Влияние синтетических антиоксидантов на рост и физиологическую активность дрожжей рода SACCHAROMYCES

Каневская, Елена Геннадьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние синтетических антиоксидантов на рост и физиологическую активность дрожжей рода SACCHAROMYCES
ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Влияние синтетических антиоксидантов на рост и физиологическую активность дрожжей рода SACCHAROMYCES"

од

На правах рукописи

КАНЕВСКАЯ ЕЛЕНА ГЕННАДЬЕВНА

ВЛИЯНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ АНТИОКСКДАНТОВ НА РОСТ И ®ОИШЮГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ДРОЖЖЕЙ РОДА БАССНАШМУСЕЗ

Специальность 03.00.23. - Биотехнология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 1996

Работа выполнена на кафедре промышленной биотехнологии Казанского государственного технологического университета.

Научные руководители ;

доктор технических наук, профессор Решетник Ольга Алексеевна

кандидат технических наук,доцент Ежкова Галина ОлегоЕна

Официальные оппоненты :

аполуденный деятель науки и техники РТ, доктор технических наук, профессор Николаи Алексеевич Николаев

доктор биологических наук,профессор Каримова Фатима Габдуллазяновиа

Ведущая организации :

Казанский государственный университет

» -.ППЙ „ „

Защита состоится' -- 1998 г. в —- часов

на заседании диссертационного Совета К 063.37.05 при Казанском государственном технологическом университете.

Отаывы в 1-й экземпляре,заверенные гербовой печатью, просим направить по адресу: 420015,г.Казань,ул.К.Маркса,68, КГТУ, Ученый совет.

Автореферат разослан — ----------- 1990 г.

Учений секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, старший ¿тучный сотрудник ^ З.Ш.Килеева.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.С развитием хлебопекарной промышленности возрастает потребность предприятии данной отрасли в пекарских дрожжах. Важнейшим условием получения высококачественной продукции является использование дрожжей,обладающих Еисокой физиологической активностью.

В настоящее время разработаны различные фиэико-хшкческие средства интенсификации процесса выращивания микроорганизмов и повышения их физиологической активности. Среди наиболее эффективных методов -применение биостимуляторов.Данный способ позволяет увеличить продуктивность промышленных процессов культивирования микроорганизмов, а также повысить качественные характеристики получаемого продукта без значительных дополнительных капитальных затрат, без существенного (принципиального) изменения технологических схем производства и их аппаратурного оформления.

В последние годы в пищевой промышленности все большее применение находят высушенные хлебопекарные дрожки, которые имеют ряд преимуществ перед прессованными, традиционно применяемыми на многих хлебопекарню заводах: высушенные дрожки хранятся в течение значительно большего времени, не требуют высоких затрат на обеспечение необходимых условий при их транспортировке. Однако сам процесс высушивания дрожжей создает сложности в получении физиологичесга активных дрожжевых клеток высоюэго качества. Перспективным направлением является поиск и использование веществ, стабилизирующих активность дрожжей при высушивании. Поэтому исследования в области интенсификации процесса получения хлебопекарных дрожжей, повышения их качества (как прессованных,так и высушенных) являются актуальными. Важной частью этих исследований является поиск стимуляторов и стабилизаторов высокоэффективных, нетоксичных, стабилыпл при хранении, доступных для промышленного применения. Несомненный интерес представляют данные о влиянии таких веществ на микробную клетку, поскольку знание о механизме действия добавок позволит повысить эффективность их использования в промышленных процессах выращивания микроорганизмов. Работа выполнена в соответствии с межвузовской научно-технической программой "Биотехнология", направление "Промышленный биосинтез и биотрансформация", научным направлением Казанского государственного технологического университета "Разработка основ биотехнологических процессов, создание интенсивных технологий и аппаратурное обеспечение" в рамках единого заказ- наряда ПНИЛ 03 - 22 на 1991- 1995 годы.

Целью работы является интенсификация процесса культивирования хлебопекарных дрожжей на мелассной среде, повщюнке их физиологической активности, а также стабилизация дрожжевых клеток в процессе высушивания на основе использования стимуляторов известной химическое природы - антиоксидаитов, обоснование перспективности использования антиоксидаитов в технологии получешп дрожжи.

Программа исследований включала задачи научного и прикладное характера:

- изучение влияния стимуляторов роста микроорганизмов на технологические показатели процесса культивирования хлебопекарных дрожжей;

- исследование влияния антиоксидаитов на физиологическую активность дрожжей в процессе их роста; - сопоставление эффектов стимуляции при масштабировании процесса в условиях промышленного культи-вироьания пекарских дрожжей;

-. изучений влияния антиоксиданта на стабилизацию физиологическо* •активности дрожжей в процессе их сушки и хранения';

- интерпретация механизма стимулирующего, и стабилизирующей дейстгчя антиоксидаитов на основе изучения количественного и качественного состава липидов дрожжей, уровня их антиокислительной активности, процессов транспорта ионов кальция в дрожжевые клетки;

- выдача практических рекомендаций по использованию разработанных стимуляторов (стабилизаторов) в промышленных условиях.

