РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Матеріали досліджень
Сухий віджим топінамбура. Топінамбурний віджим висушували гарячим повітрям, нагрітим калорифером до 70 - 80 ?С при періодичному перемішуванні до 5% вологості на металевих деках, застелених мішковиною, на базі Другого Петровського цукрового заводу Кіровоградської області.
Мікробні культури. Досліджували штами дріжджів S.cerevisiae, які застосовувались у виробництві Київським дріжджовим заводом і зберігались у його лабораторному музеї (штами 624-626), а також штам 623 з Національної колекції дріжджів Інституту винограду і вина "Магарач". Музейні культури зберігались при температурі 4 ?С на неохміленому пивному суслі з початковим вмістом сухих речовин 7 % і пересівались кожні півроку. В період досліджень росту та пристосування до зброджування інуліну музейні культури підтримувались також на рідких інуліновмісних середовищах, а саме на топінамбурному соку та водному екстракті з віджиму топінамбура (ЕВТ), отриманому при встановлених оптимальних умовах.
Поживні середовища. Дріжджі культивували на рідких та агаризованих комплексних і синтетичних інуліновмісних середовищах. Комплексні середовища: топінамбурний сік, ЕВТ, агаризований ЕВТ. Синтетичні середовища: рідкі та агаризовані амонієві середовища, приготовані на сольовому розчині з певним набором макроелементів, з додаванням 2 % інуліну як єдиного джерела вуглецю.
Сольовий розчин інуліно-амонієвих середовищ мав такий склад, г/л: (NH4)2SO4 - 5,0; KH2PO4 - 0,85; K2HPO4 - 0,15; MgSO4 - 0,5; NaCl - 0,1; CaCl2 - 0,1. Використовували інулін виробництва Шосткінського заводу хімреактивів (МРТУ 6-09-2495-65), а також отриманий за технологією УДУХТ (ТУ 19116716.001-97 та ТУ 19116716.002-98)[112] в умовах Другого Петровського цукрового заводу Кіровоградської області.
Усі поживні середовища стерилізували в автоклаві при надлишковому тиску 1 атм протягом 40 хв. Потреба в таких жорстких умовах стерилізації пов'язана з наявністю великої кількості термостійких ґрунтових бактерій у сухому топінамбурному віджимі.
2.2. Методи досліджень
Оптимізація процесу екстракції вуглеводів з топінамбурного віджиму. Методика проведення експерименту полягала у послідовному внесені в конічну колбу зваженого на аналітичних терезах віджиму топінамбура і відміряного об'єму дистильованої води з попередньо встановленим рН. За 5-10 хв середовище нагрівали до потрібної температури на киплячій водяній бані або охолоджували у морозильній камері холодильника. Далі досліди проводили згідно з планом експерименту у водяному ультратермостаті при інтенсивному перемішуванні. Після закінчення процесу екстракт відціджували крізь нейлонову тканину і визначали вміст цукрів та сухих речовин, а також об'єм і рН екстракту.
Оптимізація складу поживного середовища. Проводилась з використанням водного екстракту топінамбурного віджиму, одержаного при визначених оптимальних параметрах. Критерієм оптимізації обрано показник масової концентрації біомаси у культуральній рідині, визначений ваговим методом. Склад поживного середовища вважався збалансованим, якщо у культуральній рідині отримано більше, ніж 30 г/л біомаси 75-відсоткової вологості (що цілком достатньо для відокремлення біомаси на сепараторах).
Кінетика росту штамів. Вивчалась у періодичному процесі культивування дріжджів у колбах. Рідке середовище засівали з розрахунку 10 % засівного матеріалу до об'єму поживного середовища. Культивування проводили на термостатній качалці УВМТ-12-250 при 28 ?С та частоті обертання 150 хв-1. Концентрували культуральну рідину центрифугуванням при частоті обертання 5000 хв-1 протягом 10 хв. Вміст біомаси у культуральній рідині визначали ваговим методом, висушуючи осад до постійної маси після 10 хв центрифугування при 5000 хв-1 і виражали у перерахунку на дріжджі 75-відсоткової вологості у грамах на кубічний дециметр.
Процес росту культур характеризували такими показниками.
1. Питома швидкість росту ?, год -1,
( 2.1 )
де х0 - масова концентрація біомаси на момент t0, гАСД /дм3;
х - масова концентрація біомаси на момент t, гАСД /дм3;
t- t0 - тривалість росту біомаси, год.
2. Економічний коефіцієнт YX/S , гАСД /г,
( 2.2 )
де ?Х - зміна концентрації мікроорганізмів за певний проміжок часу культивування, гАСД /дм3;
S0, S - масові концентрації субстрату (в даному разі вуглеводів) на моменти відповідно t0 і t, г /дм3.
Дезінтеграція клітин дріжджів. Для дослідження процесу дезінтеграції дріжджових клітин був обраний балістичний дезінтегратор (БД) ФУГ-1М, основними елементами конструкції якого є камера у вигляді плоского циліндра і вал з дисковою багатолопатевою мішалкою, що конструктивно з'єднана з вихровим турбінним пристроєм. Цей пристрій виконує функції вбудованого турбонасоса. Внутрішній діаметр камери становить 165 мм, робочий об'єм камери V0 = 210 см3. Приводом дезінтегратора є електродвигун постійного струиу потужністю 1,8 кВт.
Експерименти проводили при частоті обертання ротора (?) 2000 та 3000 хв-1. Молольними тілами (абразивом) були кульки сополімеру стиролу з дивініл-бензолом. Просіюванням крізь калібрувальне сито була отримана робоча фракція з діаметром 350-500 мкм. Насипний об'єм мікрокульок VМТ змінювали від 75 до 150 мл. Коефіцієнт заповнення об'єму камери k молольними тілами визначали за співвідношенням VМТ / V0.
Дезінтеграції піддавали дріжджові клітини S. cerevisiae промислового виробництва ВАТ "Трипільський біохімічний завод" (м. Обухів) у вигляді водних суспензій [113, с.6]. Концентрація суспензій становила 1:1 і 2:1 (дріжджі:вода), що відповідає 12,5 та 16,5 % СР. Об'єм дріжджових суспензій був постійним - 1л. Біомасу зберігали при температурі -10 оС, дефростацію проводили протягом доби при +4 оС. Дезінтеграцію клітин здійснювали у проточному режимі; експериментальні дані відповідали умовам стаціонарного стану процесу. Швидкість протікання 1л/хв встановлювали за водою і робил