Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время традиционное сельскохозяйственное производство высококачественного белка в виде продукции животноводства и птицеводства практически достигло предела своих возможностей. В связи с этим, в условиях быстрого роста численности населения планеты проблема дефицита и качества белковых продуктов не только все еще далека от решения, но и обостряется. На сегодняшний день население многих стран мира в разной степени испытывает «белковое голодание». Известно, что дефицит белка в питании является одним из главных факторов снижения средней продолжительности жизни.
В этих условиях одним из перспективных путей увеличения производства белка и других биологически ценных веществ может стать крупнотоннажное биотехнологическое производство мицелия базидиальных грибов способом глубинного культивирования с использованием различных растительных субстратов, включая отходы сельского хозяйства и пищевой промышленности.
Получение грибной биомассы в условиях глубинного культивирования при оптимальных условиях выращивания и составах питательных сред может стать экономически целесообразным и доступным способом получения высококачественного экологически чистого белка пищевого и кормового назначения. Грибной белок, как правило, характеризуется относительно сбалансированным аминокислотным составом и высоким содержанием незаменимых аминокислот. Перспективным является также использование глубинного мицелия в качестве посевного материала для выращивания плодовых тел некоторых видов грибов. При этом следует отметить, что выращивание биомассы глубинным способом по скорости процесса более чем на порядок выше, чем традиционное получение плодовых тел.
Существующие исследования по искусственному выращиванию грибов направлены на увеличение выхода целевых продуктов (биомассы, белка, аминокислот) (Дворнина, 1990), создание грибного аромата, разработку новых относительно дешевых и простых питательных сред. Вариантами этих направлений могут быть также поиск или создание новых промышленных штаммов грибов (Стахеев, 1991), оптимизация качественного и количественного состава питательных сред, совершенствование конструкций биореакторов для глубинного культивирования мицелия базидиальных грибов. Решение данных задач будет также способствовать решению другой важной проблемы – утилизации существующих отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности, в первую очередь - крахмалсодержащего сырья.
Таким образом, разработка биотехнологий глубинного культивирования базидиальных грибов, в т.ч. технологий выращивания грибной биомассы с целью получения белковых пищевых и кормовых продуктов, а также биологически активных веществ, является актуальной проблемой. Одним из перспективных видов базидиальных грибов, пригодных для выращивания биомассы
мицелия способом глубинного культивирования, является Laetiporus sulphureus – серно-желтый трутовик (СЖТ).
Цель работы: исследование закономерностей глубинного культивирования мицелия L. sulphureus на крахмалсодержащих питательных средах, разработка технологических режимов выращивания биомассы и оценка возможностей ее использования для получения белковых пищевых и кормовых продуктов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить физиологические и морфологические особенности мицелия штамма L. sulphureus при выращивании в поверхностных и глубинных условиях на крахмалсодержащих питательных средах;
- определить кинетические и продукционные показатели накопления биомассы мицелия в условиях глубинного периодического культивирования;
- изучить и отработать режимы периодического и непрерывного хемостатного культивирования в лабораторном биореакторе, пригодные для реализации технологического процесса получения биомассы мицелия;
- изучить химический состав и провести оценку безвредности биомассы мицелия;
- исследовать аминокислотный состав белков мицелия, определить их биологическую ценность и возможность использования биомассы мицелия в качестве белковых пищевых добавок;
- разработать технологию опытного производства биомассы мицелия серно-желтого трутовика и дать оценку ее основных технико-экономических показателей.
Объект исследований: штамм чистой культуры мицелия ксилотрофного базидиомицета Laetiporus sulphureus и процессы выращивания его биомассы в режимах глубинного культивирования.
Предмет исследований: условия и закономерности накопления биомассы мицелия L. sulphureus при глубинном культивировании, технологические режимы и технология опытного производства по выращиванию биомассы на крахмалсодержащих средах с целью получения белковых пищевых и кормовых продуктов.
