–518. DOI: 10.21285/2227-2925-2019-9-3-509-518.

7. Abdel-Rahman M.A., Tashiro Y., Sonomoto K. Recent advances in lactic acid production by microbial fermentation processes // Biotechnology Advances. 2013. Vol. 31. Р. 877–902. Doi.org/10.1016/j.biotechadv.2013.04.002.

8. Baruah J., Nath B.K., Sharma R., Kumar S., Deka R.C., Baruah D.C., Kalita E. Recent trends in the pretreatment of lignocellulosic biomass for value-added products // Frontiers in Energy Research. 2018. Vol. 6. P. 1–19. Doi.org/10.3389/fenrg.2018.00141.

9. Dumbrepatil A., Adsul M., Chaudhari S., Khire J., Gokhale D. Utilization of molasses sugar for lactic acid production by Lactobacillus delbrueckii subsp. delbrueckii mutant Uc-3 in batch fermentation // Applied and Environmental Microbiology. 2008. Vol. 74. P. 333–335. DOI: 10.1128/AEM.01595-07.

10. Fan Y., Zhou C., Zhu X. Selective catalysis of lactic acid to produce commodity chemicals // Catalysis Reviews: Science and Engineering. 2009. Vol. 51. P. 293–324. Doi.org/10.1080/01614940903048513.

11. Rawoof S.A.A., Kumar P.S., Vo D.-V.N., Devaraj K., Man, Y., Devaraj T., Subramanian S. Production of optically pure lactic acid by microbial fermentation // Environmental Chemistry Letters. 2020. Vol. 19. P. 539–556. Doi.org/10.1007/s10311-020-01083-w.

12. Saito K., Hasa Y., Abe H. Production of lactic acid from xylose and wheat straw by Rhizopus oryzae // Journal of Bioscience and Bioengineering. 2012. Vol. 114. P. 166–169. Doi.org/10.1016/j.jbiosc.2012.03.007.

13. Tejayadi S., Cheryan M. Lactic acid from cheese whey permeate. Productivity and economics of a continuous membrane bioreactor // Applied Microbiology and Biotechnology. 1995. Vol. 43. P. 242–248.