Научная новизна, . Доказана эффективность использования синтетических антиоксидаитов в качестве стимуляторов роста и физиологической активности дрожжей рода ЗассЬаготусеБ.Определены показател! процесса культивирования пекарских дрожжей в присутствии антиоксидаитов в' лабораторных и промышленных условиях в аппаратах различной масштаба; в условиях масштабирования до промышленных аппаратов и переходе от' периодического к полупериодическоыу способу культивирования эффект стимуляции сохраняется.

Впервые показана эффективность использования антиоксиданта(иона; в качестве стабилизатора физиологической активности дрожжей в процес се их сушки и при последующем хранении.

Исследовано влияние антиоксидаитов на качественный и количестве! ный состав,а также уровень актиокислительной активности липидов дроз жей ЗассИаготусез сеге\151ае на различных стадиях роста культуры.

Впервые исследовано" влияние экзогенного антиоксиданта на транспорт ионов Са2+ в клетки дрожжей.

- о -

Практическая значимость. Проведены огтытно-промышленные испытания мтиоксиданта(ацетата основания Манниха)в процессах выращивания пе-сарсглх дрожжей; выявлено увеличение выхода биомассы от потребленного :уСстрата на 11,5 - 357:; продуктивности процесса па 10,3 - 37Х.

Ожидаемый годовой экономический эффект от использования антиок-:идантов в промыпленных процессах получения хлебопекарных дрожжей гоставил 147 юн руб.( в ценах 1995г.) из расчета объема производства 610 т/год.

Разработаны рекомендации по использованию ач-иоксиданта(ионолз)в качестве стимулятора роста дрожжей в промыпленных процессах получения . дрожжевой биомассы, а также в.качестве стабилизатора физиологической активности дрожжей в процессе их сушки и хранения.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на И Межреспубликанской конференции студентов вузов "Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений" (Казань,1994 г), на научной конференции студентов вузов республики Татарстан "Наука - 2000" (Казань,1995г), на Международной научной конференции "Прогрессивные технология и техника в пищевой промышленности" (Краснодар,1994г), на Поволжской региональной научно-практической конференции "Наука и техника: история и современное развитие" (Самара,1995г), на IX Международной конференции молодых учёных по химии и химической технологии "Интенсивная технология получения микробного белка"(Москва,1995г)', на ежегодных отчетных конференциях КГТУ (1993-1996Г).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 1? печатных работ.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения,обзора литературы, описания методик исследований, экспериментальной части, списка литературы ' и приложений. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и ?2. рисунка. Список -литературы включает 146 наименований работ, из них 27 работ зарубежных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Объектом исследования явились дрожжи ЗассЬш-ошусез сеге'Лз1ае раса ЛК 14 и 823,селекционированные БНИИгенетики (г.Москва) и используемые в технологии получения пекарских дрожжей на Буииском сахарном заводе.

В эксперимента* использовали синтетические антиоксидалты -производные 2,6 - дитретбутилфенсла: ионол,ацетат основания Манкиха.Дрожки выращивали на регламентной питательной среде.Процесс культивирования осуществляли в колбах вместимостью 250мл на качалке УШТ-12- 250 (при 250 об/мин), а таже в лабраторном ферментере АНКУМ-2М и в промышленных ферментерах V » 1мэ; 7.5мэ,1СЮм3.

Антиоксиданты вносили в питательную среду одновременно с кноку-лятом. Контролем служили процессы, проведенные в аналогичных условиях, НО без антиоксиданта. Рост культуры определяли весовым методом, нефелометрически и методом подсчета клеток в камере Горяева.

Сушку дрожжей осуществляли конвективным способом на лабораторной сушильной установке (рис 1).Перед высушиванием дрожжевую массу формовали в виде вермишели диаметром 3 - 4 мм. Толщина слоя высушиваемых дрожжей 10 мы. Высушивали образцы дрожжей, выращенных в присутствии ионола, и образцы, где ионол вносили непосредственно в дрожжевое молоко, приготовленное согласно ТУ 18-395-71 (концетрация: ЗБОг дрожжей в 1 л воды). Для анализов биомассы прессованных и высушенных дрожжей использовали следующие биохимические методы: определение РВ по Бертрану,определение подъемной силы и осмочувстви-тельности дрожжсЛ, определение трсгаяозы в дрожжевых клетках (по методикам принятым при контроле производства пекарских дрожжей).

Жиркокислотный состав липчдов дрожжей определяли методом газожидкостной хроматографии. Уровень антиокислительной активности (Ä0A) липидов определяли на метилолеатной окислительной модели. При изучении транспорта Са2+ в клетки дрожжей испольвовали изотоп 45Са. При статической оценке ?чспериментальных данных испольвовали параметрический критерий Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

1. Использование синтетических антиокоидантов в качестве стимуляторов при культивировании дрожжей Saccharomyces cerevisiae

Результаты экспериментов показали, что влияние различных концентраций антиоксидактов на рост биомассы дрожжей носит экстремальный характер.Оптимальными являются следующие концентрации антиокоидантов для ионола - 1-10"4 г/л, для ацетата основания Маннкха (АШ) -1'iO-5 г/л. При качалочиом культивировании дрожжей в присутствии оптимальных концентраций антиокоидантов наблюдалось увеличение числа клеток ка 9,?-29,22,накопления биомассы ка 7,7-14,3* относительно

Рис. 1. Схема лабораторной сушильной установки. 1- воздухонагнетатель (пылесос "Буран"). 2,6- трансформаторы, 3 - ротаметр, 4 - калорифер, 5,8 - нагревательные элементы, 7 - терморегулятор, 9 - термометр, 10 - сушилка, 11 - термопары, 12 - потенциометр.

