Введение к работе
Актуальность работы. Экономическая эффективность
биотехнологического производства прежде всего определяется доступностью и стоимостью сырья. В современном производстве биопродуктов микробиологического синтеза в качестве сырья используют преимущественно зерновые культуры. Следует отметить, что зерновые культуры как источник крахмала и белка крайне необходимы для получения пищевых и кормовых продуктов, поэтому применение зерновых культур в биотехнологическом производстве приводит к дефициту этого сырья на мировом рынке и, соответственно, повышению его стоимости, что в конечном итоге сказывается на стоимости продуктов питания.
Более дешевым сырьем для производства биопродуктов является неоправданно забытый картофель, содержащий в своем составе преимущественно крахмал. Однако, вовлечение картофеля как сырья в биотехнологическое производство требует поддержания его устойчивого урожая.
Россия является одной из главных картофелеводческих стран мира. Однако, наблюдаются огромные потери урожая картофеля, особенно в южных регионах. Это происходит из-за поражения картофеля колорадским жуком, и в ряде областей страны нашествие этого вредителя сравнимо со стихийным бедствием. Наиболее перспективным сегодня представляется решение этой проблемы биологическими методами защиты картофеля и прежде всего методом генной инженерии, направленным на получение ГМ картофеля.
Несмотря на перспективу воспроизводства ГМ картофеля, этого нового и перспективного технического сырья, научного обоснования его эффективного применения и, прежде всего, крахмала, выделенного из ГМ картофеля, в биотехнологической промышленности отсутствует. Учитывая положительные экономические аспекты воспроизводства ГМ картофеля, проведение научных исследований по определению пригодности ГМ картофеля в биотехнологическом производстве является актуальным и своевременным.
Цель и задачи исследования. Научное обоснование комплексной переработки ГМ картофеля на биопродукты.
Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
оценка технологических свойств ГМ картофеля для биотехнологической переработки;
- изучение физико-химических свойств крахмала ГМ картофеля,
определяющих его пригодность для получения биопродуктов;
- определение возможности получения биопродуктов ферментативным
гидролизом крахмала ГМ картофеля;
разработка технологии получения биопродуктов
микробиологической конверсией вторичных ресурсов переработки ГМ картофеля;
- получение амилозы из крахмала ГМ картофеля.
Научная новизна. Впервые показана возможность применения ГМ картофеля сортов Луговской плюс и Невский плюс для переработки на биопродукты. Установлено, что морфологические и реологические свойства крахмала ГМ картофеля соответствуют эффективному его применению в биотехнологии.
Установлено, что эффективность ферментативного гидролиза крахмала ГМ картофеля до глюкозы превышает эффективность ферментативного гидролиза крахмала контрольного картофеля. Показана возможность культивирования мицелиального гриба p. Trichoderma asperellum 302 на питательной среде, полученной из мезги и сока, которые образуются при переработке ГМ картофеля. Установлены высокие адсорбционные свойства клеточной стенки мицелиального гриба p. Trichoderma asperellum 302 по отношению к Т-2 микотоксину. Показано, что амилоза эффективно выделяется из крахмала ГМ картофеля методом электродиализа.
Практическая значимость. Показана целесообразность использования генетически модифицированного картофеля в биотехнологии. Установлено, что крахмал ГМ картофеля по физико-химическим свойствам пригоден для переработки в биопродукты.
Выход глюкозы из крахмала ГМ картофеля до 5 % выше выхода глюкозы из крахмала контрольного картофеля. Показана возможность снижения теплоэнергетических затрат в биотехнологическом производстве на подготовку субстратов из крахмала ГМ картофеля по сравнению с крахмалом из контрольного картофеля.
Установлена целесообразность биотехнологической конверсии вторичных ресурсов переработки ГМ картофеля мицелиальным грибом p. Trichoderma asperellum 302 с последующим получением из этого гриба адсорбента микотоксинов и белкового кормового продукта. Разработан технологический регламент на опытное производство адсорбента микотоксинов из мицелиального гриба p. Trichoderma asperellum 302. Проведена опытная выработка адсорбента микотоксинов и его испытание на лабораторных животных.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на X и XI международных конференциях молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2009-2010), XVII международной конференции по крахмалу, Москва-Краков (Москва), научной сессии (Казань, 2011).
Основные научные положения диссертации, выносимые на защиту:
установленные технологические свойства ГМ картофеля и физико-химические свойства крахмала ГМ картофеля, определяющие их пригодность для получения биопродуктов;
результаты исследования ферментативного гидролиза крахмала ГМ картофеля;
результаты исследования по выделению амилозы из ГМ картофеля методом электродиализа;
результаты исследования микробиологической конверсии вторичных ресурсов переработки ГМ картофеля;
- разработанная технология адсорбента микотоксинов и кормового
белка из биомассы гриба p. Trichoderma asperellum 302.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 статей в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и библиографического списка, содержащего 156 источников. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста и включает в себя 21 таблиц, 23 рисунка и 5 приложений.