6
This article was downloaded by: [Florida State University] On: 15 October 2014, At: 10:00 Publisher: Taylor & Francis Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK Biotechnology & Biotechnological Equipment Publication details, including instructions for authors and subscription information: http://www.tandfonline.com/loi/tbeq20 СРАВНИТЕЛНО МОДЕЛИРАНЕ НА КИНЕТИКАТА НА РАСТЕЖ НА ПИВНИ ДРОЖДИ В ЗАВИСИМОСТ ОТ СИНТЕЗАТА НА ЕРГОСТЕРОЛ И ДИСИМИЛАЦИЯТА НА ГЛИКОГЕН В РАННАТА ФАЗА НА ФЕРМЕНТАЦИЯТА Силвия Милева a , Тамара Гинова-Стоянова a , Светла Василева b , С. Милева c , Т. Гинова-Стоянова c , С. Василева d , S. Mileva e , S. Vasileva f & T. Ginova- Stoyanova e a Институт по пивоварна промишленост и хмелопроизводство, София b Централна лаборатория по биоприборостроене и автоматизация, БАН c Институт пивоваренной nримышленности, София d Центральная лаборатория биоприборостроенния и автоматизации БАН e Institute of Brewing, Sofia f Cemtral Laboratory for Bioinsstrumentation and Automation, Bulgarian Academy of Sciences Published online: 15 Apr 2014.

СРАВНИТЕЛНО МОДЕЛИРАНЕ НА КИНЕТИКАТА НА РАСТЕЖ НА ПИВНИ ДРОЖДИ В ЗАВИСИМОСТ ОТ СИНТЕЗАТА НА ЕРГОСТЕРОЛ

  • Upload
    t

  • View
    232

  • Download
    3

Embed Size (px)

Citation preview

This article was downloaded by: [Florida State University]On: 15 October 2014, At: 10:00Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH,UK

Biotechnology &Biotechnological EquipmentPublication details, including instructions forauthors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/tbeq20

СРАВНИТЕЛНОМОДЕЛИРАНЕ НАКИНЕТИКАТА НА РАСТЕЖНА ПИВНИ ДРОЖДИВ ЗАВИСИМОСТ ОТСИНТЕЗАТА НА ЕРГОСТЕРОЛИ ДИСИМИЛАЦИЯТА НАГЛИКОГЕН В РАННАТАФАЗА НА ФЕРМЕНТАЦИЯТАСилвия Милеваa, Тамара Гинова-Стояноваa, СветлаВасилеваb, С. Милеваc, Т. Гинова-Стояноваc, С.

Василеваd, S. Milevae, S. Vasilevaf & T. Ginova-

Stoyanovae

a Институт по пивоварна промишленост ихмелопроизводство, Софияb Централна лаборатория по биоприборостроене иавтоматизация, БАНc Институт пивоваренной nримышленности,Софияd Центральная лаборатория биоприборостроеннияи автоматизации БАНe Institute of Brewing, Sofiaf Cemtral Laboratory for Bioinsstrumentation andAutomation, Bulgarian Academy of SciencesPublished online: 15 Apr 2014.

To cite this article: Силвия Милева, Тамара Гинова-Стоянова, Светла Василева,С. Милева, Т. Гинова-Стоянова, С. Василева, S. Mileva, S. Vasileva & T. Ginova-Stoyanova (1993) СРАВНИТЕЛНО МОДЕЛИРАНЕ НА КИНЕТИКАТА НАРАСТЕЖ НА ПИВНИ ДРОЖДИ В ЗАВИСИМОСТ ОТ СИНТЕЗАТА НАЕРГОСТЕРОЛ И ДИСИМИЛАЦИЯТА НА ГЛИКОГЕН В РАННАТА ФАЗА НАФЕРМЕНТАЦИЯТА, Biotechnology & Biotechnological Equipment, 7:3, 87-90, DOI:10.1080/13102818.1993.10819431

To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/13102818.1993.10819431

PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE

Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all theinformation (the “Content”) contained in the publications on our platform.Taylor & Francis, our agents, and our licensors make no representationsor warranties whatsoever as to the accuracy, completeness, or suitabilityfor any purpose of the Content. Versions of published Taylor & Francis andRoutledge Open articles and Taylor & Francis and Routledge Open Selectarticles posted to institutional or subject repositories or any other third-party website are without warranty from Taylor & Francis of any kind,either expressed or implied, including, but not limited to, warranties ofmerchantability, fitness for a particular purpose, or non-infringement. Anyopinions and views expressed in this article are the opinions and viewsof the authors, and are not the views of or endorsed by Taylor & Francis.The accuracy of the Content should not be relied upon and should beindependently verified with primary sources of information. Taylor & Francisshall not be liable for any losses, actions, claims, proceedings, demands,costs, expenses, damages, and other liabilities whatsoever or howsoevercaused arising directly or indirectly in connection with, in relation to orarising out of the use of the Content. This article may be used for research, teaching, and private studypurposes. Terms & Conditions of access and use can be found at http://www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions It is essential that you check the license status of any given Openand Open Select article to confirm conditions of access and use.