таблица 1.

Технологические и биохимические показатели культивирования дрожжей в присутствии ионола ( 1-Ю"4 т/л)

1......-....................... i. |БассЬагшусе5 сегеух$1ае т............... .... ■■■■ ..................... IБассЬаготусег сегеу1г1ае 1....... ' ............ "м ЗассКаготусез сегеу151ае 823 |

| Показатели I раса 823 I раса ЛК 14 1 ЗассИагоспусез сегеу1б1ае АК 141 ( 1:1 ) 1

I процесса I 1 1 (контроль! опыт | Хстиму-ляции 1 1 I контроль 1 опыт 1 1 1 1 Хстииу-ляции контроль [ ! 1 опыт г I стимуляции 1

¡Содержание остаточных РВ в среде. Х|0,3*0,06|0,2*0,07| - 1 1 1 1 |0,3*0,05|0,2*0,07 1 | - 0,3*0,06 10,2*0,07 !

¡Общее количество ¡клеток, млн/мл 1 ( 1 }340*20 1402*30 | 18,5 ) 1 . 1 1 |380*10 (481*20 1 1 26,5 360*10 14згио 20,0 (

¡Мзсса биомассы 1 г.АСД |7,0*0,15|7,9*0,14| 12,5 I 1 1 1 |9,5*0,22|10,9*0,15 1 1 14,5 8,0*0,25 19,0*0,17 13,0 |

¡Подъемная сила, | мин. 152,0*2,0148,1*30 | 8,0 1 1 1 1 |52,0*3,0|46,4*1,0 1 1 12,0 52.5*4,0 (47,3*3,0 11.0 |

!Осмочувствитедь-! ность, мин. 18,0*0,5 |5,6*0,2 | I I ' 1 1 9,8 | 11,3 I ...,!_ , 1 .......1 22,0 1 1 1 1 18,0*0,3 |6,0*0,2 33.0 8,0*0,2 16,7*0,3 22,0 |

¡Выход АСЯ от РВД 15,0 | | I 13,5 I 15,7 1 > * 16,5 11,5 | 1 13,3 1 __________ 15,5 | ■ .., J

- у -

соответствующих контралой. Исследуемые биоетотуляторы оказывали влияние как на рост дролхей,. тач и на 2« физиологическую активность, что выражалось в улучшении подъемной силы и снижении осмочувстви-тельности дрожжевых клеток. В таблице 1 представлены показатели культивирования исследуемых рас БассКагапусеБ сегеу1з1ае в присутствии ионола в лабораторном ферментере. Как следует из данных таблицы 1, внесение конола в среду культивирования вызывало увелотение по сравнения с соответствующими контролями выхода биомассы на 1Г,5-14,5Х, количества клеток на 18,5-26,5%; подъемная сила дроддей улучшалась на В-127., а осмочувтствительность сшаалась на 22-33%, Подобный ке эффект наблюдался и при масштабировании процесса. Положительное влияние антиоксидантг»: АШ на рост и физиологическую активность Засспагсгпусез сегеу1з!ае проявилось в условиях промышленного культивирования дрояжей. Испытания ацетата основания Манниха в прсмышенних аппаратах V - 1м3' (табл.2) показали, что в присутствии стимулятора наблюдается увеличение накопления биомассы дрояяей на 10 - 302 относительно контроля, а такте повышение субстратутили-зируккцей активности дрсхтаей, что выражается в снижении в конце ферментации (10ч.) содержания в культуральиой жидкости сухих веществ на 0,2 - 2,2£ по сравнению с контролем. Характерно, что у культуры, растущей в присутствии стимулятора, набладалссь увеличение кояичест-ва молодых почкующихся клеток на 3 - 10£ относительно контроля.

таблица 2.

Показатели процесса получения биомассы дролс.ей (промышленные аппараты, V = 1м3).

1 ; 0 ч. 110 ч. | 0 ч. I I 1 1 г 10 Ч. 1 1 10 ч.

1 | 1-Ю"4 1 1 4,5 | 4,1 Г 12,2 1 1 I ?»6 | 15 - 16 33 |

| 2-10"4 4,5 | 4,0 | 12,2 1 6,2 | 19 - 21 35 |

| 5-10'4 4,5 | 4,0 Г 12,2 1 5.6 | 22-25 39 |

1 0 11 [ 1

| (контроль) 1 .1 4,5 | 4,2 | 12,2 ......л. ' _., ,1,, ............... [ _1_ 7,8 I „ ..._______ 1 12-15 30 | ______1

В серии промышленных испытаний в аппаратах объемом 7,5 м3 и 100м3 также было показало стимулирувдео действие ацетата основания Манпиха на рост дрожжей (табл.3).Как видно на данных таблицы 3,в завиа&юста

- ю -

от длительности процесса выращивания чистой культуры сгем биомассы дрожжей с аппарата объемом 7,5 м3 увеличивался при 6-часовой ферментации со 118кг (контроль) до 165 кг (опыт),при 10-часовой Лерменгацк* со 157 кг (контроль) до 175 - 18Л к!* (опыт).Следовательно,использование стимулятора позволит сократить время наработки чистой культуры с 10 до 8 часов.В процессах с антиоксидантом наблюдалось также увеличение выхода биомассы от потребленного субстрата на 11,5 -35?.,продукт»« ности процесса - в среднем на 2С7. относительно соответствующих контре лей (табл.3).

