Продовольчі ресурси 2020 рік Випуск №14 стаття 09 — Інститут продовольчих ресурсів НААН України

Деталі: Опубліковано: Середа, 17 червня 2020, 14:22; Перегляди: 728

9. ІММОБІЛІЗАЦІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ ЯК ОДИН З НАПРЯМІВ РОЗВИТКУ БІОТЕХНОЛОГІЇ: ПЕРЕВАГИ, МЕТОДИ, НОСІЇ

https://doi.org/10.31073/foodresources2020-14-09

Коваль О. О.

Сторінки: 80-91

Короткий огляд

Сучасна біотехнологія іммобілізації мікроорганізмів бере участь у вирішенні актуальних проблем в багатьох сферах – біосинтезі цільових продуктів, створенні біосенсорів, очистці стічних вод тощо. Метою даної статті є узагальнення інформації щодо використання іммобілізованих мікроорганізмів за отримання цільових продуктів в умовах ферментації органічної сировини. Система іммобілізованих клітин здатна підвищити продуктивність процесу та застосовувати наявну біомасу повторно впродовж певної кількості циклів, знизивши таким чином затрати на виробництво кінцевого продукту. Визначено основні переваги використання іммобілізованих мікроорганізмів, описано основні способи закріплення клітин на носієві та вимоги до них. Висвітлено переваги та недоліки використання різних типів іммобілізаційних систем в харчовій промисловості. Проведено стислий огляд прикладів успішного промислового застосування іммобілізованих мікроорганізмів у виробництві продуктів бродіння. Визначено основні критерії носіїв для іммобілізації клітин та зазначено короткий опис найбільш широко застосовуваних типів носія. Зазначено, що використання носіїв на основі целюлози є перспективним з огляду на простоту їх отримання та низьку вартість. Застосування іммобілізованих мікроорганізмів стає все більш поширеним, оскільки має істотні переваги як для виробництва цільового продукту, так і в плані екології. Однак, все більш актуальним при цьому стає питання оптимізації виробничих процесів з їх використанням. Зокрема, вирішення питань збільшення тривалості використання продуцентів, а також отримання недорогих іммобілізаційних матриць з високим терміном експлуатації сприятиме ще більш інтенсивному впровадженню технологій іммобілізованих мікроорганізмів в харчову промисловість.

Ключові слова: іммобілізація, мікроорганізми, ферментація, агенти іммобілізації, продукти бродіння

Бібліографія

1. Герасименко В. Г., Герасименко М. О., Цвіліховський М. І. Біотехнологія: підручник. Київ. Фірма «ІНКОС», 2006. 647 с.

2. Stasiak-Różańska L., Błażejak S., Miklaszewska A. Application of immobilized cell preparation obtained from biomass of gluconacetobacter xylinus bacteria in biotransformation of glycerol to dihydroxyacetone. Acta scientiarum polonorum. Technologia alimentaria. 2011. Vol. 10, No. 1. р. 35–49.

3. Синицын А. П., Райнина Е. И., Лозинский В. И., Спасов С. Д. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. Москва. Изд-во МГУ, 1994, 288 с.

4. Козар М. Ю., Щурська К. О., Саблій Л. А., Кузьмінський Є. В. Очищення стічних вод солодового заводу з одержанням біоводню. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2013. №10(66). с.33-36.

5. Саблій Л. А., Кузьмінський Є.В., Жукова В. С., Бляшина М. В. Технологія біологічного очищення стічних вод української антарктичної станції «Академік Вернадський». Український антарктичний журнал. 2014. №13. с.281-287.

6. Пирог Т. П., Шевчук Т. А., Волошина И. Н., Гречирчак Н. Н. Использование иммобилизованных на керамзите клеток нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки воды от нефти. Прикладная биохимия и микробиология. 2005. 41, No. № 1. с. 58-63.

7. Старовойтова С. О. Сучасні аспекти технології іммобілізованих пробіотиків. Biotechnologia Acta. 2012. Т. 5, No. № 4. c. 9-20.

