Биоконверсия растительного сырья реферат

Обновлено: 02.07.2024

Человечество в процессе жизнедеятельности безусловно влияет на различные экологические системы. Примерами таких, чаще всего опасных, воздействий является осушение болот, вырубание лесов, уничтожение озонового слоя, поворот течения рек, сброс отходов в окружающую среду. Этим самым человек разрушает сложившиеся связи в устойчивой системе, что может привести к её дестабилизации, то есть к экологической катастрофе.
В работе мы рассмотрим одну из проблем влияния человека на окружающую среду — проблему городских отходов.

Содержание

1. Введение
2. Масштабы загрязнения.
3. Пути решения проблемы.
4.Биоконверсия органических отходов
5. Заключение.

Вложенные файлы: 1 файл

отходы экология.docx

1.1 Биоконверсия с помощью бактерий и грибов

Особого внимания заслуживают способы прямой биоконверсии продуктов фотосинтеза и их производных в белок с помощью грибов. Эти организмы благодаря наличию мощных ферментных систем способны утилизировать сложные растительные субстраты без предварительной обработки. Исследования условий биоконверсии растительных субстратов в микробный белок активно ведутся в США, Канаде, Индии, Финляндии, Швеции, Великобритании и других странах мира. Однако в литературе сведения о широкомасштабном производстве белков микробного происхождения немногочисленны. Наиболее известным и доведенным до стадии промышленной реализации является процесс "Ватерлоо", разработанный в университете Ватерлоо в Канаде. Это процесс, основанный на выращивании целлюлозоразрушающих грибов Chaetomium cellulolyticum, можно осуществлять как в глубинной культуре, так и поверхностным методом. Содержание белка в конечном продукте (высушенном грибном мицелии) составляет 45%. Финская фирма "Тампелла" разработала технологию и организовала производство белкового кормового продукта "Пекило" на отходах целлюлозно-бумажного производства. Продукт содержит до 60% протеина с хорошим аминокислотным профилем и значительное количество витаминов группы В.

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) и Рутгерского университета (США) обнаружили, что бактерия Zymomonas mobilis, выделяемая из пальмового вина и мексиканского алкогольного напитка пульке, сбраживает сахара вдвое быстрее, чем дрожжи. Этот вид также подвергается геномной модификации, которая позволит разлагать целлюлозу с одновременным сбраживанием сахаров, получающихся в ходе деградации.

В условиях строгого анаэробиоза можно осуществлять биометаногенез ароматических соединений. Этот процесс, надо полагать, широко распространен в природе, особенно в отходах и сточных водах, а также при конверсии некоторых биоцидов. По наблюдениям, в этом процессе участвуют несколько видов микробов, ответственных за различные стадии деградации ароматических колец до ацетата, который является одним из субстратов для метанобактерий (иными словами, его дегидрирование дает электроны, требующиеся для восстановления двуокиси углерода в метан). Среди бактерий видов превалируют, судя по всему, Methanobacterium formicicum и Methanospirillum hungati. Ферри и Вольфу удалось их вывести в чистые культуры.

Бензольное кольцо сначала восстанавливается и затем разрезается на алифатические кислоты под действием грамотрицательных микроорганизмов. Последние превращаются в субстраты, используемые метанобактериями. Образующиеся электроны, вероятно, способствуют образованию водорода, который восстанавливает СО2 в СН4.

Разложение бензольного кольца в метан в процессе анаэробиоза не является правилом. Например, в рубце жвачных животных бензоат и ароматические кислоты, получающиеся за счет деградации целлюлозы, не приводят к образованию метана; их можно обнаружить в моче и виде гиппуратов и других сходных соединений. В природных условиях ароматические соединения получаются при медленном разложении таннинов и лигнина главным образом благодаря внеклеточным микробным ферментам.

Так как лигнины и таннины составляют значительную часть почвенного органического материала, метаногенез этих полимеров - важный процесс в углеродном цикле биосферы.

Одним их отходов сельского хозяйства является солома. Эти отходы трудно использовать, так как скорость разложения соломы невелика. Лучшая утилизация - инокулирование её ассоциацией целлюлолитических грибов, азотфиксирующих и полисахаридообразующих бактерий. В таком виде солому можно запахивать в землю как органическое удобрение, а можно через определенное время использовать как высокобелковый витаминизированный корм.