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Stat

e U

nive

rsity

] at

10:

00 1

5 O

ctob

er 2

014

СРАВНИТЕЛНО МОДЕЛИРАНЕ НА КИНЕТИКАТА НА РАСТЕЖ НА

ПИВНИ ДРОЖДИ В ЗАВИСИМОСТ ОТ СИНТЕЗАТА НА ЕРГОСТЕ­

РОЛ И ДИСИМИЛАЦИЯТА НА ГЛИКОГЕН В РАННАТА ФАЗА НА

ФЕРМЕНТАЦИЯТА * Силвия Милева 1 , Тамара Гинова-Стоянова 1 , Светла Василева2

Институт по пивоварна промишлености хмелопроизводство, София1

Централла лаборатория по биоприборостроене и автоматизация, БАН2

Пивоварната ферментация е единствен по

своята същност процес от гледна точка на

аерацията на пивпата мъст - кислородът се подавав ограничено количество само в на­

чалото, преди инокулацията с дрожди. Пив­

лите дрожди Saccharomyces carlsbergensis усвояват кислорода много бързо. Значение­

то му за дрождената клетка е свързано със

синтезата на стерали и неиаситени мастни

киселини, които са структурни елементи на

клетъчната мембрана. Счита се, че осповен

енергитичен източник в този процес е диси­

милацията на резервния въглехидрат глико­

ген до глюкоза (4,5,6,7,8). Отделлите щамове пивни дрожди проя­

вяват висока степен на специфичност по

отношение изискванията към съдържанието

на кислород в ередата и различия във физи­

олого-биохимичните си свойства в разглеж­

дания аспект.

Моделирапето на кинетика та на вътрек­

летъчните метаболитли процеси в пивлите

дрожди дава възможност за изяенявале на

съществуващите количествели параметр и в

условия на аеробно и а паероб но развитие на

дрождите и участието на кислорода в регу­

лацията на протичащите метаболитли про­

мели.

Цел на настоящата работа е сравнител­

иото изеледвале и моделиране на кинетика­

та на размножителния процес на два щама

пивни дрожди във връзка със синтезата на

ергостерол и дисимилацията на гликоген в

ранпата фаза на ферментацията.

87

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Опитите са проведели с два щама пивни

дрожди Saccharomyces carlsbergensis от ко­лекцията на ИППХИ, означени с номера 56 и 75. Дрождите са размножени ка то стацио­нарна култура в пив на мъст при 1 0°С. Лабо­раторните ферментации са проведели във

ферментационнп тръби в обем 1 dm3• Начал­

ният инокулум е 3 g центрафугирани дрож­ди или 20.106 кл./ml пив на мъст.

Използваната пивна мъст е аерирана до

съдържание на кислород 7-7,6 mgfdm3•

Съдържанието на ергостерол, гликоген

и параметрите, характеризиращи размно­

жителния процес, са определяли в началиа­

та биомаса и от 1-ия до 7-ия h след заквас­ване (1,2).

Определянето на ергостерол е по метода

на Бревик и Овадес (3), а на гликоген - по

метода на Куейн (9,10). Кислородиото съдържание е измервано

с оксиметър.

МАТЕМАТИЧЕСКОМОДЕЛИРАНЕ НА

ПРОЦЕСА

За избора на структура на модела е използ­

ван феноменологичният подход, като адек­

ватността на структурата е доказана след

параметрична идентификация чрез изелед­

вале на функциите на чувствителността на

модела (11, 12). Параметричната идентификация е про­

ведела по метода на пай-малките квадрати

Biotechnol. & Biotechnol. Eq. 7/1993/3

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Stat

e U

nive

rsity

] at

10:

00 1

5 O

ctob

er 2

014

с критерии за точиост

(1) J(k)=mini_1E11 Emj_1(t)_ Xim(t))2,

където k€Re; х1 са компонентяте на вектора на състоянието, x€R", ~.са експериментал­ните данни и ~m са съответните моделни

