Развитие технической культуры клостридиев в крахмальном клейстере
Переработка сельскохозяйственного сырья / 15 октября 2012
Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса при получении простых сахаров из крахмала является частичная или же полная замена минеральных кислот и солода ферментными препаратами микробиального происхождения. Производство ферментных препаратов является одним из перспективных направлений в биотехнологии, которое будет и далее интенсивно развиваться и расширяться.
Микроорганизмы при прохождении своего цикла развития выделяют ферменты в окружающую питательную среду, поэтому все ферментные препараты, полученные при участии микроорганизмов, с фармакологической точки зрения являются водными экстрактами питательных сред, в которых культивировались микроорганизмы. При использовании какого-либо вида микроорганизмов в технологическом процессе необходимо знать их жизненный цикл развития.
Крахмальный клейстер является хорошей питательной средой для развития культуры клостридиев вида Cl. phytofermentans. Развитие культуры клостридиев и морфологические изменения у их клеток наблюдали при помощи микроскопа. Для окраски клеток использовали раствор Люголя.
Ход эксперимента и его результаты. Для проведения эксперимента заваривали 10 литров 10%-ного крахмального клейстера, рассыпали на его поверхности препарат сухих спор клостридиев и помещали емкость в термостат, в котором поддерживалась температура в интервале 35-39оС. Жизненный цикл клостридиев начинался с созревания спор. Лаг-фаза длилась 10-12 часов. Созревшые споры имели яйцевидную форму и обладали слабой подвижностью. При окраске раствором Люголя споры окрашивались в перламутрово-зелёный цвет. Рост палочки происходил со стороны более острого конца споры. При своем прорастании споры клостридиев выделяли фермент альфа-амилазу, которая разжижала крахмальный клейстер. Споры по мере разжижения клейстера опускались на дно емкости. Разжижение клейстера характеризовалось исчезновением набухших зёрен крахмала и уменьшением вязкости до состояния воды. Прорастание спор сопровождалось выделением газа и образованием пены.
Выросшие палочки клостридиев сохраняли спору, которая располагалась терминально. Диаметр споры был больше диаметра палочки. Проросшие палочки накапливали в своем теле гранулёзу и по мере роста в них появлялись от 1 до 3 разрывов гранулёзы. Перед делением у палочки исчезала спора и только после этого палочка начинала делиться. Деление начиналось с образования поперечной перетяжки и из одной палочки образовывалось две дочерние палочки. Перетяжка образовывалась строго по центру длины палочки, то есть она делила палочку на две равные части. В месте образования перетяжки дочерние палочки могли располагаться как друг за другом по прямой линии, так и под углом друг к другу. У молодой палочки появлялась терминально расположенная спора.
Делящиеся палочки выделяли фермент, расщепляющий молекулы крахмала до молекул глюкозы. Для своего размножения клостридии получают энергию из образовавшейся глюкозы. С повышением концентрации глюкозы в растворе всё более проявлялся консервирующий эффект накапливающейся глюкозы и размножение культуры клостридиев замедлялось, вместо деления палочки удлинялись образуя нити клостридиев. Нити, как правило, сплетались в клубки.
Прорастание спор происходило в течение одних суток, а размножение клеток, формирование культуры и накопление амилолитических ферментов занимало следующие двое суток.
Клостридии выделяли в окружающую среду излишек амилолитических ферментов, которых хватало для осуществления ферментативного гидролиза следующей порции крахмала.
На четвёртый день в образовавшийся раствор глюкозы вносили новую порцию крахмала и заваривали её при температуре 75оС. Ферменты клостридиев являются термоустойчивыми, поэтому при заваривании второй порции крахмала густого клейстера не образовывалось. По мере остывания, которое занимало около 1 часа, клейстер разжижался, и при достижении температуры 40оС происходило полное осахаривание новой порции крахмала. Водный раствор йода окрашивал полученную жидкую патоку в жёлтый цвет и затем обесцвечивался, а раствор Люголя окрашивал патоку в янтарный светло-желтый цвет.
Выводы. Процесс разжижения и осахаривания крахмального клейстера тесно связан с циклом развития культуры клостридиев вида Cl. phytofermentans. При созревании спор присходит разжижение клейстера, а при размножении клостридиев происходит осахаривание крахмала.
Источник: BORONA.net
