Исследование характеристик роста штаммов-продуцентов молочной кислоты с использованием глюкозного сиропа в качестве источника углерода

В работе исследованы характеристики роста и продуктивности штаммов-продуцентов молочной кислоты Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 (ВКПМ В-2368), Lactobacillus acidophilus 5 Дс (ВКПМ В-2846) и Lactococcus lactis subsp. lactis (ВКМ В-1662) на стандартной среде MRS с использованием глюкозного сиропа в качестве углеродного субстрата. По результатам периодического культивирования выбранных штаммов в ферментерах объемом 5 л в течение 72 ч было установлено, что продуктивность снижается в ряду Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 > Lactobacillus acidophilus 5 Дс > Lactococcus lactis subsp. lactis. Максимальную продуктивность по молочной кислоте 1,94 г/(л×ч) показал L. delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 с соответствующей степенью конверсии глюкозы 87%. После культивирования отмечено незначительное снижение содержания азота, калия и натрия в культуральной жидкости исследуемых штаммов-продуцентов. Содержание остальных макроэлементов (фосфора, кальция, серы, магния, бария и железа) для всех штаммов повысилось пропорционально добавлению глюкозного сиропа в ходе культивирования, что непосредственно связано с их значительным содержанием в его составе. Штаммы Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 и Lactobacillus acidophilus 5 Дс продуцировали рацемическую (DL)-молочную кислоту, в то время как штамм Lactococcus lactis subsp. lactis продуцировал молочную кислоту с содержанием L-изомера 73%. Использование глюкозного сиропа в биотехнологических процессах может поспособствовать внедрению безотходного производства на соответствующих предприятиях.

1. Solval K.M., Chouljenko A., Chotiko A., Sathivel S. Growth kinetics and lactic acid production of Lactobacillus plantarum NRRL B-4496, L. acidophilus NRRL B-4495, and L. reuteri B-14171 in media containing egg white hydrolysates // LWT. 2019. Vol. 105. P. 393–399. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.01.058.

2. Shipovskaya E.A., Eveleva V.V., Cherpalova T.M. Biosynthetic activity study of Lactobacillus acidophilus lactic acid bacteria in the lactose fermentation of whey // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. T. 9. N 4. С. 635–642. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-635-642.

3. Илушка И.В., Доценко С.П. Влияние основных факторов процесса культивирования на кислотообразующую способность продуцента молочной кислоты Lactococcus lactis СН5 // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. N 82. С. 48–57.

4. Самуйленко А.Я., Гринь С.А., Еремец В.И., Шинкарев С.М., Неминущая Л.А., Скотникова Т.А. [и др.]. Тенденции развития производства молочной кислоты // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. N 1. С. 162–166.

5. Шинкарев С.М., Самуйленко А.Я., Неминущая Л.А., Скотникова Т.А., Павленко И.В., Рубцова Г.Н. [и др.]. Совершенствование микробиологического синтеза молочной кислоты // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. N 18. С. 165–170.

6. Евелева В.В., Коршунова Н.А., Баракова Н.В. Перспективные сырьевые источники для производства молочной кислоты // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: IX Международная научно-техническая конференция (г. Санкт-Петербург, 13–15 ноября 2019 г.). СПб.: Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2019. Т. 2. С. 74–78.

7. Wang J., Wang Q., Xu Z., Zhang W., Xiang, J. Effect of fermentation conditions on L-lactic acid production from soybean straw hydrolysate // Journal of Microbiology and Biotechnology. 2015. Vol. 25, no. 1. P. 26–32. https://doi.org/10.4014/jmb.1405.05025.

8. Бондарева О.В., Толкачева А.А., Некрасова Н.А., Шуваева Г.П., Черенков Д.А., Корнеева О.С. Подбор оптимальных условий биосинтеза молочной кислоты // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2022. Т. 84. N 1. С. 112–117. https://doi.org/10.20914/2310-12022022-1-112-117.

9. Саламатзадех А.А., Ганбаров Х.Г., Кафшдар джалал А.М. Влияние условий культивирования на продуцирование молочной кислоты у бактерий рода Lactobacillus // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Естественные науки. 2011. N 2. С. 73–77.

10. 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 // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2020. N 2. С. 146–158. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-2-146-158.

11. Kawai Y., Saito T., Konno T., Itoh T. Compositional characteristics of lactic acids produced by Lactobacillus acidophilus group lactic acid bacteria // Animal Science and Technology. 1996. Vol. 67, no. 7. P. 621–629.

12. Shibata K., Flores D.M., Kobayashi G., Sonomoto K. Direct l-lactic acid fermentation with sago starch by a novel amylolytic lactic acid bacterium, Enterococcus faecium // Enzyme and Microbial Technology. 2007. Vol. 41, no. 1-2. P. 149–155. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2006.12.020.

13. Колеснов А.Ю., Володина Е.М., Альперович Е.Д. Ферментативный анализ изомеров молочной кислоты в молочных продуктах и сырье // Пищевая промышленность. 1997. N 3.

14. De Man J.C., Rogosa M., Sharpe M.E. A medium for the cultivation of lactobacilli // Journal of Applied Bacteriology. 1960. Vol. 23, no. 1. P. 130–135. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.1960.tb00188.x.

15. Борщевская Л.Н., Гордеева Т.Л., Калинина А.Н., Синеокий С.П. Спектрофотометрическое определение молочной кислоты // Журнал аналитической химии. 2016. Т. 71. N 8. С. 787–790. https://doi.org/10.7868/S004445021608003X.

16. Ding X., Lin Sh., Weng H., Liang J. Separation and determination of the enantiomers of lactic acid and 2-hydroxyglutaric acid by chiral derivatization combined with gas chromatography and mass spectrometry // Journal of Separation Science. 2018. Vol. 41, no. 12. P. 2576–2584. https://doi.org/10.1002/jssc.201701555.

17. Бочкова А.П., Евелева В.В. Технология молочной кислоты с использованием селекционированного штамма молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii ВКПМ в-8744 // Успехи современного естествознания. 2005. N 9. С. 68–68.

18. Шавыркина Н.А., Скиба Е.А. Получение молочной кислоты из шелухи овса // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 1. С. 99–106. https://doi.org/10.21285/2227-2925-202111-1-99-106.

19. Carr F.J., Chill D., Maida N. The lactic acid bacteria: a literature survey // Critical Reviews in Microbiology. 2002. Vol. 28, no. 4. P. 281–370. https://doi.org/10.1080/1040-840291046759.

20. Abedi E., Hashemi S.M.B. Lactic acid production–producing microorganisms and substrates sources-state of art // Heliyon. 2020. Vol. 6, no. 10. P. e04974. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04974.

21. Annunziata M., Nastri L., Cecoro G., Guida L. The use of Poly-d, l-lactic acid (PDLLA) devices for bone augmentation techniques: a systematic review // Molecules. 2017. Vol. 22, no. 12. P. 2214. https://doi.org/10.3390/molecules22122214.