В ходе опытно-промышленных испытаний в аппаратах V =■ 100 м3 пи воздушно-приточном способе культивирования выявлено увеличение в присутствии АО накопления биомассы на 18%, съема биомассы с аппарата на 142 относительно соответстич'.-уш« контролен. В присутствие стимулятора наблюдалось увеличение продуктивности процесса на 12?:, производительности ферментера на 16%, выхода биомассы от потребленного субстоата на 15,7% (табл.3).

Таким образом, опытно-промышленные испытания подтвердили перспективность использования ацетата основания Манниха в качестве стимулятора роста и физиологической активности хлебопекарных дрожжей в условиях их крупномасштабного производства.

В. Использование ионола в качестве стабилизатора физиологической активности дрожжей в процессе их сушки.*

Воздействие, повышенных температур при сушке дрожжей, как и сам процесс обезвоживания клеток может отрицательно повлиять на их физиологическую активность.Поэтому нам представлялось интересным изучить возможность использования ионола в качестве стабилизатора физиологической активности дрожжей в процессе их сушки.

Процесс сушки дрожжей осуществляли в четырех температурных режимах:

- I:температуру воздуха, подаваемого в сушилку, поддерживали на уровне 45°С первые 20мин.,после чего снижали до 30-32°С;

- Режим П: первые 6 мин. сушку дрожь.ей осуществляли при температуре 6б°С, затем температуру воздуха быстро снижали до 30-32°С.

- Режим III: температуру воздуха в течении всего периода сушки ; поддерживали на уровне 30 - 32°С.

* При постановке и выполнении задач данного раздела научное консультирование проводил к.т.н.,доц. П.К.Кириллов.

таблица 3

Технологические показатели процесса культипирогтния дрожжей' (промышленные испытания, аппараты объемом 7,5 м3 и 100 м3).

Параметры процесса 7.5 м3 100 м3

8 ч. роста 1 10 ч. рос "а 10ч. роста

Концентрация АО,г/л 0 г 11-10~*: 1 о ! ■ .о 1-10 - " 1-Ю"3 1....... о и • ю~ (

Сь^м биомассы с ап- г 1 1 1

парата, кг. 118 165 157 I 184 172 4238| «851

Накопление биомассы, 1 I

г/л 21.4 30,0 28,5| 33,4 31,5 65,6! 73,2

Продуктивность 1 I

процесса, г/л»ч. 2,7 3,7 2,9 | 3,3 3,2 6,5 | 7,3

Выход биомассы (АСБ) I I

от потребленного 1 I

субстрата (РВ),кг/кг 0,20 0,27 0,26| 0,31 0.29 0,551 0,65

Производительность, ! 1

т/сут. - - - 1 - - 10,0| 11,6

Рис.Я. Динамика влагоотдачи йрс;»л?н при различных релимах сушки: 1-режим I, 2-режим II, 3-режим 111,4-режим IV.

- Режим IV: первые 5 мии. температуру воздуха поддерживали на уровне 70°С, после чего быстро снижали до 30 - 32сС.

При выборе режимов сушки принимали во внимание тот Факт,что температура дрожжевой массы в процессе сушки не должна пр°ашать 55°С

Эксперименты «сказали, что заданная остаточная влажность дрожжей (8 - 10%) достигается за более короткий промежуток времени при II и IV режимах сушки по сравнению с таковым показателем для I и III режимов сушки: разница во времени составляла 50 - 90 мин.(рис.2). Однако, показатели физиологической активности были наиболее высокими для дрожжей, высушенных в условиях режима 1I:количество поврежденных клеток снижалось на 7,6 - 10,0 X, а подъемная сила улучшалась на 10 -Z0Z по сравнению с соответствующими показателями дрожжей, высушенных в условиях режимов 1,111 и IV .Поэтому для дальнейших исследований нами был выбран второй режш суши. Изучение стабилизирующего действия ионола на дрожжевые клетки в процессе сушки,показало, что дрожжи, предварительно выращенные в присутствии ионола (1-10"4 г/л) и затем высушенные, обладали лучшей подъемной силой и содержали меньшее количество поврежденных клеток (на 28,3 и 10,8Х соотвественно) по сравнению с контрольным вариантом.

