Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы
1.1. Характеристика топинамбура 7
1.2 Использование топинамбура 11
1.3 Характеристика дрожжей как вида и их использование
1.3.1 Общая характеристика дрожжей
1.3.2 Использование дрожжей 17
1.3.3 Культивирование дрожжей 22
1.3 Характеристика этилового спирта и технология его производства 24
Глава 2. Собственные исследования 41
2.1 Материал и методика исследования 41
2.2. Результаты собственных исследований 44
2.2.1 Результаты изучения химического состава зеленой массы и клубней топинамбура сорта Скороспелка 44
2.2.2 Характеристика гидролизатов, полученных при гидролизе биомассы топинамбура сорта Скороспелка 62
2.2.3 Результаты культивирования разных видов и штаммов дрожжей на гидролизатах из топинамбура сорта Скороспелка 69
2.2.4 Показатели состава биомассы дрожжей, культивируемых на питательных средах на основе гидролизатов из зеленой массы и клубней топинамбура 74
2.2.5 Показатели накопления тяжелых металлов в биомассе дрожжей культивируемьк на гидролизате из биомассы топинамбура сорта Скороспелка 111
2.2.6 Получение этилового спирта из биомассы топинамбура 118
2.2.7 Экономическая эффективность 121
2.2.8 Заключение 123
Выводы 128
Предложение производству 130
Список используемой литературы
- Характеристика дрожжей как вида и их использование
- Результаты изучения химического состава зеленой массы и клубней топинамбура сорта Скороспелка
- Показатели состава биомассы дрожжей, культивируемых на питательных средах на основе гидролизатов из зеленой массы и клубней топинамбура
- Получение этилового спирта из биомассы топинамбура
Введение к работе
І. Актуальность темы. Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в топливо, кормовые и пищевые продукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленности рассматривается в настоящее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии.
Анализ показывает, что ситуация в этой области меняется к лучшему весьма быстрыми темпами. В изучение проблем биоконверсии растительной биомассы вовлекаются все новые виды растений (Sudguist J., 1987).
Важное значение в биоконверсии растительных субстратов имеет ферментативный гидролиз гемицеллюлоз, находящихся в клеточной стенке растений или в нерастворимых продуктах, полученных на их базе, где гемицеллюлозы тесно связаны с другими компонентами. Считают, что ферментативный гидролиз полисахаридов, в том числе гемицеллюлоз, в противоположность кислотному гидролизу, тормозится экранирующим действием лигнина, что делает необходимым использование предварительной обработки растительного сырья, используя химические или физические методы (В.К. Мамыкин и др., 1998).
Современные технологии глубокой переработки предоставляют большие возможности для получения целого спектра биопродуктов, включая различные виды биотоплива, так как в качестве основного сырья для таких видов топлива стремятся использовать целлюлозу. Дальнейшее развитие биотехнологий будет связанно именно с целлюлозным биотопливом. Перспективным сырьем для него сегодня служат энергетический тростник, жмых сахарного тростника, сорго, а также непосредственно и сама древесина или волокнистые, несъедобные части растений (Н.Павловская 2011).
Биотехнология - уникальная наука, которая использует живые организмы и биологические процессы в практических интересах человека.
Биотехнологические процессы, в частности брожение, применяются людьми с древних времен. На различных видах брожения основано производство спирта, пива, вина, хлеба, кисломолочных продуктов (B.C. Шевелуха и др.,1998).
Важную роль в биоконверсии растительной биомассы играют дрожжи. Гидролизат на основе растительного сырья является прекрасным субстратом для жизнедеятельности дрожжей и возможна дальнейшая его переработка в зависимости от желаемого результата. При использовании дрожжей -продуцентов кормового белка, можно получить биомассу, богатую белком.
