ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
На третьем этапе работы был охарактеризован химический состав следующих целлюло-зосодержащих отходов: пивная дробина, твердый остаток после экстракционного извлечения белка из соевого шрота, кофейный шлам. Исследован процесс ферментативного гидролиза пивной дробины при использовании ферментных препаратов грибов и мультиэнзимных композиций. На основании изучения химического состава пивной дробины и анализа данных научной и патентной литературы, проведенного на предыдущих этапах проекта, была разработана модель подготовки пивной дробины, как целлюлозосодержащего сырья, для его биотрансформации, а также модели мультиэнзимных композиций для его ферментативного гидролиза, которые различались по активности ферментов целлюлазы и присутствием фермента протеазы, и выбраны оптимальные варианты, включающие целлюлазу с высокой активностью, ксиланазу, β-глюканазу и нейтральную протеазу. Проведены экспериментальные исследования по переработке жиросодержащих отходов мясокомбинатов. Из данной группы отходов выделены автохтонные бактерии и грибы, облада-ющие высокой липолитической активностью, свойства которых были изучены и была оценена перспективность их использования для биоконверсии жировых отходов. Одновременно были изучены свойства ряда культур (из коллекции каф. биотехнологии РХТУ им. Менделеева) как потенциальных продуцентов кормового белка из жиросодержащих отходов. Исследована возможность улучшения показателей роста дрожжей Y. lipolytica путем ис-пользования оптимальных воздействий факторов окислительного стресса (пероксида водорода). Показано, что адаптация дрожжей к внесению оптимальных доз H2O2 в оптимальном физиологическом состоянии и использование посевного материала, полученного по оптимальному режиму (с уменьшением времени внесения пероксида водорода) при периодическом культивировании дрожжей на жировой питательной среде позволяет увеличить выход биомассы на 10%, среднюю удельную скорость роста на 30%, а также содержание белковых веществ в конечном продукте на 16,7%, т.е. адаптация дрожжей к окислительному стрессу не только существенно повышает ростовые характеристики культуры, но и улучшает качество продукта. При использовании дрожжей Y. lipolytica для биодеструкции жировых отходов целесообразно применение как отъемно-доливного, так и непрерывного методов культивирования, причем без существенных изменений качества получаемой биомассы. На основе проведенных исследований разработана принципиальная технологическая схема биоконверсии жиросодержащих отходов мясопереработки в дрожжевую биомассу кормового назначения, включающая: использование адаптированного к субстрату и к воздействию пероксида водорода микроорганизма; предобработку питательной среды ультразвуком для диспергирования жира; стадию ферментации в непрерывном или отъемно-доливном режиме; концентрирование биомассы методом отстаивания и сушку. Изучены процессы ферментации рекомбинантного продуцента рибофлавина в режиме с подпиткой в условиях одновременного воздействия пероксида водорода и видимого света. Показана перспективность данного подхода для длительного поддержания высокой физиологической активности продуцента и повышения уровня накопления рибофлавина в ферментационной среде. Показана зависимость результатов ферментации от уровня освещения среды видимым светом и от высокого уровня аэрации среды, способствующих образованию продуктов окисления с прооксидантными свойствами, негативно влияющими на накопление биомассы продуцента и синтез рибофлавина; отработана методика изучения генетического ответа на действие факторов окислительного стресса на примере рекомбинантных штаммов рибофлавина. Сделан вывод, что при совершенствовании процессов биосинтеза биологических веществ необходимо учитывать как антиоксидантное, так и прооксидантное действие факторов окружения, в том числе компонентов питания и продуктов метаболизма, ингибирующих биосинтез. Результаты экспериментов с химическими антиоксидантами показали, что их применение позволяет повысить выход рибофлавина. Наибольшее благоприятное воздействие на биосинтез рибофлавина оказывает внесение аскорбиновой кислоты. Также благоприятно влияет внесение биотина в среду культивирования и поддержание невысокого уровня аэрации в ферментационной среде. Изучены процессы роста каротинсинтезирующих дрожжей Rh. rubra и накопления ими каротиноидов в условиях освещения среды видимым светом различной длины волны и внесения пероксида водорода. Показано, что изменения в накоплении биомассы дрожжей Rh. rubra и каротиноидов во многом аналогичны при освещении среды синим светом и при внесе-нии пероксида водорода и освещении среды обычным белым светом. При пассивировании дрожжей р. Rhodotorula при культивировании на обогащенных питательных средах синее освещение или внесение пероксида водорода оказывает стимулирующее действие на каротино-генез исследуемых микроорганизмов, в отличие от культивирования на обедненных средах, где положительный эффект наблюдается только в первом пассаже. При этом культуры, индуцированные исследуемым фактором воздействия, сохраняют свою биосинтетическую активность на протяжении четырех последовательных пересевов после исключения фактора стрессорного воздействия. Полученные с дрожжами р. Rhodotorula закономерности интерпретированы как следствие совокупности прооксидантных и антиоксидантных свойств каротиноидов, зависящих от фото-химических реакций, протекающих при участии видимого света, стимулирования синтеза каротиноидов светом среднего диапазона спектра (зеленым, желтым), прооксидантного действия света, проявляемого в виде увеличения количества окисленных продуктов фотохимической трансформации веществ, в частности, каротиноидов, антиоксидантного действия света, проявляемого через механизм стимулирования синтеза каротиноидов и фоторепарацию. При этом механизмы воздействия синего света и пероксида водорода схожи между собой. Результаты исследований дрожжами р. Rhodotorula могут быть использованы для разработки способа управления процессом культивирования, позволяющим подобрать оптимальные условия получения микробной биомассы, обогащенной как совокупным комплексом каротиноидных пигментов, так и индивидуальными каротиноидами. В исследованиях биологической трансформации азота и фосфора в SB-реакторе в условиях контролируемого окислительного стресса показано, что добавление пероксида водорода к активному илу SB-реактора приводит к улучшению очистки сточных вод по всем измеренным показателям. Его внесение на фоне освещения среды способствует лучшему усвоению фосфора и азота в аэробной фазе процесса и позволяет сильнее удерживать их в клетках в ходе анаэробной фазы. Показанная возможность улучшения качества биологической очистки по показателям ХПК, содержанию азота и фосфора с внесением пероксида водорода и освещением среды создает основу для разработки двухстадийного метода удаления органических загрязнений и биогенных элементов с проточным аэробным реактором на первой стадии и циклическим SB-реактором – на второй стадии.