На следующем этапе работы научалось влияние различных концентраций ионола на физиологическую активность дрожжей при внесении антиок-сиданта в дрожжевое молоко непосредственно перед сушкой. Было выявлено, что оптимальной является концентрация ионола 4. г/л дрожжевого молока. Внесение указанной концентрации ионола в дрожжевое молоко непосредственно перед сушкой вызывало снижение количества поврежденных клеток на 7,52 и улучшение подъемной силы высушенных дрожжей на 27,8% относительно контроля. Максимальный стабилиэирущий эффект действия антиокезданта на подъемьую силу и количество поврежденных клеток дрожжей наблюдался в период 90-120мин.сушки (рис,3).

Из литературы известно, что при восстановлении жизнедеятельности обезвоженных клеток важную роль играет содержание в них углеводов и, в частности, трегалозы. Исследование содержания трегалозы в клетках высушенных дрожжей показало, что в опытном варианте, при внесение в дрожжевое молоко 4 г/л ионола, содержание трегалозы непосредственно после сушки составляло 21,41 от АСБ, тогда как в клетках контрольных дрожжей - лишь 16.21 от АСБ (рис.4). Было также отмечено, что при хранении высушенных дрожжей в течении 6 ыеояцев содержание трегалозы в клетках несколько снижалось, причем в контрольных вариантах эта тенденция проявлялась заметное (2,0 - 2.5Х от АСБ), чем в опытных вариантах (1,5X от АСБ) (рис.4).

1С, мин > — А A i А Ъ2

- • ' "Г т/

а-----^

......, ,— i ,, и 1 , ..........J. , L...........1,—

€0

.90 Ж /20 30 60 90 JOS №

Т,тн

^кс.З. Изменение подъемной силы (А) и количества поврежденных клеток (Б) црожжей в процессе сушки: 1- контроль, 2- опыт (концентрация ионола 4 г/л фоядевого молока).

трегаАоза,%ДСБ

rh V

/5*

Рис.4. Количество трегалозы в клетках высушенных дрожжей: I-непосредственно после сушки 11,111,1У,У-через 1,2,4,6 месяцеЕ хранения соответственно; р77\ - контроль, f - [ - опыт (концентрация ионола 4 г/л дрожжевого молока).

ПС,мин 901

Агп,%

1 г 3 4 S 6 Г,(лес.

S 6 Т,мес,

Рис.5. Изменение подъемной силы (А) и количества повре;еденных клеток (Б) высушенных дрожжей при хранении: 1 - контроль, 2 - опыт (концен-траци ионола 4 г/л дрожжевого молока).

оС /¡ОА.ч-гп/г д

iscoV

0,2

0>1

iCOD

500

3 6 8

Рис.б. Зависимость между величиной АОА и коэффициентом оС липидов дрожжей Saccharomyces cerevisiae раса 823 (А) и раса ЛК 14 (Б ) ка

разных стадиях роста АОМ 1-10"Ь г/л).

ZZ2 ~ контроль,

3 б 8

оС лиш' 14 (Б ) J - опыт (концентрация

тайлица 4

Изменение состава липидоп дроялей ЗассЬаготусеэ сеге71э1ае ЛК 14 на разных стадиях роста куль гуры в присутствии АО (!•Ю-5 г/л).

1 '1............. . . 1 . ..........,—" контроль - ОПЫТ '1 "— '1 1

фракции 1

липидов Время роста культуры Ч '.

3 G - 8 3 6 . 8 . 1

11. СЯК, 7. от АСД 2,48 2,40 2,00 2,80 2,60 2,26 1

Cj4: о миристиновая 0,19 0,13 0,12 0,19 0,12; 0,08 |

Ci6:o пальмитиновая 0,31 < 0,30 0,19 0,29 0,24 0,19 |

Сю: о стеариновая Сл. Сл. Сл. Сл. / Сл. Сл. 1

Ciq: i олеиновая; 1,00 0,12 1,05 1,12 1,29 1.27 |

Сю-. 2 линолевая 0,97 0,84 0.64 1,10 0,77 0,63 |

» нас. ЖК/ ненас. ЖК 0,26 0,22 0,18 0,21 0,16 0,13 |

|2. Фосфолипиды

Фосфор, мкмоль/г . 2,96 1,76 л,с5 ; 3,54 2,58 2.31 |

Сумма ЖК, X от АСД 6,20 6,44 6,6i 6.86 7,09 ?,40 i

Ci4;о миристиновая Сл. СЛ. Сл. Сл. ' Сл. Сл. |

Cíe-, о пальмитиновая 1,13 1,08 1,14 0,90 0,72 0,69 1

Ciq;о стеариновая Сл. Сл. Сл. Сл. СЛ. Сл. 1

Ci8:l олеиновая ■1,76 1,48 0,60 1,67 1,76 1,86 1

Сю;2 линолевая 3,31 , 3,88 3,87 4,29 4,61 4,85 |

■ нас. ЖК/ ненас. ЖК 0,22 0,20 0,21 0,15 o,i: 0,10 |

|3. Стерины, Z от АСД 3,02 3,53 3,60 3,24 3,70 3,82 !

Эргостерин 1,59 1,85 2,47 1,70 2,05 1,93 ¡

7-дегидрохолестерин 0,31 0,85 0,14 0,25 0,24 0,19 i

Холестерин 0,60 0,89 0,77 0,84 1,06 1,06 |

i.. Ситостерин 0,52 0,48 0.22 0,44 0,35 0.64 ! i

Кроме-того, было установлено, что на протг. .;ении ьсего периода хранения в опытных образцах дрожжей количество поврежденных клеток было на 5-7% ниже, а подъемная сила в среднем на 257. ьыше, чем в контроле (рис.5).