Гидролизные дрожжи вследствие высокого содержания в них полноценных, хорошо усвояемых белков, биологически активных веществ -витаминов, ферментов, гормонов и микроэлементов применяются в качестве корма для домашних животных и птиц. Добавка кормовых дрожжей к растительным кормам, богатым углеводами, значительно улучшает их качество и повышает биологическую ценность. Кормовые дрожжи по питательности и усвояемости не уступают кормам животного происхождения. В дрожжах содержится 46-55% белка, который, в свою очередь, содержит все жизненно необходимые аминокислоты. В золе кормовых дрожжей содержатся также
ценные для животных и птиц макро- и микроэлементы (И. Мирошниченко и др, 1998).
Содержащиеся в дрожжах ферменты, гормоны и другие продукты микробиологического синтеза играют важную роль в улучшении обмена веществ в организме животных и птиц. При использовании штаммов спиртовых дрожжей на растительных гидролизатах возможно получение технического биоэтанола, для дальнейшего использования его в качестве биотоплива.
Цель диссертационной работы заключалась в биоконверсии зеленой массы и клубней топинамбура с. Скороспелка разными видами дрожжей.
В связи с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Изучить химический состав надземной биомассы и клубней
топинамбура с. Скороспелка.
Разработать режим получения гидролизатов из биомассы топинамбура сорта Скороспелка.
Отбор штаммов дрожжей, наиболее перспективных для использования в биоконверсии биомассы топинамбура.
Определить выход биомассы дрожжей при их культивировании на гидролизатах из зеленой массы и клубней топинамбура.
Изучить качество биомассы дрожжей, получаемой при их культивировании на гидролизатах из топинамбура.
6.Провести расчет экономической целесообразности получения биомассы дрожжей на гидролизатах из зеленой массы и клубней топинамбура сорта Скороспелка.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в первые, в условиях РСО-Алания, разработана технология биоконверсии зеленой массы и клубней топинамбура с. Скороспелка, с целью получения микробного белка, с использованием культур дрожжей как местной селекции, так и полученных из музея ВКПМ ФГНУ ГосНИИгенетика.
Практическая значимость работы заключается в обосновании целесообразности переработки биомассы топинамбура с. Скороспелка, выращиваемого в условиях РСО-Алания, с целью получения на гидролизатах из надземной и подземной биомассы данного растения микробного белка и биоэтанола. Предложены различные варианты получения гидролизатов из зеленой массы и клубней топинамбура сорта Скороспелка. Выявлены наиболее перспективные для использования в биоконверсии топинамбура сорта Скроспелка штаммы дрожжей, как селекции НИИ биотехнологии Горского ГАУ, так и из музея ВКПМ ФГНУ ГосНИИгенетика.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на ежегодных научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет» (2008-2012гг); на Международной научно-производственной конференции «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих инновационных технологий», г.Владикавказ.
Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, обсуждения
Характеристика дрожжей как вида и их использование
Топинамбур является нетрадиционной сельскохозяйственной культурой, которая представляет большой практический интерес для производства пищевых, кормовых продуктов и биоэтанола (Бобровник Л.Г., Лезенко Г.А. 1991., Голубев В.Н., Пасько Н.М., Волкова И.В. 1995., Емелина Т.Н., Рязанова Т.В., Чипрова Н.А. 2002).
По сведениям источников Advances in Biochemical engineering and Biotechnology (1985), Applied Biochemistry and Biotechnology (1988), Biomass (1985) и Animal Feed Science and technology (1986) представлен вариант биоконверсии топинамбура в качестве сырья для получения моторного топлива, биогаза, глицерина, ацетона, бутанола, ацетоно-бутанольно-спиртовых смесей.
Топинамбур, как отмечает Ходарев А.А (1993), является перспективным сырьем переработки его в спирт, получение фруктозы. Также топинамбур широко применяется в медицине и питании.
В связи с началом использования топинамбура не только на кормовые цели животным, но и для промпереработки, и исходя из агробиологических критериев, по мнению Устименко Г.В (1960), для средней полосы европейской части России наиболее перспективным является сорт "Скороспелка", а для южных регионов, как считает Пасько Н.М (1987), сорт "Интерес".
