Intensification of exopolysaccharide synthesis by Acinetobacter sp. on an ethanol–glucose mixture: aspects related to biochemistry and bioenergetics

Abstract

The possibility of intensifying the synthesis of microbial exopolysaccharides (EPS) by a strain of Acinetobacter sp. grown on a mixture of two substrates nonequivalent in terms of bioenergetics (ethanol + glucose) was shown. Based on theoretical calculations of the energy requirements for biomass and EPS synthesis from the energy-deficient substrate (glucose), the supplementary concentration of the energy-excessive substrate (ethanol) was determined that prevents the loss of glucose carbon that occurs when glucose is oxidized to CO2 to obtain energy for the processes of constructive metabolism. This made it possible to increase the efficiency of conversion of the substrate carbon to EPS. The introduction of ethanol into glucose-containing medium at a molar ratio of 3.1 : 1 allowed the amount of the EPS synthesized to be increased 1.8- to 1.9-fold; their yield relative to biomass increased 1.4- to 1.7-fold, and the yield of EPS relative to the substrate consumed increased 1.5- to 2-fold as compared to growth of the producer on single substrates. These results form the basis for the development of new technologies for obtaining secondary metabolites of practical value with the use of mixed growth substrates. Показана можливість інтенсифікації синтезу мікробних екзополісахаридів (ЕПС) при вирощуванні штаму Acinetobacter sp. на суміші двох енергетично-нерівноцінних субстратів (етанол + глюкоза). На основі теоретичних розрахунків енергетичних потреб синтезу біомаси та ЕПС на енергетично-дефіцитному субстраті (глюкоза) визначена "доповнююча" концентрація енергетично-надлишкового субстрату (етанол), що дозволяє заповнити втрати вуглецю глюкози при окисленні її до СО2 з метою отримання енергії для процесів конструктивного метаболізму, і підвищити ефективність конверсії вуглецю використовуваних субстратів в ЕПС. Введення етанолу в середу з глюкозою в молярному співвідношенні 3,1:1 дозволило збільшити кількість синтезованих ЕПС в 1,8-1,9 рази, їх вихід по відношенню до біомаси - в 1,4 - 1,7 рази, вихід ЕПС від субстрату - в 1,5 - 2 рази в порівнянні з вирощуванням продуцента на моносубстратах. Отримані результати є основою для створення нових технологій одержання практично цінних вторинних метаболітів при використанні змішаних енергетично-нерівноцінних ростових субстратів.