Эффективность введения хлорида кальция в питательную среду для культивирования B. subtilis с целью повышения выхода α-амилазы
Автор: Бурнышева Т.О., Баракова Н.В., Меледина Т.В., Афанасенко А.Е.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Пищевые технологии
Статья в выпуске: 3, 2026 года.
Бесплатный доступ
Цель исследования - оптимизация условий культивирования Bacillus subtilis для повышения активности α-амилазы в культуральной жидкости путем подбора концентрации хлорида кальция (CaCl2), уровня pH среды и продолжительности культивирования. Исследование выполнено в 2023-2024 гг. с использованием штамма B. subtilis из музея микробиологических культур кафедры «Технологии микробиологического синтеза». Культивирование проводили методом глубинного выращивания в среде L-бульон при 37 °C в течение 48; 108 и 168 ч. По схеме полного факторного эксперимента варьировали концентрацию CaCl2 (1,0; 3,0; 5,0 г/л) и pH среды (4,0; 5,0; 6,0). Активность α-амилазы определяли спектрофотометрически йод-крахмальным методом. Каждый вариант опыта выполняли в трехкратной повторности. Построена математическая модель в виде полиномиального уравнения первого порядка, адекватно описывающая зависимость активности фермента от изучаемых факторов. Анализ коэффициентов регрессии выявил наибольшее положительное влияние фактора X2 (концентрация CaCl2, коэффициент +2,75). Наибольшая активность в рамках матрицы эксперимента (13,08 Ед/мл) наблюдалась при pH 6,0, концентрации CaCl2 5 г/л и продолжительности 168 ч. Отрицательное значение линейного коэффициента для pH (-1,68) в сочетании с сильными эффектами взаимодействия указывает на сложный, нелинейный характер влияния кислотности среды на синтез фермента. На основе анализа модели и метода крутого восхождения определены оптимальные параметры культивирования B. subtilis для синтеза α-амилазы в исследованном диапазоне: pH 6,0, концентрация CaCl2 5 г/л, продолжительность 168 ч. Концентрация хлорида кальция оказывала наибольшее положительное влияние на выход фермента. Модель предсказывает, что дальнейшая оптимизация может позволить существенно увеличить активность α-амилазы за пределами исследованного диапазона факторов.
Амилолитическая активность, хлорид кальция, оптимизация культивирования, математическое моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/140314950
IDR: 140314950 | УДК: 57.042.5 | DOI: 10.36718/1819-4036-2026-3-218-227
Effectiveness of calcium chloride addition to the nutrient medium for culturing B. subtilis to increase α-amylase yield
The aim of the study is to optimize the cultivation conditions of Bacillus subtilis to increase the activity of α-amylase in the culture fluid by selecting the concentration of calcium chloride (CaCl2), pH of the medium, and the duration of cultivation. The study was carried out in 2023-2024 using the B. subtilis strain from the Museum of Microbiological Cultures of the Department of Microbiological Synthesis Technologies. Cultivation was carried out by the submerged growth method in an L-broth medium at 37 °C for 48; 108 and 168 h. According to the design of a complete factorial experiment, the concentration of CaCl2 (1.0; 3.0; 5.0 g/l) and pH of the medium (4.0; 5.0; 6.0) were varied. α-amylase activity was determined spectrophotometrically using the iodine-starch method. Each experiment was performed in triplicate. A mathematical model was constructed as a first-order polynomial equation, adequately describing the dependence of enzyme activity on the studied factors. Analysis of the regression coefficients revealed the greatest positive effect of factor X2 (CaCl2 concentration, coefficient +2.75). The highest activity within the experimental matrix (13.08 U/ml) was observed at pH 6.0, CaCl2 concentration of 5 g/l, and duration of 168 hours. The negative value of the linear coefficient for pH (-1.68), combined with strong interaction effects, indicates a complex, nonlinear effect of medium acidity on enzyme synthesis. Based on model analysis and the steepest ascent method, optimal B. subtilis cultivation parameters for α-amylase synthesis were determined over the studied range: pH 6.0, CaCl2 concentration of 5 g/L, and duration of 168 h. Calcium chloride concentration had the greatest positive effect on enzyme yield. The model predicts that further optimization could significantly increase α-amylase activity beyond the studied range of factors.
