Вестник МГТУ. 2018, №3.

Вестник МГТУ. 2018. Т. 21, № 3. С. 387–394. DOI: 10.21443/1560-9278-2018-21-3-387-394 389 Таблица 1. Значения параметров культивирования уксусной кислоты, полученных для различных штаммов дрожжей Brettanomyces Table 1. Values of acetic acid cultivation parameters obtained for different yeast Brettanomyces strains Штамм Окончание культивирования, ч Удельная скорость роста, µ, ч –1 Выход уксусной к-ты, Y , г/г Удельный выход уксусной к-ты, Y п , г/(г×ч) Объемный выход уксусной к-ты, V , г/(дм 3 ×ч) B. intermedius 151 0,12 0,16 0,21 0,05 B. bruxellensis 102 0,16 0,14 0,43 0,06 B. custersianus 152 0,18 0,06 0,005 0,01 B. clausenii 42 0,33 0,06 0,03 0,03 Влияние расхода воздуха на выход уксусной кислоты и потребление глюкозы Для исследования влияния концентрации кислорода на выход уксусной кислоты и потребление субстрата дрожжами B. bruxellensis проводили культивирование на среде, содержащей глюкозу, в аэробных условиях (расход воздуха от 100 до 350 дм 3 /ч). Было выявлено, что повышенное содержание кислорода в среде приводит к значительному увеличению выхода уксусной кислоты (табл. 2). Таблица 2. Значения параметров культивирования, полученных при разных режимах аэрирования для дрожжей Brettanomyces bruxellensis Table 2. Values of cultivation parameters obtained at different aeration regimes for Brettanomyces bruxellensis yeast Расход воздуха, дм 3 /ч Выход уксусной к-ты, Y , г/г Объемный выход уксусной к-ты, V , г/(дм 3 ×ч) Выход этанола, % Потребление глюкозы, % 100 0,030 0,018 3,87 100 200 0,139 0,082 2,50 100 300 0,230 0,134 2,25 100 350 0,284 0,128 2,00 82 Увеличение расхода воздуха отрицательно сказалось на выходе этанола – его содержание снизилось примерно на 45 % при максимальном режиме подачи воздуха. Такой результат характерен для культивирования дрожжей в аэробном режиме (т. н. эффект Кастера) [16]. Субстрат был полностью утилизирован дрожжами при режимах с диапазоном аэрации от 100 до 300 дм 3 /ч. При расходе воздуха 350 дм 3 /ч остаточное количество глюкозы составляло до 18 %. Данный факт можно объяснить тем, что присутствие уксусной кислоты, образующейся при брожении, оказывает ингибирующее действие на процесс ферментации глюкозы дрожжами (в этом случае максимальная концентрация уксусной кислоты составляла 11,2 г/дм 3 ). Полученные результаты показывают, что оптимальный расход воздуха составляет 300 дм 3 /ч. Выход уксусной кислоты в этом режиме сопоставим с режимом 350 дм 3 /ч (0,23 и 0,28 г/г соответственно), однако при 300 дм 3 /ч наблюдали максимальный объемный выход уксусной кислоты (0,134 г/(дм 3 ×ч)) и полное потребление субстрата. Влияние температуры и перемешивания на продуцирование уксусной кислоты дрожжами B. bruxellensis Математические методы планирования эксперимента (центральное композиционное ротатабельное униформпланирование и полный факторный эксперимент 3 2 ) применяли для поиска оптимальных режимов, влияющих на процесс культивирования дрожжей в среде, содержащей глюкозу, при аэрации 300 дм 3 /ч в течение 90 ч. В качестве основных факторов, влияющих на процесс культивирования, выбраны (табл. 3): x 1 – температура среды, t , °C; x 2 – скорость вращения мешалки, об./мин. Выходными параметрами являлись: y 1 – выход уксусной к-ты, Y , г/г; y 2 – удельный выход уксусной к-ты, Y п , г/(г×ч); y 3 – объемный выход уксусной к-ты, V , г/(дм 3 ×ч). Матрица планирования эксперимента представлена в табл. 3. Получены уравнения регрессии в кодированных значениях: 2 2 1 1 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 2 2 3 1 2 1 2 1 2 0,194 0, 009 0, 008 0, 003 0, 013 0, 002 0, 061 0, 004 0, 033 0, 002 0, 031 0, 018 0,104 0, 003 0, 009 0, 001 0, 013 0, 003 ; ; . Y X X X X X X Y X X X X X X Y X X X X X X = − − − − + = − − + − + = − − − − +