Введение к работе
Актуальность темы
В последние годы мировая индустрия производства спиртов растет огромными темпами [Pimentel D. et al., 2007; Кухаренко А.А., Дадашев М.Н., 2004], в связи с чем ежегодно образуются миллионы тонн различных органических отходов и побочных продуктов, среди которых самую большую долю занимает по-слеспиртовая барда (около 12 кг на 1 л произведенного спирта). В России около 10-15% от ее общего количества применяется в осенне-зимний период в натуральном виде для откорма скота и около 20% перерабатывается в кормовые препараты для животноводства. Однако большая часть барды, особенно в летний период портится, т.к. из-за высокого влагосодержания не подлежит длительному хранению (не более 1-2 суток) [Кухаренко А.А., Винаров А.Ю., 2001; Сорокоду-мов С.Н. и др., 2005]. В этой связи на спиртзаводах достаточно часто происходит ее бесконтрольный сброс в окружающую среду. Принимая во внимание, что в послеспиртовой барде содержится значительное количество питательных веществ (сырой протеин, липиды, органические кислоты, макро- и микроэлементы), она является биологически нестабильной средой, в которой интенсивно развиваются процессы закисання и гниения. Поэтому сброс послеспиртовой барды без предварительной очистки представляет серьезную экологическую опасность для почвы и водоемов.
Проблема утилизации послеспиртовой барды актуальна практически для всех стран, в т.ч. России, т.к. запрещается сбрасывать барду в водоёмы или в канализацию без предварительной переработки [п.5 ст.8 Федерального закона №171-ФЗ от 22.11.1995]. К настоящему времени в мире барду тем или иным образом перерабатывают, в основном на корма [Kim Y. et al., 2008; Римарева Л.В. и др., 2006] по достаточно энергозатратной технологии, основанной на сочетании процессов центрифугирования, вакуум-выпаривания и сушки. В результате получается сухая барда, выпускаемая за рубежом в виде нескольких продуктов - dried distillers grains (DDG), dried distillers grains and soluble (DDGS), wet wheat distillers' grains (WWDG). Многочисленные исследования показали, что кормовая ценность этих продуктов сопоставима с традиционными кормами [Ham G.A. et al., 1994; Klopfenstein T.J. et al., 2008]. В России полный цикл переработки барды в «DDGS», реализован только на некоторых заводах.
Существует и ряд технологий микробиологической и биохимической биоконверсии барды, путем культивирования на ней дрожжей, молочнокислых бактерий или ассоциаций микроорганизмов с добавлением грубых кормов и ферментов [Клиндюк A.M. и др., 2004; Olstorpe М. et al., 2008; Курзин А.Б., 2005; Vogel R.F. et al., 1999]. Молочнокислые бактерии к тому же обладают антагонистическим действием по отношению к патогенной микрофлоре желудочно-кишечного тракта, от которой ежегодно происходит гибель значительной доли молодняка сельскохозяйственных животных. Кроме того, добавление этих бактерий может способствовать консервированию барды (за счет накопления органических кислот и специфических антибиотиков) и продлить срок ее хранения, а соответственно и срок реализации без дополнительной энергозатратной сушки [Lavermicocca P. et al., 2000]. Недостатком молочнокислого заквашивания барды является относительно низкое накопление белка, что может быть компенсировано введением
грибных культур, например, базидиальных, характеризующихся высоким (до 56% от сухих веществ) содержанием белка и высокой гидролитической активностью [Решетникова И.А., 1997]. Одновременное выращивание с вышеуказанными бактериями грибов-базидиомицетов, позволяет гидролизовать лигноцеллюлозные комплексы, а также дополнительно обогатить субстрат сахарами, витаминами, белковой массой и ферментами.
Цель и задачи исследования
Цель работы:
Изучение условий раздельного и совместного культивирования молочнокислых и пропионовокислых бактерий и гриба Lentinus tigrinus штамм ВКМ F-3616D.
Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Изучить влияние условий раздельного культивирования на послеспнрто-вой барде и/или ее компонентах на рост пропионовокислых и молочнокислых бактерий, а также гриба Lentinus tigrinus ВКМ F-3616D;
Изучить влияние соотношения инокулятов изучаемых микроорганизмов при совместном культивировании на рост, накопление белка и редуцирующих веществ и биологическую стойкость получаемого продукта;
Изучить процессы совместного культивирования на послеспиртовой барде и/или ее компонентах пропионовокислых и молочнокислых бактерий, а также гриба Lentinus tigrinus ВКМF-36I6D и молочнокислых бактерий.
Научная новизна.
Впервые изучены возможность совместного культивирования базидиально-го гриба Lentinus tigrinus ВКМ F-3616D и молочнокислых бактерий на нативной барде и ее обезвоженном компоненте, подобраны оптимальные соотношения этих культур, обеспечивающие наибольшее накопление биомассы, белка, редуцирующих веществ. Исследована биологическая стойкость полученных препаратов. Изучены процессы раздельного и совместного полунепрерывного культивирования молочнокислых и пропионовокислых бактерий, обладающих пробиотической активностью на нативной послеспиртовой барде.
Научно-практическая значимость работы.
На основании проведенных исследований, разработана и внедряется на ОАО «Мордовспирт» технология производства биопрепаратов на основе послеспиртовой барды и микроорганизмов, обладающих пробиотическими свойствами.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены для обсуждения на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева», Пятом съезде Общества биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова (Москва, 2008 г.), XXXVI Огаревских чтениях в Мордовском государственном университете имени Н.П. Огарева (Саранск, 2008), VIII республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордовия» (Саранск, 2009 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы, в числе которых 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Материалы диссертации изложены на 166 страницах машинописного текста. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов и списка использованной литературы. Диссертационная работа включает 52 рисунка и 6 таблиц. Список цитируемой литературы включает 184 источника, в том числе 61 на иностранных языках.