данни в моментите tг t€(0,T). Адекватността на получените кинетич­

ни модели е доказана чрез минималните

9tt'O 16Jl2'0 88'0 6~Ш'I :J:':IJ а е r·в r·в :нiN

L g·~ 8'0 8'1~ 8'1 :хщ ЗIШ ",l(j 5\Hiv ll)lj 11KI :JМN

стайности на критерия за точиост за двата

набора от експерименталните данниза щам

56 и 75, кактои симулационните резултати. Експерименталните и моделни дан ни за био­

масата Х, ергостерола Е, гликогена С и

кислорода О за щам 56 са представени на фиг. 1, 2, а за щам 75 на фиг. 3 , 4. Експери­менталните данни са означени с FNGX, FNJE, FNGS, FNGG, FNGO, а моделните

Ш'О m:z·в 1'! !:Ш'О :JJV I'Q 1'8 8'Q 8'0 :НJ~

L 9'&с 9'0 ~~ ~ :>т JШ "HJ ~INI 0 1~ JINI :IМI

Фиг. 1, фиг. 3. Сравнително моделиране кинетикэта на синтеза на ергостерол и дисимилацията..на гликоген при щам 56 и щам 75.

НAII: INIX fNCX b!IO~ fliGI IНIO rn;o JJП[ Nrt!: IN!X flQ; 6

\NIS fNCS llliO f1(.IJ ТJМ[ mx: ]! озg ll он ~в vв 7 ~АХ: 45 045 12 012 ~~е VjO 7

ш: 2!J"'---';;28,---'---::16;-'----;-;;1e'---76 -'-;;-е-'-----;;-''-----' 9 9 6 в ОС!: 35.4847 38 !6.2!148 16.28 8.36413 0.22 \0,13)4 16.19 1.29700 0.46 Фиг. 2, фиг. 4. Сравнително моделиране кинетикэта на растежа, използването на субстрата и усвояването на кислорода от щам 56 и щам 75.

Biotechпol. & Biotechnol. Eq. 7/1993/3 88

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Stat

e U

nive

rsity

] at

10:

00 1

5 O

ctob

er 2

014

съответно с INТX, INТE, INТS, INТG, INТO.

КИНЕТИЧНИМОДЕЛИНАПЕРИОДИ­

ЧНИ БТП ЗА КУ ЯТИВИРАНЕ НА

Saccharomyces carlsbergensis 56

dX s о

= 111 . К +S . К +О. х dt s о

dS dX

dt =-Ysrx·-

dt

dG

dt

dE

dt

dO

dt

о о у.--. (1--)

Е к +О к о ю

dx -Y.x.(l-a.-),

о dt където стайностите и значениетона кинети­

чните коефициенти са следните:

специфична скорост на растеж: 111=0.1352 h·1

,

константа на Михаели с-Ментен: К, =0.593 gfdm3,

константа на Михаелис-Ментен по 02

:

К =2.111mgfdm3,

д~бивен коефициент, У"' =0.04619 [-], коефициент на дисимилация на гликогена:

У 0

=0.009 (-j, коефициент на синтеза на ергостерол:

У Е =4.51 о [-], коефициент на потребление на 0

2:

У0=0.01197 [-], корекционни коефициенти:

К =4.371 mgjdmЗ, а=-0.863 [-]. 10

Saccharomyces carlsbergensis 75 dX S G О

dt= 111 " K,+S + 112 • KG+O -~+0 .х

dS dX -- У"'. dt dt

dG о -- - YG ·---(1-bS) dt К +О

о

dE G - у Е. ---. (1- а .0)

dt KG+G

dx dO

dt = -Уо.--,

dt

където 111=1.l791E-2 h·1, 112=4.7 h"1, K,=7.6l3

gjdm3, К0=26.94 mg/dm3

, К0=3.05 g/dmЗ, У5/Х=-4.5044Е-2 [-], YG=-1.153 [-], УЕ=-4.447 [-], Y

0=-0.407l [-], a=O.l996 [-], 6= 4.8714

Е-2 [-].

