Введение к работе
Актуальность работы.
Дрожжи используются в промышленности как источник белковых и биологически активных веществ. Основные представители вида Saccharomyces cerevisiae применяются в бродильном производстве как продуценты этанола. В активной форме дрожжи вида S.cerevisiae используются в хлебопекарной промышленности, при кормлении жвачных животных. В инактивированной форме дрожжи вида S. cerevisiae используют как источники белка, витаминов и других биологически активных веществ. Дрожжи рода Candida используются как продуценты кормового белка. Перечисление областей применения дрожжей можно продолжить, однако для культивирования всех промышленно используемых дрожжей необходима питательная среда, которая содержит в качестве источника углерода простые сахара, в основном - гексозы, пентозы, сахарозу.
Следует отметить, что растительное сырье как источник углерода для микроорганизмов является гетерогенным по составу. В частности, гетерогенны по составу меласса, свекловичный жом, древесина, солома злаковых культур, шелуха рисовая, зерновые культуры.
Для приготовления питательных сред исходное сырье подвергают
кислотному и ферментативному гидролизу. При этом образуются как простые
сахара, которые усваиваются дрожжами рода Saccharomyces и Candida, так и
олигомеры, которые не усваиваются рассматриваемыми дрожжами. В одних
случаях производится дополнительная инверсия олигомеров, что требует
значительных затрат, в других случаях не усвоенные дрожжами органические и
минеральные вещества сбрасываются на очистные сооружения и,
соответственно, требуются дополнительные затраты на очистку сточных вод предприятий.
Таким образом, происходящее в настоящее время сокращение производства
из биомассы дрожжей белка и БАВ, связано с высокими затратами на
приготовление питательных сред, истощением доступной сырьевой базы,
высокой энергоемкостью биотехнологического производства и ориентацией
производства на монопродукт, которое исключает комплексное использование
сырья, приводят к снижению экономической эффективности производства
дрожжей. Кроме того, наиболее распространенное промышленное
культивирование дрожжей рода Candida также вызывающие серьезные экологические проблемы.
В этой связи поиск новых видов дрожжей, которые обеспечат эффективность и безопасность производства белка и БАВ, весьма актуально.
Цель и задачи. Целью данной работы являлось обоснование применения психротолерантных дрожжей в биотехнологии переработки вторичных ресурсов растительного сырья
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
- Скрининг штаммов психротолерантных дрожжей по продуктивности при культивировании на питательных средах, приготовленных из:
а) используемых в промышленности сульфитных щелоков и мелассы;
в) перспективных для промышленности вторичных ресурсов переработки растительного сырья.
Определение ферментативной активности психротолерантных дрожжей при культивировании на перспективных для промышленности питательных средах из вторичных ресурсов переработки растительного сырья.
Разработка технологических параметров обогащения свекловичного жома кормовым белком методом твердофазной глубинной ферментацией психротолерантных дрожжей
Научная новизна. Научно обоснована целесообразность культивирования психротолерантных дрожжей вида Debaryomyces hansenii и Guehomyces pullulans на питательных средах из вторичных ресурсов переработки растительного сырья: сульфитных щелоках, мелассе и свекловичном жоме. Впервые показано, что дрожжи вида D.hansenii и G.pullulans обладают полиферментативной актвностью, в частности, - фруктофуразидазной, пектиназной, целлюлазной, целлобиазной и ксиланазной активностями при температурах культивирования от 15 до 25 оС.
Выявлена способность дрожжей штаммов D. hansenii H4651 и G. pullulans
KB1-34 ассимилировать олигомерные фрагменты ксиланов и глюказанов
клетчатки, а также пектиновые вещества свекловичного жома с высоким выходом биомассы при температуре 20 оС.
Показано, что применение дрожжей штамма D.hansenii H4651 при температуре культивирования 20 о С на сульфитных щелоках эффективней применения дрожжей рода Candida, которые культивируются при 36 оС.
Установлено, что дрожжи щтаммов D.hansenii H4651 и G.pullulans KB1-34 эффективно культивируются при температуре 20о С на питательных средах из мелассы без дополнительного источника азота, ассимилируя бетаин и минеральный азот, присутствующий в мелассе.
Практическая значимость работы.
Полученные результаты исследований открывают возможность
производства биопродуктов и, в частности, кормового белка на основе биомассы
психротолератных дрожжей штаммов D. hansenii H4651 и G. pullulans KB1-34, .
Замена в биотехнологическом производстве дрожжей рода Candida на дрожжи
штаммов D. hansenii H4651 и G. pullulans KB1-34 позволит снизить энергетические
затраты на производство комового белка. Применение дрожжей штаммов D.
hansenii H4651 и G. pullulans KB1-34 позволяет обогатить свекловичный жом
белком достаточно экономичным способом - твердофазной глубинной
ферментацией. При этом свекловичный жом насыщается дрожжевыми
витаминами, клеточная стенка дрожжей служит адсорбентом микотоксинов.
Применение дрожжей штамма D hansenii штамм H4651.для утилизации остаточных органических веществ в последрожжевой бражке позволит производить кормовой продукт, а также решать экологические и экономические проблемы дрожжевых заводов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: Биотехнологии в химико-лесном комплексе: материалы междунар. науч. конф. (Архангельск, 11-12 сентября 2014 года); Научные основы производства и обеспечения качества
биологических препаратов: материалы международной научно – практической
конференции посвященной 45–летию института, Щелково – 2014;
Вiotechnology: “State of the ART and prospects of Development”, Moscow: JSC “Expo – biochem - technologis”, D.I. Medeleyev university of chemistry and technology of Russia, 2015; XIV Международная конференция молодых ученых “Пищевые Технологии и Биотехнологии (г. Казань, 2015 г.); XV Международная конференция молодых ученых “Пищевые Технологии и Биотехнологии (г. Казань, 2016 г.).
Положения, выносимые на защиту.
- Обоснование целесообразности применения психротолерантных дрожжей вида D. hansenii и G. pullulans в технологии биоконверсии вторичных ресурсов переработки растительного сырья: сульфитных щелоков, свекловичной мелассы, пектиновых веществ, ферментализатов клетчатки
-Установленные закономерности проявления ферментативной активности психротолерантных дрожжей вида D. hansenii G. pullulans при температурах культивирования от 15 до 25 оС на питательных средах, приготовленных из промышленных свекловичной мелассы, пектиновых веществ, ферментализатов клетчатки.
-Полученные закономерности утилизации органических и минеральных веществ после дрожжевой бражки психротолерантными дрожжами вида D. hansenii и G. pullulans при температурах культивирования от 15 до 25 оС
-Технологические параметры и принципиальная технологическая схема обогащения свекловичного жома кормовым белком твердофазной глубинной ферментацией психротолерантных дрожжей вида D. hansenii и G. pullulans при температурах культивирования от 15 до 25 оС.
Печатные труды. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 7 статей, рекомендованных к изданию ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и библиографического списка, содержащего 207 источников, в том числе 122 иностранных источников. Работа изложена на 167 страницах машинописного текста и включает 34 таблицы, 60 рисунков и 3 приложения.