Введение к работе
Актуальность темы. Сднсй из магистральных задач о'иотех-нологии является разработка эффективных и экологически безо-песных технологий получения кормового белка (Бкко и соавт., 1987; Сассон,1987). Важным источником кормового белка являются микроорганизмы - дрожжи, грибы, бактерии. Этот источник белка не зависит от погодных условия, характеризуется высокой скоростью накопления биомассы и не требует значительных площадей для его производства (Скрябин, Ерошин, 1984).
В настоящее время существует промышленное производство микробного белка с использованием парафинов нефти, отходов пищевой промышленности и целлюлозосодержащеі-o сырья (БыКОВ и соавт., 1987; Скрябин, Ерошин, 1984). Наиболее широкое использование получило производство белка на пс^афинах нефти. Основным недостатком этого направления является к. пользование невозобновляемсго источника сырья, а также необходимость тщательного удаления остаточных количеств углеводородов. Практически неисчерпаемым источником сырья и энергии для производства микробного белка могут служить целлюлозосодержа-щие материалы - отходы лесопромышленного комплекса и сельского хозяйства. Немаловажную роль играет и возможность решения ряда экологических проблем, поскольку значительная часть растительной биомассы саигается или вывозится на свалки, загрязняя о кружащую среду.
Известные методы получения микробного белка и целлюло-зосодеркащего сырья основаны на гидролизе последнего с помощью ферментов или минеральных, главным обрас м, кислотных катализаторов с последующим получением микробной биомассы (Холькин, 1989). Первый метод требует наличия у микробных культур высокоактивных гидролитических ферментов (Лобанок, Бабицкая, 1976), устойчивых к действию фенолов, смоляных кислот, терпеновых углеводородов и др. компонентов растительного сырья, что значительно ограничивает его применение. Метод гидролиза растительного сырья разбавленным раствором сепной кислоты приводит к деструкции части углеводов и лигнина с образо, лнием лигногумияовых веществ, угнетающих р: з-
витие микроорганизмов и снижающих качество биомассы. При переработке низкосортного сырья с повышенным содержанием коры и гныш качество гидролизатов еще более снижается, что ограничивает использование этого сырья.
В последние годы опубликованы работы об использовании для гидролиза растительного сырья фосфорсодержащих солей (Морозов, 1988). Такой вид гидролиза выгодно отличается тем, что получаодмеся гидролиэаты содержат дополнительный источник фосфора, единичные сообщения были посвящены гидролизу целлюлозы и деструкции моносахаридов под действием азотной кислоты и сульфата аммония (Корольков, 1978).
Однако, особенности гидролиза растительного сырья в присутствии азотсодержащих солей, химический состав гидроли-зата и возможности его использозания для биотехнологических целей до сих пор оставались нераскрытыми.
Работа выполнялась в рамках отраслевой программы "Создание принципиально новюс кгяоотходтдс и безотходных технологических процессов" в соответствии с "Основными направлениями работ по дальнейшему разэитию комплексной переработки растительного сырья на 1988-1990 годы" (постановление СМ СССР от 21.10.87 г.).
Целью настоящей работы явилась разработка технологического процесса биосинтеза микробного белка на гидролизатах растительного сырья, полученных с использованием азотсодер-аащих солей.
Задачи исследования:
изучить гидролиз растительного сырья, в том числе и ранее неиспользуемых его видов, в присутствии азотсодержащих солей;
подобрать культуры микроорганизмов и их ассоциаций, обеспечивайте высокий уровень синтеза биомассы;
определить кинетические'показатели ферментации, состав и качество биомассы;
разработать технологические схемы получения гидролиза ных сред и их микробиологической переработки, пригодные для прочьш"енного использования.
Научная новизна: Впервые установлено, что азотсодержа-
щие солн ускоряет гидролиз гемицеллалоз и олигогїхаридов, одновременно вызывая деградацию лигногуминовых веществ с образованием органических спиртов, альдегидов и других низкомолекулярных соединений. Показано, что при взаимодействии солей с компонентами растительной ткани в условиях термокаталитической обработки образуются вещества, стимулирующие рост микроорганизмов. Среди этих веществ были выделены хиноннктрополи-карбоновые кислоты. Установлено, что наиболее высокая эффективность использования питательного субстрата достается ассоциацией Candida scotiU:%Uhospozon cuttmeum: Hansemifa сиготййі. при соотношении культур 60:25:15 (5=66,05), а максимальное содержание протеина в биомассе (В=58,4$) пр соотношении 70:10:20.
Практическая значимость. Разработаю, технологическая схема получения гидролиэатов растительного смроя, пригодных для микробиологического синтеза белка. Получснні:-) по щ дло-аенной схеме гидролизаты позволяют достичь упог. ш скорости роста дрожжей до 30&, а экономического кс'-*-".:.,ііента синтеза биомассы до 2 в сравнении с промышленной схемой. Продолжительность лаг-фазы при этом сокращается в 1,5-2,0 раза. Биомасса дрожжей, выращенных на ггцролизатах растительного сырья, полученных с использованием азотсодержащих солей, отличается нетоксичностью, повышенным содержанием белка, незаменимых аминокислот й ненасыщенных жирных кислот. По результатам опытно-промышленной проверки технологического процесса на Сыктывкарском, Андижанском и Ре^ицком гидролизных заводах экономический эффект от внедрения только на одном из заводов составит 185-250 тыс.руб. в год.
На защиту выносятся следующие ..оложения:
-
Гидролиз растительного сырья в присутствии азотсодержащих солей приводит к увеличению скорости гидролиза ГЄМИ-целлшоз, одновременно вызывая деструкцию лигногуминовых веществ.
-
Гидрслизат растительного сырья, полученный с использованием азотсодержащих солей, пригоден в качеств- питательной среды для культивирования микроорганизмов рода Candida., Hanstiiu^a, Titdiospazon, ЗоссЛо.гот.усвіr SchizosQccha'acm^Kes,
AsflezaitfiLS, РепісШСшп., Oidcum.
3. Дрожжи, выращенные на опытных гидролизатах, нетоксичны и в сравнении с таковыми на промышленных гидролизатах обогащены протеином, незаменимыми аминокислотами и ненасыщенны ч жирными кислотами.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции "Биотехнология в лесном хозяйстве и лесной промышленности" (Варна, 1986), Всесоюзных научно-технических конференциях "Комплексное и рациональное использование лесных ресурсов" (Минск, 1985), "Современные проблемы химической технологии" (Красноярск, IS86), "Производство кормовых и биологически активных продуктов на основе низкосортной древесины и отходов лесопромышленного комплекса" (Красноярск, 1988), Совещании главных инженеров предприятий гидролизной промышленности (Ман-турово, I&86).
Публикация резульї^тов исследования. По теме диссертации опубликовано 7 статей и тезисов докладов, получено 6 авторских свидетельств на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, экспериментальной части (4 главы), выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 117 страницах машинописного текста, иллюстрирована 30 рисунками и 33 таблицами. Список литературы содержит 261 наименование.