По данным Шаина С.С (2000), имеются сведения, что топинамбур может быть одним из активных фитомелиорантов с одновременным использованием продукции для кормовых, пищевых и технических целей, клубни топинамбура значительно меньше накапливают нитраты, тяжелые металлы, радионуклиды.
Пащенко Л.П и Мустафаевым Р.М (1991) предложена ферментативная переработка топинамбура, как технология для безотходной утилизации ценного для сельского хозяйства сырья. В результате биоконверсии ферментными препаратами получаются гидролизаты, имеющие определенную ценность для дальнейшего использования.
По мнению Л. Г. Антонина, А. М. Балаяна, Э. Г. Африкяна (2005), благодаря высокому содержанию в клубнях инулина, топинамбур является потенциально наиболее ценным источником получения сахаристых продуктов и этанола, превышая продуктивность сахарной свеклы более чем в 1,5 раза.
Разработка из топинамбура лекарственных средств, как считают Зеленков В.Н и Богидаев С.В (1992), является перспективным направлением в биотехнологии. Основными целями является восстановление иммунологической реактивности, стимуляции процессов регенерации, кроветворения и клеточного метаболизма.
Сотрудниками института микробиологии НАЛ Армении Абеляном В.А и Манукяном Л.С (1988; 1989) был выполнен большой комплекс научно-исследовательских и опытно-производственных работ по разработке эффективной технологии микробиологического получения из клубней топинамбура фруктозы, фруктозо-глюкозного сиропа, инулина и пищевого спирта.
Калюжным С.В, Пузанковым А.Г и Варфоломеевым С.Д (1988), была изучена возможность использования метанового брожения для утилизации побочных продуктов переработки топинамбура как наиболее эффективного способа обезвреживания и использования отходов органической природы.
По мнению Чупаченко О. (2008), грамотное использование топинамбура может стать основой для производства биоэтанола ("зеленого бензина"), кормового белка, диетических и диабетических продуктов питания. В США и Китае давно работают целые НИИ по изучению свойств топинамбура. По требованию европейского сообщества к 2020 году 20% содержимого каждого бензобака должен составлять спирт, полученный из биомассы топинамбура. Варламов Г.П и Долгошеев А.М (1999) утверждают, что продукция, приготовленная из сушеных клубней и порошка топинамбура, по своему качеству не уступает продукции из свежих клубней. Это дает возможность для перерабатывающего предприятия полностью использовать сырье.
Чепчурнов И.П (2001) считает, что инулин из клубней топинамбура может использоваться в качестве добавки в продукты питания. Также данная продукция может применяться в лечебно-профилактическом питании для больных сахарным диабетом и сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Голубев В.Н., Волкова И.В и Кушлаков Х.М (1995) предлагают использование клубней топинамбура в качестве сырья для приготовления высокофруктозного сиропа. Канадские специалисты также предлагают технологию получения высокофруктозного сиропа, которая позволяет сохранить 70 - 80% сухих веществ (Пат. №1283100, Канада, 1991). Технологическая схема получения кристаллической фруктозы из клубней топинамбура предложена и в работе венгерского ученного Байртойя И. (1986).
Кочнев Н.К и Московцев Н.Г (1991) установили, что проведенные опыты по использованию зеленой массы топинамбура в качестве сырья для получения целлюлозы и ДВП, позволят значительно уменьшить объемы затрат древесины для производства ДВП.
Новоселовой Г.Н и Мариной Н.В (1997) отмечено возможное использование топинамбура, как пищевой продукт повышенной биологической ценности, в основе которого лежит использование натурального растительного сырья без искусственных добавок. Данная технология позволяет расширить не только ассортимент, но и разнообразить сырьевую базу пищевой промышленности для получения высококачественных продуктов питания.
