Перегляд за Автор "Скроцький, Сергій Олександрович"

Зараз показуємо 1 - 5 з 5

Альгінат натрію як основа для іммобілізації та концентрування бактерій роду Clostridium
(2019) Скроцький, Сергій Олександрович; Хоменко, Людмила Анатоліївна; Підгорський, Валентин Степанович
Одним із пріоритетних напрямків розвитку технології біопалив є отримання біобутилового спирту. Основною проблемою при отриманні цього біопалива є токсичність кінцевих продуктів для самих мікроорганізмів, що обмежує можливості його мікробного синтезу. Сьогодні використовуються різні підходи для розв’язання цієї проблеми та інтенсифікації процесу АБЕ- ферментації. Зокрема, за рахунок пошуку нових надактивних штамів бакте- рій-продуцентів, отриманих методами генної інженерії, а також за рахунок оптимізації виробництва, через використання більш досконалих систем накопичення і відведення кінцевих продуктів. У статті визначено технологічні параметри іммобілізації мікроорганізмів у «решітку» альгінатного гелю (біодеградація альгінату кальцію штамами мікроорганізмів). Підібрано співвідношення концентрацій альгінату натрію та хлориду кальцію для оптимізації складу гранул. Досліджено основні властивості іммобілізованих мікроорганізмів (встановлення часу початку бродіння, титру клітин в альгінатних гранулах, кількість спожитої глюкози та синтезованого бутанолу), що входять до складу комплексного активатора ацетоно-бутилового бродіння (КААББ). Встановлено, що мінімальна концентрація альгінату натрію для геле- утворення та наступної іммобілізації мікроорганізмів становить 20 г/л, а концентрація солей кальцію має бути не менша ніж 5 г/л. Оптимальний розмір вологих гранул як ефективної форми випуску активатора бродіння має становити 1,5—2 мм. Загальна втрата життєздатних клітин КУО від культуральноїрідини до отримання сухого гранульованого препарату становить близько 20—25%. При зброджуванні глюкози методом дробного внесення КААББ було досягнуто отримання 14,2 г/л біобутанолу за 42 год.
Біотехнологія препарату прямого внесення для активації ацетоно-бутилового бродіння
(2020) Скроцький, Сергій Олександрович
Дисертаційна робота присвячена розробці технології отримання концентрату ацетоно-бутилового бродіння (КАББ) прямого внесення на основі нових виділених штамів бактерій роду Clostridium, що дозволяє спростити та підвищити ефективність процесу отримання продуктів бродіння з субстратів. До складу КАББ ввійшли штами (C. beijerinckii ІМВ В-7806, С. beijerinckii ІМВ В-7701 та C. acetobutylicum ІМВ В-7807). Використання КАББ дозволяє отримувати бутанол також і з нетрадиційних субстратів: курячого посліду/ молочної сироватки різних лігноцелюлозних субстратів). Скорочення кількості технологічних стадій при використанні КАББ пришвидшує процес зброджування в порівнянні з традиційною технологією в 4 рази. Вперше виявлено взаємодію наночасток оксидів металів з АББ. Іммобілізація клітин КАББ в альгінаті натрію збільшує синтез бутанолу на 26 %. Розроблені ефективна технологія виготовлення КАББ і тимчасовий технологічний регламент на виробництво рідкої та сухої форми КАББ для використання його у зброджуванні субстратів методом його прямого внесення. The dissertation is devoted to the development of technology to produce the direct inoculation biopreparation from concentrates of acetone-butyl bacteria (CABB) on the basis of newly isolated strains of bacteria of the genus Clostridium. Biopreparation is purposed to simplify and increase the efficiency of obtaining fermentation products from substrates. Bacteria-producers of solvents (acetone, butanol, ethanol) and organic acids were isolated from various environmental sources. Based on 16S rRNA gene analysis isolates were identified as belonging to species Clostridium beijerinckii and Clostridium acetobutylicum. Obtained information was provided to GenBank database. Passports of three Clostridia strains (C. beijerinckii - 2 strains, C. acetobutylicum – 1 strain) were composed and Certificates of deposit No. IMV B-7806, IMV B-7701, IMV B-7807 were granted by the Depository of D.K. Zabolotny Institute of Microbiology and Virology NAS of Ukraine. There was demonstrated a possibility of replacement of high cost grain substrates for the synthesis of