Полученные нами экспериментальные данные свидетельствуют о том, что ионол стабилизирует физиологическую активность исследуемых дрожжей в . процессе их сушки а также при последующем хранении и может быть рекомендован в качестве стабилизатора при производстве сухих дрожжей.

З.Некоторые подходы к изучению механизма стимулирующего действия антиоксидантов на клетки дрожжей.

Ряд исследователей полагают,что действие АО в живых организмах определяется его влиянием на функционирование физико-химической системы регуляции перекисного окисления липидов (ПОЛ). Одним из'параметров этой системы, характеризующим эффективность действия АО, является антиокислителъная активность (АОА) липидов, которая выражается в увеличении или уменьшении периода торможения окислительных процессов в лгаидах живых клеток. Уровень АОА взаимосвязан с качественным и количественным составом липидов,степенью их насыщенности. Поскольку липиды являются наиболее лабильными компонентами клетки, то протекание процессов ПОЛ вызывает изменение соотношения количества насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. .

Изучение жирнокислотного состава липидов исследуемых дрожжей в начале, середине и конце фазы экспоненциального роста (3,6и в ч.\ культивирования соответственно) показали,что коэффициент насыщенности (<*) свободных жирных кислот(СЖК),раЕный отношению суммы насыщенных к сумма ненасыщенных жирных кислот, на 20 - 35Х шгсе для липидов дрожжей, выращенных,в.присутствии экзогенного антиокезданта по сравнению с таковым показателем контрольных вариантов дрожжей (табл.4). Указанные изменениявжирнокислотном составе СЯК происходили, главным образом,: за счет увеличения доли олеиновой и линолевой кислот.

Подобным же'образом изменялся жирнокислотный состав фосфолипидов: на протяжении всей экспоненциальной фазы роста культуры наблюдалось снижение в присутствии антиоксиданта коэффициента с< на 30 - 45% по сравнению с соответствующими контролями. Установлено, что в середине экспоненциальной фазы роста дрожжей (6 ч. культивирования) в составе липидов значительно увеличивалась доля линолевой кислоты (табл.4),

Таким образом, в присутствии аитиоксиданта наблюдалось увеличе

э в лилидах доли ненасыщенных жирных кислот, положитель- ■ кореллирующее со стимуляцией роста дрожжей, что свидетельствует о абилизации системы регуляции ПОЛ.

.Исследование влияния экзогенного антиоксиданта на ютличествс-нный качественный состав стеринов дрслжей показало (табл.4), что парное содержание стеринов в опытных вариантах на 5 - ÍZZ выяе, м в контроле, что свидетельствует о'повышении "текучести" липидов эжжей; увеличение доли стеринов происходило.в основном,ва счет еличения количества эргостерина и холестерина.

Аналогичные закономерности были выявлены для липвдов дрожжей :charomyces cerevisiae 823.

Эксперименты показали, что липиды дрожжевых клеток, выращенных в исутствии экзогенного антиоксиданта характеризуются повышенной ан-экислителыюй активностью ÍAOA) на протяжении всей экспоненциальной эы роста дрожжей; причем наиболее значительные различия АОА липидов парольного и опытного вариантов характерны для середины и конца зпоненциальной фазы роста (рис.6). разница в-значениях АОА липидов jthhx и контрольных вариантов на протяжении всего процесса выращи-шя дрожжей бьшз более существенная для Saccharomyces cerevisiae ;ы ЛК 14, обладающих более высокой удельной скорость» роста по звнению с расой 823. Установлено также, что увеличение в присутс-1И АО уровня АОА липидов дрожжей сопровождалось увеличением в них ни ненасыщенных легкоокисляемых жирных кислот'(рис.б).

Полученные экспериментальные данные позволили предположить, что гиоксиданты, по всей видимости, локализуются в липидных компакен-t клеток и на этой основе определяют их повышенную АОА. Взаимос-зь между изменениями АОА и состава липидов приводит,вероятно, к «орению процессов клеточной пролиферации.

Изменения в присутствии АО качественного и количественного cocía липидов не может не повлиять на функционирование различных .¡бранных структур; в частности, изменения, происходящие в фосфоли-?ах, влияют на активность различных фссфолипидзависимых ферментов, гоимающих участие в Са2+ - полифосфоинозитольной системе регуляции габолиама клетки. В связи с вышеизложенным мы предположили, что . оказывая влияние на состав липидов мембран, могут участвовать в 'уляции клеточного метаболизма через Са2+ - полифосфоинозитольную зтему.в которой ионы кальция играют роль вторичных посредников при «енении активности ферментов клеточного метаболизма в ответ на <енениё внешних, условий. С этой точки зрения было интересно зледовать влияние антиоксиданта на рост и поглощение Са£+ клетка-

ми дрожжей. Сначало было изучено влияние ацетата основания Манни: на рост дрожжей в присутствии различных концентраций Са2+ 1) при избытке Саг+ в среде (внесение 1мМ Са2*); 2) в присутств;

комплексонов С-а*

которые позволяют значительно снизить ко

центрацию Са2+ в среде. В экспериментах было установлено, что п избытке Са2+ в среде рост дрожжей подавлялся, однако стимулируют действие АО на клетки сохранялось: при введении 1мМ Са2+ в сре культивирования количество клеток в опыте (1-Ю-5 г/л А0М1 было 14% выше, чем в контроле (без АШ).