1.2 Биологический гидролиз

Также можно проводить гидролиз биологическим способом, с помощью ферментов, выделяемых грибами видов Trichoderma, Aspergillus, Sporotrichum. Далее при использовании дрожжей можно получить спирт, при использовании бактерий Klebsiella или Aeromonas - бутанол. Ряд микроорганизмов рода Clostridium могут продуцировать уксусную и молочную кислоты, лактат, ацетон из опилок, соломы, отходов сахарного тростника. С помощью Trichoderma reesii биомасса разлагается до сахаров.

Наиболее крупным производителем сырья для гидролизной промышленности являются деревообрабатывающие предприятия, отходы которых достигают ежегодно десятки миллионов тонн. К сожалению, нерационально или не используются вообще отходы производства лубяных волокон (из льна и конопли), картофелекрахмального производства, пивоваренной, плодоовощной, консервной промышленности, свекловичный жом.

Ещё один вид технологии состоит в прямом сбраживании целлюлозными бактериями гексоз и пентоз, образующихся при гидролизе целлюлозы и гемицеллюлоз. Преимущества этой технологии заключаются в следующем: помимо одновременной конверсии целлюлоз и пентоз в этанол происходит комбинация целлюлозного и спиртового брожения, а, кроме того, необходимая предварительная обработка субстратов сводится к минимуму.

Не менее важным продуктом биоконверсии целлюлозосодержащих отходов является глюкоза, которую в зависимости от чистоты и экономической эффективности процесса используют в медицине, пищевой промышленности, тонкой химической технологии или технической микробиологии.

1.3 Получение биотоплив при помощи биоконверсии

Процесс биоконверсии целлюлозосодержащих отходов может быть ориентирован на получение биоэтанола, который является потенциальным источником возобновляемой энергии. Биоэтанол во многих странах мира используется как экологически чистая биоприсадка к бензинам, получаемая из зерновых культур. Помимо экологической выгоды (уменьшение выбросов на 30%) применение биоэтанола повышает октановое число топлива, увеличивая эффективность работы двигателя. Поэтому производству биоэтанола во всем мире уделяется огромное внимание. Например, только в США действуют 134 завода по производству биоэтанола. Их производственные мощности позволяют выпускать 27,4 млрд. литров топливного этанола ежегодно. Еще 77 заводов, общей мощностью 23,5 млрд. литров находятся в стадии строительства. Ожидаемый объем потребления биоэтанола в США в 2020 г. составит 111,4 млрд. литров. Термофилия определенных штаммов Clostridium (при оптимальной температуре роста 65--75° С) создает известные преимущества, так как стоимость перегонки этилового спирта и других растворителей уменьшится, а это сделает производственный процесс более экономичным. В таблице 1 представлены некоторые виды переработки биомассы.

Промышленное получение технических ферментов. Биоконверсия с помощью бактерий и грибов. Процесс биоконверсии целлюлозосодержащих отходов. Технологии переработки биомассы для энергетических целей. Микробная деградация и конверсия целлюлоз и гемицеллюлоз.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 25.12.2011
Размер файла 29,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Растительная биомасса - возобновляемый и легкодоступный источник сырья. Основные ее компоненты - целлюлоза (2/3), крахмал, гемицеллюлоза, лигнин. Лигнин - высокомолекулярный нерастворимый трехмерный неупорядоченный ароматический полимер. Целлюлоза - высокомолекулярный нерастворимый полимер глюкозы. Она является главным компонентом как растительной биомассы, так и сельскохозяйственных, бытовых отходов, а также отходов деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности.

Суть технологии биоконверсии заключается в следующем: сырьевые компоненты (отходы) содержащие сложные полисахариды - пектиновые вещества, целлюлозу, гемицеллюлозу и др. подвергаются воздействию комплексных ферментных препаратов, содержащих пектиназу, гемицеллюлазу и целлюлазу. Ферменты представляют собой очищенный внеклеточный белок и способны к глубокой деструкции клеточных стенок и отдельных структурных полисахаридов, т.е. осуществляется расщепление сложных полисахаридов на простые с последующим построением на их основе легко усвояемого кормового белка.

Другими словами, трудно усваиваемое сырье переходит в легко усваиваемую животными форму путем расщепления неусваиваемой молекулы белка на простые аминокислоты.