В ходе исследований Л.С. Прокопенко и Я.В. Олоничева (1991) была установлена возможность использования концентрата из мезофильных тканей листьев топинамбура в сочетании с концентратами на основе мезофильных тканей листьев других растений, например люцерны и амаранта, что позволяет обогатить аминокислотный состав, получаемых из них кормовых добавок.
Топинамбур, как отмечает Павловская Н (2011), является перспективным сырьем для производства биотоплива, так как культура служит хорошим источником сбраживаемых Сахаров. Эффективность превращения углеводов составляет 80-95%. Средний выход спирта из клубней составляет от 7 до 10 л/ц, что в свою очередь, превышает в 1,5 - 3,5 раза выход спирта из сахарной свеклы, картофеля, пшеницы. Также себестоимость 1 л спирта из топинамбура ниже, чем из картофеля или зерна вследствие высокой урожайности и меньших производственных затрат. Для выгонки спирта может быть использована и надземная часть топинамбура, которая также богата редуцирующими сахарами и дает выход спирта 3-4 т/га. Один гектар посевов топинамбура обеспечит 10 тонн спирта.
Результаты изучения химического состава зеленой массы и клубней топинамбура сорта Скороспелка
Содержание «сырого» жира в сухом веществе зеленой массы топинамбура сорта Скороспелка в фазе стеблевания достигало 4,81%, при колебаниях от 3,7 до 5,9% (табл.1).
Клетчатка - важнейшая составная часть растительных клеточных оболочек. За исключением некоторых грибов и бактерий, клетчатка встречается у всех растений. Клетчатка относится к питательным веществам, которые, подобно воде и минеральным солям, не обеспечивают организм энергией, но играют огромную роль в его жизнедеятельности.
Пищевая клетчатка, которая содержится главным образом в углеводах с низким или очень низким содержанием сахара, является веществом растительного происхождения. Обычно она объединяется с другими питательными веществами.
Клетчатка - это волокна, составляющие основу растений. Они содержатся в листьях, стеблях, корнях, клубнях, плодах. В ягодах и бобовых содержится наибольшее количество клетчатки. Хорошим источником клетчатки является цельное зерно, корнеплоды, фрукты вместе с кожурой и все овощи.
Различают два вида клетчатки, каждый из которых обладает специфическими свойствами: нерастворимая клетчатка, которая содержится в овощах, фруктах, зерновых и бобовых растениях. Она набухает в воде и подобно губке ускоряет опустошение желудка и помогает удалять из организма холестерин и желчные кислоты, которые находятся в пищеварительном тракте. Растворимая клетчатка - это пектин, смола, альгиназа и гелицеллюлоза. Пектин абсорбирует желчные кислоты, холестерин и предотвращает их проникновение в кровь. Она, поглощая большое количество воды, превращается в желе.
По нашим данным, в зеленой массе топинамбура с.Скороспелка в фазе стеблевания в 2010 году содержание «сырой» клетчатки составило 28,49%, при максимальном показателе 31,25% и минимальном показателе 25,75% (табл.1). «Сырая зола» представляет собой ни что иное, как несгораемый остаток сухого вещества и представлена в виде окислов химических элементов натрия, калия, кальция, магния, железа и др. В золе растительных и животных организмов содержатся, в основном, кислотные элементы — сера, фосфор, кальций, хлор; щелочные — калий и натрий, а также микроэлементы — кобальт, медь, йод, фтор, цинк, никель, марганец, мышьяк, бор, молибден и алюминий. Состав золы животных более постоянен, чем растений, так как у последних он зависит от условий произрастания, уборки и хранения. Но среди растительного мира содержание различных элементов далеко неодинаково и растения отличаются по содержанию в них отдельных минеральных веществ. Вот почему животные нуждаются в разнообразном кормлении.
В организме животных минеральные вещества служат строительным материалом для образования новых тканей. Так, например, железо является составной частью гемоглобина, йод-гормона щитовидной железы — тироксина и т.д.