изводи

Получените кинетични модели за два та опи­

тии щама пивни дрожди показват известии

различия в кинетика та на изследваните про­

цеси при начална концентрация на кислоро­

да над 7 mgjdm3•

Съществените различия са отразени в

уравненпята за специфичната скорост на

растеж на биомасата, като при щам 56 тя зав и си най-вече от субстрата и кислорода, а

при щам 75 до определена степен и от резервния въглехидрат гликоген. Нелиией­

ната зависимост между гликогена и ергос­

терола, чиято концентрация се променя с

усвояването на кислорода, свидетелства и

за участието на ергостерола в растежните

процеси, както и за щамово-специфичното

проявление на последните. Използването на

кинетични модели дава възможност да се

деказват редица експериментални изслед­

вания и с други щамове ливни дрожди.

ЛИТЕРАТУРА

1. Analitica ЕВС (1963) Second edition.E1sevier Publishing Company, Amsterdam, 57-61. 2. Analitica Microblo1ogica ЕВС (1977) Bios, 4, р. 65. 3. Brewik O.N., Owades J.L. (1957) J.Argic. Food. Chem., 5, 360-363. 4. Ginova-Stojanova Т., Mileva S. (1992) Biotechno1. and Biotechno1ogical Eqipment, 1,21-25. 5. Ginova-Stojanova Т., Janeva V. (1985) Kvasny prumys1, 9, 201-204. 6. Кirsop В.Н. (1974) J. oflnst. ofBrewing, 80, 252-259.

89 Biotechnol. & Biotechnol. Eq. 7/1993/3

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Stat

e U

nive

rsity

] at

10:

00 1

5 O

ctob

er 2

014

7. Ohno Т., Takahashi R. (1986) J. of Inst. of Brewing, 1, 84-88. 8. Pichova А., Beran R., Behalova В., Zajicek J. (1985) Foglia Microblol., 30, 134-140. 9. Quain D.R., Tubb R.S. (1982) J. of Inst. of Brewing, 19, 329-333. 10. Quain D.R., Tubb R.S. (1982) J. of Inst. of Brewing, 2, 38-40. 11. Бирюков В., Кантере В. (1985) Оnтимизация nериодических процессов, Наука, М., 73-122. 12. Томович Р., Вукобрадович М. (1972) Общая теория чувствительности, Советское радио, М.,

60-95.

COMPARAТIVE MODELLING OF YEAST GROWfH IN RELATION ТО ERGOSTEROL SYNTHESIS AND GLYCOGEN DISSI­MILATION DURING STAGE OF FER­MENTATION S.Mileva1, S. Vasileva2, Т.Ginova-Stoyanova 1

Institute of Brewing, Sofia 1

Cemtral Laboratory for Bioinsstrumentation and Automation, Bulgarian Academy of Sciences2

(SUММARY)

The kinetics of growth oftwo brewing yeast strains in relation to ergosterol synthesis and glycogen dissimilation after pitching was comparatively investigated.It was established the direct relation between wort oxygen content and new yeast Ьiomass formed from, ergosterol synthesis and glycogen dissimilation. Different kinetic models are synthezed

Biotechnol. & Вiotechnol. Eq. 7/1993/3 90

explained the influence of oxygen ofthe yeastgrowth based оп the experimental data obtained.

СРАВНИТЕЛЬНОЕМОДЕЛИРОВАНИЕКИ­

НЕТИКИ РАЗВИТИЯ ПИВНЫХ ДРОЖЖЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СИНТЕЗА ЭРГОСТЕ­

РОЛА И ДИССИМИЛЯЦИИГЛИКОГЕНА В

НАЧАЛЬНЫЕ ЧАСЫ БРОЖЕНИЯ

С.Милева 1 , С.Василева 2, Т.Гинова-Стоянова 1

Институт пивоваренной nримышленности, Со­

фия1

Центральная лаборатория биоприборостроен­

ния и автоматизации БАН2

(РЕЗЮМЕ)

Проведено сравнительное исследование кине­

тики процесса разножекия двух штаммов пивных

дрожжей в зависимости от синтеза эргостерола

и диссимиляции гликогена. У становлен о, что

процессы образования новых клеток, использо­

вания углеводов пивного сусла, синтез эргосте­

рола и диссимиляции гликогена неnосредствен­

но зависят от содержания кислорода в среде.

Отмечены различия в динамике этих процессов

в двух штаммах. Синтезированы различные ки­

нетические модели, объясняющие влияние кис­

лорода на развитие дрожжей. Моделирование

кинетики внутриклеточнь~ nроцессов метабо­

лизма позволяет оnределить некоторые количе­

ственные nараметры и взаимосвязь в разнь~

штаммах nивных дрожжей в услових аэробного

и анаэробного культивирования.

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Stat

e U

nive

rsity

] at

10:

00 1

5 O

ctob

er 2

014