В качестве исходных сырьевых компонентов могут быть использованы следующие отходы:

1. Растительные компоненты сельскохозяйственных культур: стебли зерновых и технических культур, корзинки и стебли подсолнечника, льняная костра, стержни кукурузных початков, картофельная мезга, трава бобовых культур, отходы сенажа и силоса, отходы виноградной лозы, чайных плантаций, стебли табака.

2. Отходы зерноперерабатывающей промышленности: отруби, отходы при очистке и сортировке зерновой массы (зерновые отходы), зерновая сорная примесь, травмированные зерна, щуплые и проросшие зерна, семена дикорастущих растений, некондиционное зерно.

3. Отходы консервной,винодельческой промышленности фруктовые отходы: кожица, семенные гнезда, дефектные плоды, вытерки и выжимки, отходы винограда, отходы кабачков, обрезанные концы плодов, жмых, дефектные кабачки, отходы зеленого горошка (ботва, створки, россыпь зерен, битые зерна, кусочки листьев, створки), отходы капусты, свеклы, моркови, картофеля.

4. Отходы сахарной промышленности: свекловичный жом, меласса, рафинадная патока, фильтрационный осадок, свекловичный бой, хвостики свеклы.

5. Отходы пивоваренной и спиртовой промышленности: сплав ячменя (щуплые зерна ячменя, мякина, солома и др. примеси), полировочные отходы, частицы измельченной оболочки, эндосперма, битые зерна, солодовая пыль, пивная дробина, меласса, крахмалистые продукты (картофеля и различных видов зерна), послеспиртовая барда, бражка.

6. Отходы чайной промышленности: чайная пыль, сметки, волоски, черешки.

7. Отходы эфирно-масличной промышленности: отходы травянистого и цветочного сырья.

8. Отходы масло - жировой промышленности: подсолнечная лузга, хлопковая шелуха.

9. Отходы кондитерской и молочной промышленности.

Таким образом, любое растительное сырье и его производные, как лигноцеллюлозный источник, доступны для микробиологической биоконверсии в углеводно-белковые корма и кормовые добавки.

1. Биоконверсия целлюлозных отходов

Биоконверсия представляет собой естественный способ утилизации целлюлозосодержащих отходов, основанный на разрушении органического субстрата микроорганизмами. Она позволяет решить две основные задачи: создание экономически выгодного процесса производства целевого продукта и утилизацию потенциальных экологических загрязнителей.

С помощью биологических катализаторов (ферментов) микроорганизмы расщепляют целлюлозу с образованием целого комплекса ценных технических продуктов. В зависимости от поставленной цели такими продуктами могут быть технические ферменты (целлюлазы), глюкоза или биоэтанол.

Промышленное получение технических ферментов является экологически и экономически выгодным. Об этом свидетельствует возрастающий объем продаж технических ферментов на мировом рынке, который увеличивается с ежегодной динамикой в 10%.

Наиболее широко используемыми ферментами являются протеазы (45%) и карбогидразы (более 32%), в том числе целлюлазы, глюканазы и гемицеллюлазы (ксиланазы). В настоящее время эти ферментные препараты находят широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве - в качестве компонентов моющих средств, для обработки текстильных изделий, в производстве первичной и вторичной целлюлозы; в пищевой промышленности (производстве спирта, пивоварении, кондитерской, хлебопекарной и мясомолочной промышленности), в качестве кормовых добавок.

Стоимость получаемых технических ферментов зависит от затрат, производимых при их производстве. В значительной степени цена конечного продукта - фермента определяется стоимостью среды, на которой культивируют штамм-продуцент. Поэтому для получения технических ферментов обычно используют дешевые и доступные субстраты, основным компонентом которых является целлюлоза или целлюлозосодержащие субстраты

В основе биологической деградации лигноцеллюлозы лежит действие целлюлолитических ферментов. Реакционная способность природных целлюлозосодержащих материалов невелика, поэтому сырье для ферментативного осахаривания целлюлозы должно иметь большую поверхность, а микрофибриллярная структура целлюлозы должна быть разрушена. Реакционную способность природных субстратов также снижает наличие лигнина. Наиболее эффективным, а также дорогим и энергоемким способом предварительной подготовки сырья является размол. Поэтому для предобработки используют воздействие 0.5-2% растворов щелочи, гамма-облучение, механо-термообработку в разбавленной серной кислоте с последующей экстракцией лигнина и др. методы.