Научная новизна: впервые установлены закономерности выращивания биомассы мицелия исследуемого штамма-продуцента Laetiporus sulphureus в глубинной культуре в периодических условиях и в режиме непрерывного культивирования при максимальной продуктивности по биомассе; определены основные кинетические и продукционные характеристики роста мицелия на средах с высокими концентрациями крахмала (до 30 г/л); изучены и описаны культурально-морфологические особенности поверхностного и глубинного мицелия, необходимые для идентификации и технологического контроля процессов культивирования.
Исследован химический состав биомассы глубинного мицелия. Показано, что белки и липиды мицелия характеризуются высокой биологической ценностью: в белках содержатся все незаменимые аминокислоты, а их доля в суммарном содержании всех аминокислот почти на 30 % выше, чем в эталонном белке по ФАО ВОЗ; в липидах преобладают ненасыщенные жирные кислоты – не менее 75 %. Это позволяет рекомендовать биомассу Laetiporus sulphureus для использования в качестве пищевых добавок.
Практическая ценность работы: на основании проведенных исследований разработаны технологические режимы выращивания биомассы штамма-продуцента Laetiporus sulphureus в глубинных периодических условиях отъемно-доливным способом и режим непрерывного хемостатного культивирования при максимальной продуктивности по биомассе. Разработана технология опытного производства биомассы мицелия с высоким содержанием белка. Установлена безвредность биомассы и возможность ее использования в качестве белковых пищевых добавок для обогащения высококачественным белком пищевых продуктов, а также в качестве посевного материала для биоконверсии растительных субстратов с получением кормовых продуктов, обогащенных белком.
Положения, выносимые на защиту: в рамках специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе бионанотехнологии) по п. 3. «Изучение и разработка технологических режимов выращивания микроорганизмов - продуцентов, культур тканей и клеток растений и животных для получения биомассы, ее компонентов, продуктов метаболизма, направленного биосинтеза биологически активных соединений и других продуктов, изучение их состава и методов анализа, технико-экономических критериев оценки, создание эффективных композиций биопрепаратов и разработка способов их применения» на защиту выносятся:
– экспериментально установленные закономерности и количественные характеристики выращивания штамма-продуцента L. sulphureus в глубинной культуре на крахмалсодержащих средах (максимальная удельная скорость роста m = (0,062 ± 0,005) ч-1, субстратная константа Кs = (4,3 ± 0,3) г/л, экономический коэффициент Ys = 0,41 ±0,03;
– характеристики культуральных и морфологических особенностей глубинного мицелия штамма L. sulphureus, выращенного в режиме периодического культивирования;
– результаты изучения химического состава глубинного мицелия, доказывающие высокую биологическую ценность биомассы и возможность её использования для обогащения белком различных пищевых продуктов;
– технологические режимы выращивания биомассы мицелия в периодических условиях отъемно-доливным способом и режим непрерывного хемостатного культивирования, технические условия на продукт, исходные данные для проектирования и основные технико-экономические показатели технологии опытного производства.
Апробация работы: основные положения диссертационной работы и результаты исследований представлены на конференциях: Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы химико-лесного комплекса: проблемы и решения» (г. Красноярск 2006, 2010, 2011 гг.); Международной школе-конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (г. Абакан 2005 г.); IV съезде Общества биотехнологов России имени Ю.А. Овчинникова (г. Пущино 2006 г.); Международной научно-практической конференции «Биотехнология: вода и пищевые продукты» (г. Москва, 2008 г.); Всероссийской на научно-практической конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (Красноярск, 2012 г.); Всероссийском молодежном образовательном форуме «Селигер-2010», (Зворыкинский проект: Инновации и техническое творчество).
Работа также выполнялась при финансовой поддержке грантов: Красноярского краевого фонда науки «Индивидуальные гранты для молодых ученых» (17 G) №17G158 в 2007 году, (18 G) № 18G177 в 2008 г.
Вклад автора: Планирование и проведение экспериментов по исследова-нию кинетических и продукционных характеристик культуры; обработка и ана-лиз результатов; разработка технологии опытного производства, подготовка публикаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях перечня ВАК.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,
Похожие диссертации на Технология выращивания биомассы мицелия серно-желтого трутовика Laetiporus sulphureus в условиях глубинного культивирования с целью получения белковых пищевых добавок
