Введение к работе
Актуальность исследования. Культивирование Микроорганизмов является важным этапом в промышленной и экспериментальной микробиологии. Основой успешного культивирования, ббёспёч^шайидёй' максимальное накопление биомассы и поддержание активности штЖмЬв^йвляется подбор питательных сред в соответствии с питательными и'Другими физиологическими потребностями микроорганизма (Малахов 'ЮіА.'й 'дрЧ;'2000;'ПрЪзоркина Н.В., Рубашкина ЛА., 2002; Faine S., 1982). Особое1 место среди 'известных в микробиологии питательных сред занимают универсальные',' Йа которых можно культивировать широкий перечень самых различных микроорганизмов, что обусловливает их высокую потребность. Лучшие из этих сред традиционно готовят на основе сырья природного происхождения.
Однако, вопросы разработки технологии, стандартизации, оценки качества питательных сред из природного сырья имеют определенные трудности в решении (Бубеев А.Т. и др., 2005). Это обусловлено, прежде всего, снижением качества самого сырья, в частности, мяса и растительных объектов, в связи со сложной экологической обстановкой1 и антропогенным воздействием на окружающую среду. В сырье зачастую содержатся антибиотики, химикаты, нитраты, токсические продукты, что отрицательно отражается на культивировании и приросте биомассы микроорганизмов, снижает результативность диагностических исследований (Рябов В.Е. їй др., 1996; Вартанова Н.О. и др., 2005; Waguespack М., 1986; Corrigan P.J., Seneviratna Р., 1989). Кроме того, мясное сырье является дорогостоящим. Важность и острота проблемы снижения качества питательных сред подчеркивается многими исследователями (Зелютков Ю.Г. и др., 2007).
Важнейшим аспектом их разработки и применения в настоящее время является направленное усиление, ингибирование или выявление генетически присущих данному виду микроорганизмов культуральнр-морфологических и биохимических особенностей (Ахапкина ИХ., Блинкова. ДД.,,2001),; ..,,.;
Заслуживают внимания три основных пути оптимизации ,.Hf,совершенствования питательных сред. К первому относят добавление различных ци* тательных добавок и стимуляторов роста (Macfarlane D.E., Elian-Jones Т.Е., 1980). Второй путь связывают с поиском нового сырья, бргатого белками для приготовления питательных основ, среди которых особое место отводится белковым гидролизатам (Трошкова Г.П. и др., 2006). Д.последнее время проводятся исследования, связанные с возможностьюГіиспользования белковых гидролизатов из нетрадиционного сырья: отходов мясной, .молочной, рыбной и птицеперерабатывающей промышленности (Трошкова Г.П. и др., 2006). Третий путь — это разработка путей и методов повышения качества сырья, используемого для приготовления микробиологических питательных сред, направленных на увеличение в нем биологически активных компонентов. Сообщения о реальных результатах в этом направлении единичные (Панова Н.В., 2006).
В связи с вышеизложенным, изыскание новых, экологически чистых и экономически оправданных'источников сырья, а также путей повышения его биологической, полноценности с целью разработки высококачественных питательных сред, является актуальной и своевременной задачей.
Цель исследования.: провести качественную оценку новых питательных сред, разработанных, на основе активированных гидролизатов из мо^ лок рыб и вермикультуры........ -..,.
,., Основные задачи исследования:
, :, обосновать возможность и перспективы использования молок лосо-: серых рыб и вермикультуры калифорнийского червя в качестве сырья для гидролизата -г основы микробиологических питательных сред;
..-.предложить и экспериментально обосновать пути повышения биологической полноценности гидролизата из нетрадиционного сырья;
>,« изучить.возможность проведения гидролиза из активированных молок, лососевых рыб и вермикультуры по различной технологии (кислотный^ щелочной и ферментативный);
-определить физико-химические свойства белковых гидролизатов, приготовленных из активированного сырья;
разработать рецептуру новых питательных сред на основе гидроли^ затов из нетрадиционного сырья;
провести сравнительное изучение ростовых качеств питательных сред на оснойе активированных гидролизатов из молок лососевых рыб и вермикультуры на различных штаммах микроорганизмов;
:'- изучить возможность использования ферментативных гидролизатов из вермикультуры и молок лососевых рыб с поджелудочной железой крупного рогатйґо скота и пепсином в качестве стимуляторов роста микроорганизмов на примере Shigella flexneri и Staphylococcus aureus;
1 -і рассчитать экономическую эффективность применения новых питательных сред по сравнению с аналогом.
Научная новизна исследования. Впервые в качестве основы микробиологических питательных сред предложено использование гидролизатов из молок лососевых рыб и вермикультуры калифорнийских червей.
На примере вермикультуры доказана целесообразность и отработана технология активации сырья с целью повышения его биологической полноценности. Предложены собственные модификации методики активаций.
Отработана технология гидролиза из молок лососевых рыб и калифорнийских червей, позволяющая добиться высоких стандартных показателей качества гидролизата (аминный и общий азот) в сочетании с высокой биологической активностью за счет содержания широкого перечня микро-, макроэлементов, аминокислот, углеводов, органических кислот, витаминов.
Впервые в результате сравнительного анализа качества белковых гидролизатов, приготовленных ферментативными, кислотным и щелочным способами из активированных молок лососевых рыб и ферментативным из
вермикультури, доказано, что наивысшей биологической активностью обладают ферментативные гидролизаты.
Разработаны новые питательные среды на основе активированных гид-ролизатов из молок лососевых рыб и вермикультуры."''''