8. Каленюк Г. О., Тарасенко Ю. О., Геращенко І. І. Мікробні амперометричні сенсори для детектування етанолу та глюкози. Поверхность. 2015. No. 7. с. 329-339.

9. Пилипенко Л. М., Данилова О. І., Пилипенко І. В., Гайдукевич Д. К. Біосенсори в контролі якості харчових продуктів. Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій. 2014. т. 46, No. 2. с. 251-255.

10. Аркадьева З. А., Безбородов А. М., Егоров Н. С. Промышленная микробиология. Учебное пособие для вузов, Москва. Высшая школа, 1989, 688 с.

11. Mensour N. A., Margaritis A., Briens C. L. New developments in the brewing industry using immobilised yeast cell bioreactor sysytems. Journal of the Institute of Brewing. 1997. Vol. 103, No. 6. P. 363–370. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.1997.tb00965.x.

12. Patent USA, EP1397481A2 Combination continuous/batch fermentation processes. Inventor. N. A. Mensour, P. H. Pilkington; Current Assignee Labatt Breving Co Ltd, 2002.

13. Nagashima M., Azuma M., Noguchi S., Inuzuka K., Samejima H. Continuous ethanol fermentation using immobilized yeast cells. Biotechnology and Bioengineering. 1984. Vol. 26, No. 8. P. 992–997. https://doi.org/10.1002/bit.260260826.

14. Willaert R. Beer production using immobilised cell technology. Minerva Biotecnologica. 2000. Vol. 12. P. 319–330.

15. Nedović V., Willaert R., Leskošek-Čukalović I., Obradović B., Bugarski B. Applications of cell immobilisation biotechnology / ed. V. Nedović, ed. R. Willaert. Dordrecht. Springer Netherlands, 2005.p. 259-273 https://doi.org/10.1007/1-4020-3363-X_15.

16. European Patent Application, EP 0601362 A1 Process for the production of non-alcoholic beer and device for effecting this process / Inventor: Back, Werner, W. J. Swinkels, T. T. Viljava; Current Assignee: Cultor Ltd. 1994.

17. Патент РФ, RU 2239658 С1. Способ получения биокатализатора для производства спиртосодержащих игристых напитков. И. М. Грачева, А. Л. Зубов, В. И. Лозинский, Г. И. Эль-Регистан; Патентообладатель Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН; заявл. 19.02.2003., опубл. 10.11.2004. 3 с.

18. Gallo M., Speranza B., Corbo M. R. Novel microbial immobilization techniques. Food Engineering Series. 2016. р. 35–55. https://doi.org/10.1007/978-3-319-42457-6_3

19. Karel S. F., Libicki S. B., Robertson C. R. The immobilization of whole cells: engineering principles. Chemical Engineering Science. 1985. Vol. 40, No. 8. р. 1321–1354.

20. URL http://www.pharmencyclopedia.com.ua/article/3416/kalciyu-alginat.

21. Shen F., Zeng Y., Deng S., Liu R. Bioethanol production from sweet sorghum stalk juice with immobilized yeast. Procedia Environmental Sciences. 2011. Vol. 11. р. 782–789. https://doi.org/10.1016/j.proenv.2011.12.120.

22. Ghorbani F., Younesi, H. Esmaeili Sari A., Najafpour G. Cane molasses fermentation for continuous ethanol production in an immobilized cells reactor by saccharomyces cerevisiae . Renewable Energy. 2011. Vol. 36, No. 2. р. 503–509. 10.1016/j.renene.2010.07.016.

23. Patent USA, US5070019 (A) Immobilization of yeast in alginate beads for production of alcoholic beverages; Inventor: F. Hill; Current Assignee: Huels AG. 1991.

24. Patent USA US5079011 (A) Method using immobilized yeast to produce ethanol and alcoholic beverages; Inventor: H. Lommi, J. Ahvenainen; Current Assignee: GEA LIQUID PROCESSING SCANDINAVIA AS Danisco Finland Oy. 1992.