Исследование влияния АО на рост дрожжей в присутствии различи

концентраций хелаторов Са

2+- _

этиленгликольтетрауксуснои кисло

(ЭТТА) и этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) - показа®, ч Са2+ в определенной концентрации необходим для роста дрожжей. Да ные, представленные на рис.7 свидетельствуют о той, что в случае и пользования ЭГТА максимальное накопление биомассы дрожжей и макс мадьное стимулирующее действие АО наблюдалось при концентрации .среде 5мМ ЭТТА (рис.7А), а в случае внесения ЭДТА - при 25ыМ Эр (рис.7Б). При внесении в среду культивирования комплексонов в кс

т-6о меток, мн/нл т А

450-

400

550

№-6о метек, №1/ПА

450

400

350

/£? (ЭГТ/0,мМ

£ 1

/ %

К £

И 25 50190ГД

Рис.7. Влияние ЭГТА (А) и ЭДТА (Б) на рост дрожжей БассИаготусез сегеу!з!ае ЛК 14 в присутствии АОМ: У/К- контроль; I I - опыт (концентрация АОМ 1-Ю-5 г/л).

Са ,нноль//оо№Н клеток

Са ,нть//оомн клеток

8 %Ч . . Рис.е. Влияние различных концентраций ЭГТА (А) и ЭДТА (Б) на поглощение Са~+ клетками БассИаготусез сегеу!з1ае ЛК 14 в присутствии АОМ (1-1СГ5 г/л) А: 1,2,3,4 -концентрация ЗГТЛ 0,1,5,10мМ; Б: 1,2,3,4 - концентрация ЭДТА 0,12,25,ЕюММ соответственно; --контроль,---опыт.

- по -

• центрацкях, превыиасщих их оптимальные значения (ЮмМ ЭГТА или ЬйиМ ЭДТА),стимулирующее действие антио:юиданта полностью элиминировалось, а рост культуры подавлялся ;'рнс.71.

Таким образом, нами была выявлена зависимость стимулирующего действия АО от концентрации Са2+ в среде. Мы предположили, что эта зависимость может быть обусловлена влиянием исследуемого АО на транспорт Са2+ в клетку. Поэтому на следующем этапе работы исследовалось влияние ацетата основания Манниха на поглощение Са2+ клетками дрожжей в присутствии, различных ¡сонцент; дций ЭГТА и ЭДТА в среде культивирования. Эксперименты показали, что наблюдалось уменьшение поступления Сак+ в клетки дрожжей по мере повышения в соеде концентрации комплексонов ( рис. 8). Наибольшая разница в поглощении Са2+ между контролем и опытом наблюдалась при внесении в сред;.' культивирования 5 мМ ЭГТА начиная с 3 часов культивирования (начала экспоненциальной фазы роста культуры) и до 6 часов ('конца экспоненциальной фазы роста ) (рис.8А). Аналогичный эффект был выявлен в присутствии в среде 25мМ ЭДТА (рис.ОБ). Следует отметить, что при концентрации в среде культивирования 5мМ ЭГТАили25мМ-ЭДТА наблюдалось максимальное стимулирующее действие антиоксиданта на рост дрожжей (рис.7). Для дрожжей ЗассЬаготусез сегеу1з1ае раса 523 были установлены аналогичные закономерности.

Сопоставление результатов экспериментов по исследованию влияния АО на рост дрожжей и поглощение ими Са2+ позволило предположить, что антиоксиданты, модифицируя состав и функции клеточных мембран, оказывают влияние на транспорт Са2+в клетки и принимают участие в Са2+-- зависимых процессах, определяющих активность множества ферментов клеточного метаболизма.

' •' ВЫВОДЫ: 1

'1. Синтетические антиоксиданты при внесении их в среду культивирования в концентрации Ю-6 - 10~3 г/л стимулируют рост и физиологическую активность дрожжей ЗассЬаготусез сегеу1э1ае расы ЛК 14 823,что выражается в увеличении количества клеток на 10 - 42%,на-коления биомассы на 8 - 172, подъемной силы на 8 - 12% относительно контроля.

2. Проведены опытно-промышленные испытания ацетата основания Макниха в качестве стимулятора в процессах получения биомассы дрожжей: выявлено увеличение выхода биомассы от потребленного субстрата на 11,5 - 35%, съема биомассы с аппарата на 11 - 14%,продуктивности процесса - на 10,3-37%.

3, Изучен процесс сушки дрожжей в присутствии нонола. подобраны условия его проведения. Показано,что ионол стабилизир/ет Физиологическую активность дрожжей в процессе их суски: подъемная сяла высушенных дрожжей повышается на 22 - 28%, количество яоврекден-ннх клеток снижается на 7,5 -10,8%,содержание трегалозм в клетках увеличивается на 10 - 15% относительно контрольных вариантов. При хранении в течение 5 месяцев выявленная разница по исследуемым показателям контрольных и опытна*, вариантов высушенных дрожжей сохранялась..