butanol and organic acids by C. beijerinckii IMV B-7806, C. beijerinckii IMV B-7701 and C. acetobutylicum IMV B-7807 with common industrial wastes that are mass pollutants of the environment (chicken manure, whey). For the first time a bacterial concentrate (CABB) of direct inoculation was proposed for acetonebutyl fermentation of substrates. Proposed preparation does not require any specialized microbiological operations for use and can be directly inoculated into the substrate in liquid or dry granular forms. The CABB included strains (C. beijerinckii IMV B-7806, C. beijerinckii IMV B-7701 and C. acetobutylicum IMV B-7807). Reducing the number of stages with use of CABB fastens the fermentation process in 4 times compared to traditional technology. For the first time the interaction of nanoparticles of metal oxides and ABB was demonstrated. Changes in cell morphology were shown in bacteriananoparticles interaction. The specific effect of nanoparticles on the synthesis of fermentation products was revealed. There is a potential for further enhancement of CABB efficiency by the use of cerium, silver and iron oxide nanoparticles. Immobilization of CABB cells in sodium alginate increases the subsequent synthesis of butanol of 26%. Efficient and inexpensive CABB manufacturing technology has been developed, consisting of: 1) separate cultivation of C. beijerinckii IMV B-7806, C. beijerinckii IMV B-7701 and C. acetobutylicum IMV B-7807 on nutrient media of different composition; 2) immobilization of strains using sodium alginate at a concentration of 20 g / L; 3) formation of calcium-alginate granules at a concentration of calcium chloride not lower than 5 g / L; 4) drying (40-45 °C.). A temporary technological regulation for the production of liquid and dry form of CABB was developed to use it for fermentation of substrates by the method of direct inoculation.
Лігноцелюлозні відходи як сировина для синтезу бутанолу клостридіями
(2019) Скроцька, Оксана Ігорівна; Пирог, Тетяна Павлівна; Скроцький, Сергій Олександрович
В останні роки бутанол, отриманий мікробіологічним способом, розглядають як перспективне біопаливо. Бутанол може стати альтернативою викопному паливу у разі його отримання з використанням поновлювальних та економічно вигідних джерел. В цьому відношенні таким джерелом є лігноцелюлозні матеріали, як основні компоненти органічних відходів сільського та лісового господарств, целюлозно-паперової, деревообробної та харчової промисловості, а також побутових відходів. Оскільки для отримання біобутанолу в основному використовують представників роду Clostridium, метою даного огляду є аналіз сучасної наукової літератури щодо отримання бутанолу на лігноцелюлозних відходах з використанням клостридій. У статті наведено узагальнений матеріал щодо джерел вуглецю та енергії для виробництва бутанолу мікробіологічним способом. Розглянуті різні способи гідролізу та зброджування лігноцелюлозних відходів. Наведено дані наукових досліджень останніх восьми років щодо різних способів попередньої обробки вказаної сировини, ферментативного гідролізу та концентрації бутанолу за культивування клостридій на целюлозовмісних субстратах. Показано можливість використання у біотехнології бутанолу генетично модифікованих клостридій, що здатні до одночасного споживання глюкози і ксилози та зброджування субстрату з високим виходом бутанолу. Також наведені дані щодо природніх немодифікованих продуцентів, які мають такі ж властивості, а також можуть споживати лігноцелюлозні відходи без попередньої обробки та ферментативного гідролізу. Для широкомасштабного виробництва біобутанолу за допомогою клостридій з використанням лігноцелюлозних відходів потрібно вирішити ряд проблем. Зокрема розробити ефективні методи попередньої обробки вихідного субстрату. Застосувавши методи метаболічної і генної інженерії, вдосконалити існуючі продуценти з метою синтезу ними целюлолітичних ферментів, міксотрофного споживання суміші вуглеводів, синтезу великої кількості бутанолу та відсутності ацетону в процесі бродіння як побічного продукту. Також необхідно оптимізувати існуючі технології з метою отримання високого виходу бутанолу та розробити альтернативні способи його виділення.