Впервые подтверждена универсальность питательных' срёд/йа4 бснове активированных ферментативных гидролйзаїов' из'калифорнийских червей с поджелудочной железой крупного рогатого скота и из молок лососевих рыб с поджелудочной железой крупного рогатого скота и пепсином, и их преимущество по сравнению со средами, изготовленными на основе кислотного и щелочного гидролизатов. Наибольшая универсальность присуща питательной среде на основе ферментативного гидролизата из калифорнийских червей с поджелудочной железой крупного рогатого скота.
Впервые на примере Shigella flexneri и Staphylococcus aureus, при их культивировании на традиционных питательных средах,'доказана возможность использования ферментативного гидролизата из молок лососевых рыб'с поджелудочной железой крупного рогатого скота и пепсином, а также ферментативного гидролизата из вермикультуры с поджелудочной железой крупного рогатого скота в качестве стимуляторов роста микроорганизмов.
Доказана экономическая эффективность применения новых питательных сред по сравнению С аналогом.
Приоритетность выполненных исследований подтверждена патентами № 2348686 «Питательная среда для культивирования микроорганизмов» и № 2352134 «Способ получения гидролизата из молок лососевых рыб».
Теоретическая и практическая значимость исследования. Результаты, подтверждающие целесообразность активации сырья с целью повышения его биологической полноценности в соответствии с потребностями микроорганизмов, и использования активированных гидролизатов в качестве компонентов питательных сред, дополняют и расширяют сведения о механизмах регуляции метаболизма и принципах культивирования бактерий.
Разработанные рекомендации могут быть использованы для наращивания бакмассы на предприятиях микробиологической промышленности и в лабораторной деятельности микробиолога. На основании проведенных исследований по испытанию активированных гидролизатов из калифорнийских червей с поджелудочной железой крупного рогатого скота и молок лососевых рыб с поджелудочной железой крупного рогатого скота и пепсином, а также питательных сред на их основе, разработана и утверждена на производственном уровне техническая документация. Научные разработки используются в работе Ставропольского научно-исследовательского противочумного института и научно-образовательного центра «Технологий живых систем, биологические материалы» Ставропольского государственного университета. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Ставропольского филиала Московского государственного гуманитарного университета им. М.А. Шолохова, Ставропольской
государственной медицинской академии, Северо-Кавказского государственного технического университета (Ставрополь) в качестве дополнений к учебным материалам по дисциплинам «Микробиология», «Биотехнология», «Частная микробиология», «Санитарная микробиология», «Биотехнология, промышленное и хозяйственное использование микроорганизмов».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные аспекты жизнедеятельности человека на Севере» (Архангельск, 2006 г.); на научно-практической конференции «Современные аспекты эпидемиологического надзора за особо опасными инфекционными заболеваниями на юге России» (Ставрополь, 2007г.); на третьей и четвертой ежегодной конференций студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону, 2007; 2008 гг.); на научных конференциях «Университетская наука - региону» (Ставрополь, 2007; 2008 гг.); на X Международной научной конференции «Биологическое разнообразие Кавказа» (Грозный, 2008 г.).
Гидролизат из молок лососевых рыб и питательная среда на его основе представлены на Всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательских работ и инновационной деятельности молодых ученых «ИННОВ-2007» (ЮРГТУ, Новочеркасск, 2007 г.); на Международной ярмарке «Идеи, инновации и инвестиции IENA-2007 г.» (Нюрнберг, Германия, 2007 г.); VIII Московском Международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2008 г.); на VI и VII Международных специализированных выставках «МИР БИОТЕХНОЛОГИИ 2008,2009» (Москва, 2008, 2009 гг.) и награждены 5 дипломами, 2 серебряными и 2 золотыми медалями.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Теоретически и экспериментально обоснованная на примере верми-культуры технология активации сырья для производства микробиологических питательных сред," позволяет повысить его биологическую полноценность, что обеспечивает высокое качество и экономические преимущества полученных гидролизатов.
-
Лучшими физико-химическими характеристиками и стандартными показателями качества за счет содержания широкого перечня микро-, макроэлементов, аминокислот, углеводов, органических кислот, витаминов отличаются ферментативные гидролизаты (по сравнению с кислотным и щелочным), изготовленные из обоих видов активированного сырья.
"'"3. Питательные среды на основе ФГКЧ с поджелудочной железой КРС и ФГМЛР с поджелудочной железой КРС и пепсином, в отличие от сред, приготовленных по другим рецептурам, являются универсальными и по показателям скорости роста, количеству колоний, проявлению культу-ральных особенностей, при сохранении тинкториальных, морфологических, биохимических свойств всех тестовых микрорганизмов, а также по экономической эффективности превосходят агар Хоттингера.
4. Результаты исследования влияния активированных ФГКЧ с поджелудочной железой КРС и ФГМЛР с поджелудочной железой КРС и пепсином на рост микроорганизмов Shigella flexneri и Staphylococcus aureus в малых дозах, свидетельствуют о выраженных стимулирующих свойствах гидролиза-тов и расширяют перспективы их применения в качестве стимуляторов роста микроорганизмов при добавлении к традиционным питательным средам.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 12 печатных работ, в хом числе одна из них в периодическом издании из перечня ведущих рецензируемых научных журналов, утвержденных ВАК Министерства образования и науки России и рекомендованных для публикации основных научных результатов диссертации на соискание искомой ученой степени.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 168 страницах машинописного текста, иллюстрирована 37 рисунками, 13 таблицами. Работа состоит из введения, обзора литературы, двух глав собственных исследований, заключения, выводов, практических предложений и приложений. Список использованной литературы содержит 269 источников, в том числе 50 зарубежных авторов.