4. Установлено, что внесение ацетата основания Манниха приводит к • увеличению стабильности липидов исследуемых дрожжей, о чем свидетельствует снижение степени их насыщенности и : повышение уровня антискислительной активности.

П. Выявлено влияние ацетата основания Манпиха на процессы транспорта Ca2t в клерки исследуемых дрожжей, что свидетельствует о возмож-, ном участии антиоксидантов.в Са2+ - зависимых процессах регуляции клеточного метаболиЕма.

6. На основе данных опытно-промышленных испытаний ацетата основания Манниха в качестве стимулятора в процессе получения хлебопекарных дрожжей определен ожидаемый экономический эффект:147 млн.руб. в год (в ценах, 1995г.) из расчета объема производства - бЮт/год.

Описок работ, опубликованных по материалам диссертации.

1. Афонова Е.А/, Каневская Е.Г.., Ежкова Г.О. Изучение действия водорастворимого антиоксиданта на рост хлебопе»?арт« дрожжей и синтез липидов //Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений : Тез. докл. на VII Межреспубл. студенческой конф.- Казань, /1994.-С.87.

2. Ахметзянов А.Г.,Каневская Е.Г.,Ежкова Г.О.Исследование синтетических стимуляторов для интенсификации роста дрожжея//Там те,-С.88.

3. Способ интенсификации промышленного получения хлебопекарных дрожжей /Каневская Е.Г. ,Гизатуллика Н.Л. .Килеева З.Ш. , Ежова Г.0. ,Ре-шет!шк O.A.// Прогресивные технология и техника в пищевой промышленности : Тез.докл.Междунар.науч.конф,- Краснодар, 1994. - С.105.

4. Усовершенствование технологии получения пекарских дрожжей ,/' Гиэа-туллина H.A.,Е*.ова Г.О.,Каневская Е.Г.,Килеева З.Ш. .Решетник O.A. //Наука и техника: история и современное состояние: Тез.докл. По- ' волжскрй региональной науч.- практич.конф.- Самара,1995. - С.74.

5. Интенсификация процесса выращивания пекарских дрожжей на мелассе /Килеева З.Ш.,Ежкова Г.О. .Каневская Е.Г. ,Ре1Г1тник О.А,//Интенсив-

пая технология получения микробного белка: Тез.докл. IX Междунар. конф.молодых ученых по хим..;;: к хим.технологии. М: ,1395.ч.2.-С. 158

6. Хусаинов И.Л..Каневская Е.Г..Решетник O.A. Стабилизация качества пекарских дрожжей при сушке// Материалы науч.конф. студентов вузов республики Татарстан.- Казань, 1995. - С.13,

7. Козловская Л.Ю..Каневская Е.Г.,£<кова Г.О. Изучение физиологической активности пекарских дрожжей в присутствии антиоксидантов. //Там же, - С.13.

8. Технология ферментации с использованием водорастворимого антиок сиданта для интенсификации роста пекасских дрожжей/ иилееьа З.Ш Каневская Е.Г..Сотников Б.А.,Ежкова Г.0., Гизатуллина H.A.,Решетник O.A.// Деп. в 2ИНИТИ N 2314 ~ В94.

9. Влияние антиоксиданта на параметры роста и физиологическую актив' ность Saccharomyces' cerevisiae / Каневская Е.Г., Килеева З.Ш.,

Черепнин П.П..Гизатуллина H.A..Решетник O.A.//Деп. 2 ВИНИТИ N 520 - -В95.

110. Интенсификация синтеза микробного- белка стимуляторами неспецифического действия / Килеева З.Ш., Каневская Е.Г., Черепнин П.П., Perne-ник O.A.// Деп. в ВИНИТИ N 3084 - В95.

11. Влияние синтетического антиоксиданта на физиологическую активность и жизнеспособность высушенных пекарских дрожжей/Решетник О. Каневская Е.Г,.Ежкова Г.0..Кириллов П.К.//5еп.в ВИНИТИ N 3081-В9£

12. Регуляция антиоксидантом роста, состава и физико-химических характеристик липидов Saccharomyces cerevisiae / Решетник O.A.,Еж-.«зва Г.0..Каневская Е.Г..Кирпичников П.А.//Доклады Академии Наук. -1996.- т.346. N 5. - С.705 - 707.

13. Влияние антиоксиданта на рост и состав липидов дрожжей Saccha-■ romyces cerevisiae в различные фазы развития культур!

/Решетник O.A., Лыгин В.А..Гордон Л.X..Ежкова Г.0..Каневская Е.Г. //Нг-естт РАН. Серия биологическая.1996 - в печати.

Соискатель

Е.Г.Каневская

Казанский государственный технологический университет. Офсетная лаборатория. Тираж 100 экз.

420015, Казань, К.Маркса, 68

Информация о работе

Каневская, Елена Геннадьевна
кандидата технических наук
Казань, 1996
ВАК 03.00.23

Автореферат

Похожие работы