В нашем эксперименте в 2010 году зеленая масса топинамбура сорта Скороспелка до бутонизации характеризуется весьма высоким содержанием зольных элементов - 16,01%, при минимальном показателе 14,87% и максимальном показателе 16,96% (табл.1).
При изыскании новых источников сырья для производства продуктов микробиологического синтеза, содержание в нем углеродсодержащих компонентов, которые подлежат гидролизу, является основополагающим.
В этой связи нами изучено содержание в зеленой массе топинамбура сорта Скороспелка гемицеллюлоз и лигнина. Гемицеллюлозы содержатся наряду с целлюлозой и лигнином в клеточной стенке растений. Большинство гемицеллюлоз отличается от целлюлозы лучшей растворимостью в растворах щелочей и способностью легко гидролизоваться кипящими разбавленными минеральными кислотами. В растениях гемицеллюлозы служат опорным конструкционным материалом и, возможно, резервным питательным веществом. Содержание гемицеллюлоз в древесине и других растительных, материалах - соломе, шелухе семян, кукурузных кочерыжках и т.п. составляет 13-43%. Извлекают гемицеллюлозы обычно щелочными растворами непосредственно из растительных материалов или экстракцией диметилсульфоксидом из холоцеллюлозы (углеводного комплекса, остающегося после выделения из древесины лигнина). В последнем случае получается продукт, близкий по составу природному.
Лигнин - сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений. Относится к инкрустирующим веществам оболочки растительной клетки. Отложение лигнина в клеточных оболочках вызывает одревеснение клеток и увеличивает их прочность. Древесина лиственных пород содержит 20—30% лигнина, хвойных — до 50%; у низших растений (водоросли, грибы) и мхов лигнин не обнаружен. Химическое строение лигнина не установлено окончательно. Молекула лигнина состоит из продуктов полимеризации ароматических спиртов; основной мономер — конифериловый спирт.
Нами установлено, что содержание гемицеллюлоз и лигнина в зеленой массе топинамбура сорта Скороспелка до бутонизации составило в 2010 году, в среднем в воздушно-сухом состоянии, 2,02% и 43,64% соответственно (табл.1).
Особое значение придается содержанию в сырье для микробиологических производств редуцирующих Сахаров.
Все моносахариды и некоторые дисахариды, в том числе мальтоза и лактоза, относятся к группе редуцирующих (восстанавливающих) Сахаров, т. е. соединений, способных вступать в реакцию восстановления. Сахароза представляет собой единственный нередуцирующий сахар среди распространенных Сахаров.
Показатели состава биомассы дрожжей, культивируемых на питательных средах на основе гидролизатов из зеленой массы и клубней топинамбура
Кальций входит как неотъемлемая составная часть в физиологические растворы. При отсутствии кальция свертывание крови невозможно. Кальций активирует трипсин и фагоцитарную функцию лейкоцитов.
Магний является жизненно-важным элементом, который находится во всех тканях организма и необходим для нормального функционирования клеток. Участвует в большинстве реакций обмена веществ, в регуляции передачи нервных импульсов и в сокращении мышц, оказывает спазмолитическое и антиагрегантное действие.
Оксид и соли магния традиционно применяется в медицине в кардиологии, неврологии и гастроэнтерологии.
Магний является одним из важных биогенных элементов, в значительных количествах содержится в тканях животных и растений. Его биологическая роль сформировалась исторически, в период зарождения и развития протожизни на нашей планете в связи с тем, что морская среда первобытной земли была преимущественно хлоридно-магниевая, в отличие от нынешней — хлоридно-натриевой.
Фосфор присутствует в живых клетках в виде орто- и пирофосфорной кислот, входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов, коферментов, ферментов. Основную роль в превращениях соединений фосфора в организме человека и животных играет печень. Обмен фосфорных соединений регулируется гормонами и витамином D. При недостатке фосфора в организме развиваются различные заболевания костей.
Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ), является элементом жизни. Совместно с кальцием и магнием фосфор поддерживает здоровье костей. Избыток магния и железа существенно ухудшает усвоение фосфора. Усвоение фосфора из растительных продуктов затруднено в силу того, что в них он представлен как фитиновое соединений. Если в рационе питания имеет место переизбыток фосфора, то кальций начинает образовывать с ним соли практически нерастворимые в воде.
Наряду с кальцием фосфор отвечает за устойчивость и прочность костной ткани. Участвуя в процессах обмена углеводов, белков и жиров, фосфор является аккумулятором энергии в организме человека. Фосфор влияет на работу почек и тонус сердечной мускулатуры.
Содержание данных элементов имеет значительную роль, так как определяет питательную ценность полученной биомассы дрожжей. Как указано выше, каждый элемент выполняет свою функцию в биохимических процессах.
Как видно из анализа данных, полученных при изучении некоторых показателей химического состава дрожжей Sacharomyces unisporis ВКПМ Y-3416, приведенных в таблице 13, следует, что средний показатель содержания «сырого» протеина в биомассе составил 38,45%, при колебаниях от 36,9 до 41,5%.
На долю «сырой» клетчатки приходится, в среднем 2,66 %, процентное содержание «сырого» жира равно 3,07 %. Среднее значение «сырой» золы находится в пределах 1,8 %. Столь незначительное содержание данных элементов говорит о том, что большая их часть приходится на протеин. Безазотистые экстрактивные вещества также отмечаются высоким содержанием, средний показатель которого составляет 52,99%. В среднем кальция в биомассе содержится 1,15%, магния -,46 %, фосфора - 97 %. Следует отметить и показатели содержания в биомассе дрожжей некоторых соединений и химических элементов в натуральном состоянии, которые составили: «сырого» протеина - 5,13 %, «сырого» жира - 0,40 %, «сырой» клетчатки - 0,34%, «сырой» золы - 0,23%. Таблица 14. Результаты химического анализа биомассы дрожжей Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3415, полученной при культивировании на питательной среде из зеленой массы топинамбура
При изучении химического состава микробной биомассы дрожжей Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3415 (таблица 14) видно, что концентрация сухого вещества в среднем составляет 20,47 %. Средняя концентрация «сырого» протеина в сухом веществе равна 46,04%, колебаниях от 44,4% до 47,7 %. На долю «сырой» клетчатки приходится в среднем 3,97 %, что незначительно превышает показатель в биомассе Sacharomyces unisporis 3416.
Содержание «сырого» жира колеблется от 2,1 % до 3,9 %, при среднем показателе 3,26 %, а «сырой» золы - 3,81 %. Безазотистые экстрактивные вещества входят в состав сухого вещества в количестве, в среднем, 43,47%, против 52,99 %.в биомассе дрожжей Sacharomyces unisporis. Уровень кальция в биомассе составляет 1,03 %, а магния - 0,50%. В сырой биомассе дрожжей Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3415 в натуральном состоянии содержится: «сырого» протеина - 9,42%, «сырого» жира - 0,69%, «сырой» клетчатки - 0,82%, сырой» золы - 0,77%, безазотистых экстрактивных веществ - 8,95 %, кальция - 0,20 %, магния - 0,09 % и фосфора - 0,20 %.
Установлено, что местный штамм дрожжей Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3415 интенсивно использует в качестве основного субстрата гидролизаты, получаемые из зеленой массы топинамбура сорта Скороспелка.
Следовательно, данная культура дрожжей, может успешно использована, при производстве микробного белка из гидролизатов растений, что особо важно при использовании в качестве исходного сырья зеленой массы топинамбура, так как это растение представляет собой высокоурожайное растение, обеспечивающее значительный выход питательных веществ, необходимых для микробного синтеза.
Получение этилового спирта из биомассы топинамбура
Дрожжи Sacharomyces cerevisiae Y-3415 накапливают несколько меньшее количество свинца и кадмия - 1,01 мг/кг и 0,48 мг/кг. Концентрация меди в биомассе данного вида дрожжей достигает 166,65 мг/кг, а концентрация цинка - 1151,31 мг/кг.