25. Training manual on gracilaria culture and seaweed processing in china department of aquatic products. Department of Aquatic Products, Ministry of Agriculture, China, May 1990 URLhttp://www.fao.org/tempref/FI/CDrom/aquaculture/a0845t/ volume2/docrep/field/003/ab730e/AB730E00.htm.

26. Patent USA US5869117A Immobilized-cell carrageenan bead production and a brewing process utilizing carrageenan bead immobilized yeast cells Inventor: R. J. Neufeld, D. J. C. M. Poncelet, S. D. J. M. Norton; Current Assignee: Labatt Breving Co Ltd/ 1999.

27. Godia F., Casas C., Castellano B., Sola C. Immobilized cells: behaviour of carrageenan entrapped yeast during continuous ethanol fermentation. Applied Microbiology and Biotechnology. 1987. Vol. 26, No. 4. p. 342-346. https://doi.org/10.1007/BF00256666.

28. Бойко В. В. Синтез поливинилового спирта в водно-спиртовых средах: автореф. дис. канд. хим. наук: 02.00.06 Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской Академии Наук, 2004. 20 c.

29. Bezbradica D., Obradovic B., Leskosek-Cukalovic I., Bugarski B., Nedovic V. Immobilization of yeast cells in pva particles for beer fermentation. Process Biochemistry. 2007. Vol. 42, No. 9. p. 1348–1351. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2007.04.009.

30. Fujii N., Sakurai A., Onjoh K., Sakakibara M. Influence of surface characteristics of cellulose carriers on ethanol production by immobilized yeast cells. Process Biochemistry. 1999. Vol. 34, No. 2. p. 147–152. https://doi.org/10.1016/S0032-9592(98)00085-5.

31. Winkelhausen E., Velickova E., Amartey S. A., Kuzmanova S. Ethanol production using immobilized saccharomyces cerevisiae in lyophilized cellulose gel / // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2010. Vol. 162, No. 8. p. 2214–2220. doi: 10.1007/s12010-010-8995-z.

32. Behera S., Mohanty R. C., Ray R. C. Ethanol fermentation of sugarcane molasses by zymomonas mobilis mtcc 92 immobilized in luffa cylindrica l. sponge discs and ca-alginate matrices. Brazilian journal of microbiology. 2012. Vol. 43, No. 4. p. 1499–507. doi: 10.1590/S1517-838220120004000034.

33. Bangrak P., Limtong S., Phisalaphong M. Continuous ethanol production using immobilized yeast cells entrapped in loofa-reinforced alginate carriers. Brazilian journal of microbiology. 2011. Vol. 42, No. 2. p. 676–84. doi: 10.1590/S1517-838220110002000032.

34. Vucurovic V., Razmovski R. Ethanol fermentation of molasses by saccharomyces cerevisiae cells immobilized onto sugar beet pulp. Acta periodica technologica. 2012. No. 43. p. 325–333. https://doi.org/10.2298/APT1243325V.

35. Razmovski R., Vučurović V. Bioethanol production from sugar beet molasses and thick juice using saccharomyces cerevisiae immobilized on maize stem ground tissue. Fuel. 2012. Vol. 92, No. 1. p. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.07.046.

36. Laopaiboon L., Laopaiboon P. Ethanol production from sweet sorghum juice in repeated-batch fermentation by saccharomyces cerevisiae immobilized on corncob. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2012. Vol. 28, No. 2. p. 559–566. https://doi.org/10.1007/s11274-011-0848-6.

37. Ariyajaroenwong P., Laopaiboon P., Jaisil P., Laopaiboon L. Repeated-batch ethanol production from sweet sorghum juice by saccharomyces cerevisiae immobilized on sweet sorghum stalks. Energies. 2012. Vol. 5, No. 4. p. 1215–1228. https://doi.org/10.3390/en5041215.

38. Ji H., Yu J., Zhang X., Tan T. Characteristics of an immobilized yeast cell system using very high gravity for the fermentation of ethanol. Applied Biochemistry and Biotechnology. 2012. Vol. 168, No. 1. p. 21–28. doi: 10.1007/s12010-011-9280-5.