Органовмісні відходи виробництва як субстрати для біосинтезу бутанолу бактеріями роду Clostridium
(2018) Скроцький, Сергій Олександрович
У статті встановлено, що бактерії роду Clostridium є активними продуцентами бутанолу, який утворюється в процесі бродіння на відходах виробництв — активних забруднювачах навколишнього середовища (відходи птахівництва — послід птиці) та відходах молочної промисловості (молочна сироватка). Проведено порівняльний аналіз хімічного складу різних видів сироватки (підсирна та кисломолочна). Проаналізовано загальний хімічний склад курячого посліду. Зроблено припущення, що молочна сироватка та пташиний послід можуть бути використані для отримання біобутанолу як основні, єдині або допоміжні компоненти субстрату для ацетоно-бутилового зброджування. Проаналізовано динаміку зміни рН при культивуванні клостридій на житньому середовищі. Виявлено, що для штамів бактерій SS-1 та SS-5 спостерігалась зміна рН, що не відповідає класичному ацетоно-бутиловому бродінню. Показано здатність до синтезу бутанолу при використанні природних поживних середовищ на основі зернових культур (ячмінь, жито, кукурудза, пшениця, овес). Найбільша кількість бутанолу продукувалась при використанні житнього середовища (штам SS-2 — 11,2 г/л). Ізоляти клостридій SS-1 та SS-5 продукували на даному середовищі на 12 % менше бутанолу порівняно з іншими зразками, що може бути пов ’язано з відхиленнями зміни рН у процесі бродіння. Встановлено, що виділені раніше штами роду Clostridium здатні зброджувати молочну сироватку та курячий послід з виділенням жирних кислот, бутанолу, інших органічних розчинників і газів. Найбільша кількість бутанолу синтезувалась на комплексному середовищі (курячий послід + молочна сироватка у співвідношенні 30:70 %) та максимально становила 9,2 г/л, а на середовищі з курячим послідом його кількість досягала значень 4,8 г/л. Це свідчить про значний потенціал використання відходів як субстратів для отримання дешевого біопалива при умові ефективної оптимізації як попередньої їх підготовки, так і умов проведення самого процесу зброджування. It has been established that Clostridium strains are active producers of butanol that is formed during the process of fermentation on such industrial wastes as whey (by-product of the dairy industry) and poultry litter (waste of poultry farming). A comparative analysis of the chemical composition of different types of whey (dairy and sour milk) was conducted. The general chemical composition of chicken droppings has been analyzed. An assumption was made that whey and poultry droppings can be used as the main, single or auxiliary components of the substrate for acetone-butyl alcohol fermentation to produce biobutanol. The dynamics of pH change in the culture of clostridia in rye media was analyzed. It was found that for strains of bacteria SS-1 and SS-5 there was a change of pH, which does not correspond to classical acetone-butyl fermentation. It was shown the ability to synthesize butanol with the use of natural nutrient media based on grain crops (barley, rye, corn, wheat, oats). The largest amount of butanol was produced using rye media (SS-2 strain — 11.2 g/l). Clostridium SS-1 and SS-5 isolates produced 12% less of butanol in this media than other samples, which may be due to deviations in pH changes during fermentation. Clostridium strains can ferment whey and poultry litter to fatty acids, butanol, organic solvents and gases. The highest butanol production of 9.2 g/l was observed in the complex media composed of chicken litter and whey in 30:70 volume ratio while only 4.8 g/l of butanol was produced in chicken litter medium. The obtained results attest to the great potential of such wastes as substrates for cheap biofuel production provided that substrate pre-treatment and fermentation conditions are optimized.