В биомассе дрожжей Sacharomyces cerevisiae Y-3414 свинца накапливается не более 1,25 мг/кг, среднее содержание кадмия в ней составляет 0,52 мг/кг, а меди - 156,01 мг/кг. По содержанию цинка данный штамм дрожжей превосходит все исследуемые виды дрожжей - 1614,73 мг/кг.
Микробная биомасса дрожжей Trichosporon cutaneum Y-437 по содержанию свинца практически не отличается от предыдущих штаммов. Биоккумулирование данного металла не превышает 1,15 мг/кг. Кадмия и меди в биомассе содержится 0,37 мг/кг и 154,22 мг/кг соответственно, что также не превышает по содержанию выше рассмотренные штаммы. По накоплению цинка практически подобен штамму Y-3415, которого приходится не более 1178,37 мг/кг.
В биомассе дрожжей Candida guilliermondii Y-438 свинца и кадмия не обнаружено, а содержание меди и цинка было равно 124,53 мг/кг и 1261,73,
Также свинец не обнаружен и в биомассе Candida parapsilosis Y439, а концентрация кадмия достигала 1,11 мг/кг. Меди накапливается до 207,71 мг/кг, а цинка - 1153,33 мг/кг.
В биомассе дрожжей Candida tropicalis Y440 аккумулируется несколько больше свинца - 7,18 мг/кг, содержание кадмия не превышает 0,51 мг/кг, меди содержится 268,97 мг/кг, концентрация цинка составило 55,72 мг/кг.
По накоплению свинца в биомассе дрожжи Metscnikowia pulcherrima Y-3151 превышают другие виды дрожжей и аккумулируют до 9,42 мг/кг, цинка накапливается в них 40,79 мг/кг, также установлена максимальная концентрация меди - 320,47 мг/кг. Кадмия в данном виде дрожжей содержится 0,26 мг/кг. Дрожжи Rhodotorula glutinis Y-3469 аккумулируют 1,92 мг/кг свинца, 0,66 мг/кг кадмия, 131,65 мг/кг меди и 1054,55 мг/кг цинка. Sacharomyces cerevisiae штамм К-7 накапливают 1,34 мг/кг свинца, 0,65 мг/кг кадмия, 146,51 мг/кг меди и 778,34 мг/кг цинка. Анализируя микробную биомассу дрожжей Sacharomyces unisporis Y-3416, выявлено, что в среднем свинца накапливается не более 3,12 мг/кг. Кадмий накапливается в пределах 31,83 мг/кг. Медь содержится в количестве 144,94 мг/кг.
Дрожжи Sacharomyces cerevisiae Y-3415 содержат меньшую концентрацию металлов, чем Sacharomyces cerevisiae Y-3416: свинца - 2,19 мг/кг, кадмия - 18,94 мг/кг, меди - 61,22 мг/кг и цинка - 1225,40.
В биомассе дрожжей Sacharomyces cerevisiae Y-3414 накапливает свинца 2,11 мг/кг, кадмия - 25,67 мг/кг, меди 94,24 мг/кг и цинка - 1134,21 мг/кг.
В дрожжах Trichosporon cutaneum Y-437 концентрация свинца практически не отличается от предыдущих штаммов. Биоккумулирование данного металла составляет 2,84 мг/кг. Кадмия содержится 26,50 мг/кг, меди - 155,41 мг/кг и цинка - 1319,00 мг/кг.
Дрожжи Candida guilliermondii Y-438 накапливают значительно меньшую концентрацию свинца, чем выше рассмотренные образцы, - 0,86 мг/кг. Кадмия в данном образце содержалось до 22,41 мг/кг, а меди в биомассе не обнаружено.
