Pobierz opis

Michał Pałys
[email protected]
Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
Wydział Nauk o Żywności i Biotechnologii
Temat pracy doktorskiej: Optymalizacja biosyntezy kwasu mlekowego przez wybrane
szczepy grzybów z rodzaju Rhizopus
Kwas mlekowy występuje w przyrodzie w postaci dwóch izomerów optycznych:
kwasu L(+) mlekowego i kwasu D(-) mlekowego oraz w postaci racemicznej DL.
Podwyższony poziom kwasu D-izomeru jest szkodliwy dla ludzi, zaś forma L(+) ma
zastosowanie m.in. w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.
Kwas mlekowy jest najprostszym kwasem organicznym wytwarzanym przez ludzi,
zwierzęta i mikroorganizmy. Przez bakterie produkowany jest metodą biotechnologiczną z
różnych surowców tj. skrobia ziemniaczana, kukurydziana i zbożowa lub odpadów takich jak
melasa, serwatka. Oprócz bakterii kwas mlekowy może być produkowany przez pleśnie z
rodzaju Rhizopus. Do produkcji kwasu mlekowego grzyby wykorzystują jako źródła węgla
cukry proste i złożone oraz odpady przemysłowe.
Wyprodukowany biotechnologicznie kwas mlekowy ma wszechstronne wykorzystanie
w wielu gałęziach przemysłu spożywczego. Kwas mlekowy stosowany jest do zakwaszania
przetworów żelowanych, jak dżemy, marmolady oraz napojów owocowych i warzywnych,
odżywek dla dzieci, twarożków, majonezów, olejów jadalnych, konserw i koncentratów
pomidorowych. Nadaje im łagodny, kwaśny posmak. Przyczynia się do zachowania
naturalnej barwy, aromatu i witamin mrożonych owoców i warzyw. Wspomaga spienianie
nadzień cukierniczych oraz zwiększa stabilność mikrobiologiczną serów topionych i ich
pochodnych. Stosowany jest do produkcji napojów bezalkoholowych w celu poprawy i
uwydatnienia naturalnego smaku owocowego. Używany jest również w przemyśle
piekarniczym do korygowania kwasowości ciasta i ograniczania rozwoju niepożądanej
mikroflory. W przemyśle mięsnym oprócz hamowania rozwoju mikroflory patogennej i
wywołującej zepsucia (zwłaszcza na powierzchni mięsa, podrobów i przetworów nie
poddawanych obróbce termicznej) kwas mlekowy pełni rolę regulatora kwasowości,
substancji smakowej i wspomagającej w procesie peklowania mięsa. Ponadto zapobiega
przebarwieniom przetworów mięsnych.
Kwas polimlekowy (PLA) jest wykorzystywany w przemyśle chemicznym. Służy do
produkcji nieszkodliwych dla środowiska tworzyw, opakowań produktów spożywczych i
napojów jak również artykułów gospodarstwa domowego oraz biodegradowalnych
(ulegających samoczynnemu rozkładowi) artykułów biurowych. Polimery kwasu mlekowego
są wykorzystywane także do produkcji wielu cennych chemikaliów, takich jak
rozpuszczalniki, kleje, zmywacze, lakiery i inne. Ponadto kwas mlekowy ma zastosowanie w
przemyśle włókienniczym, farbiarskim, kosmetycznym, farmaceutycznym i medycynie.
Wszechstronne wykorzystanie kwasu mlekowego w wielu gałęziach przemysłu daje
podstawę
do
prowadzenia
badań
nad
możliwościami
jego
uzyskiwania
metodą
biotechnologiczną.
Celem pracy jest intensyfikacja produkcji kwasu mlekowego poprzez selekcję
najlepszych producentów tj. szczepów grzybów z rodzaju Rhizopus, dobór źródła węgla oraz
optymalizację warunków hodowli.
W badaniach wykorzystano szczepy grzybów z rodzaju Rhizopus z kolekcji
zagranicznej DSMZ pochodzącej z Niemiec i wyizolowane ze środowiska naturalnego.
Wstępnie przeprowadzono testowanie szczepów na specjalnie opracowanej pożywce z
dodatkiem 10 % glukozy. W oparciu o analizę chromatograficzną HPLC stwierdzono, które
szczepy grzybów produkują kwas mlekowy. Wyselekcjonowane szczepy Rhizopus
wytwarzające kwas poddano dalszym badaniom. Hodowle grzybów prowadzono na
pożywkach z dodatkiem 5 % cukrów prostych takich jak glukoza, fruktoza, mannoza,
ksyloza, galaktoza oraz na cukrach złożonych (skrobia, sacharoza, inulina, celuloza). Jako
źródła węgla i energii dla grzybów zastosowano ziarno kukurydzy i bulwy ziemniaka a także
jabłka, sok jabłkowy oraz wytłoki z jabłek zawierające w swym składzie duże ilości cukrów.
Wzrost i rozwój grzybów przeprowadzono na wytrząsarce rotacyjnej z możliwością inkubacji.
Wydajność kwasu mlekowego określono za pomocą wysokosprawnej chromatografii
cieczowej HPLC. Kolejnym etapem w prowadzonych badaniach jest optymalizacja produkcji
kwasu mlekowego w bioreaktorze. Jednym z czynników jest dobór odpowiedniego składu
pożywki i parametrów hodowli. W celu ustalenia odpowiednich warunków namnażania i
wzrostu dużej biomasy grzybów, a w efekcie uzyskania maksymalnych ilości kwasu
mlekowego przez szczepy grzybów z rodzaju Rhizopus badany jest ich wzrost w zależności
od temperatury, pH i czasu hodowli. Do innych czynników wpływających na optymalizację
kwasu mlekowego będzie m.in. wprowadzenie w bioreaktorze zwiększonych obrotów wirnika
oraz unieruchomienie grzybni na tkaninie bawełnianej lub piance poliuretanowej.