Ідентифікація сольвентогенних бактерій Clostridium beijerinckii, Clostridium аcetobutylicum, ізольованих з природних джерел
(2019) Скроцький, Сергій Олександрович; Хоменко, Людмила Анатоліївна; Василюк, Ольга Миколаївна; Зелена, Любов Борисівна; Войчук, Сергій Іванович
У статті досліджено анаеробні сольвентогенні бактерії (тобто такі, що утворюють розчинники бутанол, ацетон, етанол). Проведено ідентифікацію природних ізолятів сольвентогенних бактерій з різних еконіш. Відібрано чотири активні штами-продуценти ацетону-бутанолу-етанолу за здатністю до утворення ацетону (3,8—5,0 г/л). Вивчено морфологічні зміни клітин штамів роду Clostridium з використанням електронного мікроскопа. Показано, що вегетативні клітини мають форму прямих коротких або довгих паличок із закругленими кінцями (середній розмір від 0,6±1,5 до 2,4±6,7 цт), що розміщені поодиноко або утворюють пари. У кінці експоненційної фази росту паличковидні клітини починають накопичувати гранульозу, а форма клітини змінюється на сигаровидну (форму клостридій). Усі штами були рухливі (мали джгутики). Виявлено, що всі штами засвоювали моноцукри: арабінозу, галактозу, глюкозу, галактозу, лактозу, мальтозу, ксилозу, манозу, сахарозу, рафінозу, тре- галозу, фруктозу, але не гліцерин, рибозу, сорбіту. Утворювали індол, уреазу, ліпазу, лецитіназу. Досліджені штами в анаеробних умовах утворюють н-бутиловий спирт, ацетон, етанол і виділяють вуглекислий газ і водень при культивуванні на середовищі з 6% ячмінним, житнім, кукурудзяним заторами та на середовищі Рушмана. На підставі фенотипових і генетичних досліджень ізолятів, які показали максимальну продукцію бутанолу, проведено ідентифікацію та встановлено, що штам ІМВ В-7807 належить до виду Clostridium acetobutylicum, а штами ІМВ В-7701, ІМВ В-7702, ІМВ В-7806 до виду Clostridium beijerinkii. Послідовності 16S рДНК бактеріальних ізолятів, використаних у процесі дослідження, були депоновані в базах даних GenBank. Anaerobic solvent-producing bacteria (those producing acetone, butanol and ethanol) were studied. The solvento- genic bacteria isolated from different ecological niches were identified. Four active strains producing acetone-butanol- ethanol were selected on the basis of their ability to form acetone (3.8—5.0 g/l). The morphological changes of clostridia cells were studied by electron microscopy. Vegetative cells occurred as short or long rods with rounded ends, as single cells or in pairs, the mean cell size is 0.6±1.5 to 2.4±6.7 pm. At the end of the exponential growth phase rod-shaped cells began to accumulate granulose and turned to cigar-shaped. All strains were motile (had flagella). All isolated strains assimilated arabinose, galactose, glucose, galactose, lactose, maltose, xylose, mannose, sucrose, raffinose, trehalose, fructose, but not glycerol, ribose, sorbitol. Formed indole, urease, lipase, lecithinase. Under anaerobic conditions all strains formed n-butyl alcohol, acetone, ethanol and produced carbon dioxide and hydrogen when cultivated in a medium containing 6% barley, rye, corn mash and Rushman’s medium. The most active butanol producers were identified on the basis of phenotypic characteristics and 16S rDNA sequence: IMV B-7807 strain as Clostridium acetobutylicum, IMV B-7701, IMV B-7702 and IMV B-7806 as Clostridium bei- jerinkii. The 16S rDNA sequence of these strains were deposited in GenBank database.