Как и при культивировании на питательной среде из клубней, в биомассе дрожжей Candida parapsilosis Y439 содержание свинца не обнаружено. Наблюдается несколько меньшая концентрация кадмия, по -16,18 мг/кг. Меди накапливается до 116,89 мг/кг, а цинка - 6281,24 мг/кг.
В биомассе дрожжей Candida tropicalis Y440 аккумулируется наименьшая концентрация свинца - 0,19 мг/кг, а кадмия накапливается 6,85 мг/кг. Концентрация меди в данном виде составила 83,77мг/кг.
Свинца в биомассе дрожжей Metscnikowia pulcherrima Y-3151 накапливается до 3,36 мг/кг, кадмия - 28,93 мг/кг, меди - 129,70 мг/кг, цинка _ 1444,93 мг/кг. Дрожжи Rhodotorala glutinis Y-3469 аккумулируют 3,17 мг/кг свинца, 9,52 мг/кг - кадмия, 208,05 мг/кг - меди и 1395 мг/кг - цинка. Микробная биомасса дрожжей Sacharomyces cerevisiae штамм К-7, также биоккумулируют незначительное количество свинца, концентрация которого не превышает 1,38 мг/кг, в то время как кадмия в биомассе данного вида накапливается 9,94 мг/кг; концентрация меди составляет 140,23 мг/кг, а цинка - 1186,30 мг/кг.
Рассматривая концентрацию в биомассе дрожжей, выращиваемых на гидролизатах из топинамбура, свинца установлено, что только в биомассе двух видов дрожжей: Candida tropicalis ВКПМ Y-440 и Metscnikowia pulcherrima ВКПМ Y-3151 концентрация данного тяжелого металла превышает ПДК для кормовых дрожжей (ГОСТ 28179-89) и составляет 7,18 и 9,42 мг/кг соответственно.
Согласно ГОСТ 28179-89 содержание кадмия в кормовых дрожжах не должно превышать 0,3 мг/кг. Однако только биомасса дрожжей Candida guffliermondii ВКПМ Y-438 и Metscnikowia pmcherrima ВКПМ Y-3151, культивируемых на питательной среде из клубней топинамбура сорта Скороспелка соответствуют требованиям указанного ГОСТа и содержат 0,0001 и 0,26 мг/кг кадмия соответственно. Концентрация кадмия в биомассе всех остальных видов дрожжей превышает требования ГОСТ 28179-89.
В целом полученные нами данные подтверждают, что топинамбур представляет собой фитомелиорант и выносит из почвы в составе своей зеленой массы тяжелые металлы.
Помимо свинца и кадмия, зеленая масса топинамбура сорта Скороспелка в своем составе содержит значительно больше цинка, чем клубни данного растения. Содержание меди и цинка не регламентируются требованиями ГОСТ 28179-89.
В связи с тем, что топинамбур представляет собой растение комбинированного использования, нами было осуществлено производство биоэтанола как из зеленой массы, так и из клубней топинамбура сорта Скороспелка, так как топинамбур, как источник нетрадиционного вида сырья является наиболее выгодным для получения биоэтанола.
Широкий интерес к данному виду объясняется тем, что возможна его комплексная переработка, то есть биоконверсия, так как могут использоваться как стебли, так и клубни которые, являются прекрасным источником сбраживаемых Сахаров.
Биопотенциал культуры настолько высок, что трудно найти какое-либо растение, которое за один сезон вегетации могло бы накопить в среднем 1000 центнеров биомассы (может достигать и до 1500 центнеров) с одного гектара.
Полученный из зеленой массы топинамбура гидролизат нами был использован для получения биоэтанола путем выращивания в нем культуры дрожжей Sacharomyces cerevisiae, штамм К-7.
В связи с тем, что выход этанола из сусла зависит от роста дрожжей, нами проведено изучение численности дрожжевых клеток Sacharomyces cerevisiae штамм К-7 при их выращивании на гидролизате из зеленой массы топинамбура. Результаты подсчета дрожжевых клеток в камере Горяева приведены в таблице 34.