1.1 Биоконверсия с помощью бактерий и грибов

Особого внимания заслуживают способы прямой биоконверсии продуктов фотосинтеза и их производных в белок с помощью грибов. Эти организмы благодаря наличию мощных ферментных систем способны утилизировать сложные растительные субстраты без предварительной обработки. Исследования условий биоконверсии растительных субстратов в микробный белок активно ведутся в США, Канаде, Индии, Финляндии, Швеции, Великобритании и других странах мира. Однако в литературе сведения о широкомасштабном производстве белков микробного происхождения немногочисленны. Наиболее известным и доведенным до стадии промышленной реализации является процесс "Ватерлоо", разработанный в университете Ватерлоо в Канаде. Это процесс, основанный на выращивании целлюлозоразрушающих грибов Chaetomium cellulolyticum, можно осуществлять как в глубинной культуре, так и поверхностным методом. Содержание белка в конечном продукте (высушенном грибном мицелии) составляет 45%. Финская фирма "Тампелла" разработала технологию и организовала производство белкового кормового продукта "Пекило" на отходах целлюлозно-бумажного производства. Продукт содержит до 60% протеина с хорошим аминокислотным профилем и значительное количество витаминов группы В.

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) и Рутгерского университета (США) обнаружили, что бактерия Zymomonas mobilis, выделяемая из пальмового вина и мексиканского алкогольного напитка пульке, сбраживает сахара вдвое быстрее, чем дрожжи. Этот вид также подвергается геномной модификации, которая позволит разлагать целлюлозу с одновременным сбраживанием сахаров, получающихся в ходе деградации.

В условиях строгого анаэробиоза можно осуществлять биометаногенез ароматических соединений. Этот процесс, надо полагать, широко распространен в природе, особенно в отходах и сточных водах, а также при конверсии некоторых биоцидов. По наблюдениям, в этом процессе участвуют несколько видов микробов, ответственных за различные стадии деградации ароматических колец до ацетата, который является одним из субстратов для метанобактерий (иными словами, его дегидрирование дает электроны, требующиеся для восстановления двуокиси углерода в метан). Среди бактерий видов превалируют, судя по всему, Methanobacterium formicicum и Methanospirillum hungati. Ферри и Вольфу удалось их вывести в чистые культуры.

Бензольное кольцо сначала восстанавливается и затем разрезается на алифатические кислоты под действием грамотрицательных микроорганизмов. Последние превращаются в субстраты, используемые метанобактериями. Образующиеся электроны, вероятно, способствуют образованию водорода, который восстанавливает СО2 в СН4.

Разложение бензольного кольца в метан в процессе анаэробиоза не является правилом. Например, в рубце жвачных животных бензоат и ароматические кислоты, получающиеся за счет деградации целлюлозы, не приводят к образованию метана; их можно обнаружить в моче и виде гиппуратов и других сходных соединений. В природных условиях ароматические соединения получаются при медленном разложении таннинов и лигнина главным образом благодаря внеклеточным микробным ферментам.

Так как лигнины и таннины составляют значительную часть почвенного органического материала, метаногенез этих полимеров - важный процесс в углеродном цикле биосферы.

Одним их отходов сельского хозяйства является солома. Эти отходы трудно использовать, так как скорость разложения соломы невелика. Лучшая утилизация - инокулирование её ассоциацией целлюлолитических грибов, азотфиксирующих и полисахаридообразующих бактерий. В таком виде солому можно запахивать в землю как органическое удобрение, а можно через определенное время использовать как высокобелковый витаминизированный корм.

1.2 Биологический гидролиз

Также можно проводить гидролиз биологическим способом, с помощью ферментов, выделяемых грибами видов Trichoderma, Aspergillus, Sporotrichum. Далее при использовании дрожжей можно получить спирт, при использовании бактерий Klebsiella или Aeromonas - бутанол. Ряд микроорганизмов рода Clostridium могут продуцировать уксусную и молочную кислоты, лактат, ацетон из опилок, соломы, отходов сахарного тростника. С помощью Trichoderma reesii биомасса разлагается до сахаров.

Наиболее крупным производителем сырья для гидролизной промышленности являются деревообрабатывающие предприятия, отходы которых достигают ежегодно десятки миллионов тонн. К сожалению, нерационально или не используются вообще отходы производства лубяных волокон (из льна и конопли), картофелекрахмального производства, пивоваренной, плодоовощной, консервной промышленности, свекловичный жом.

Ещё один вид технологии состоит в прямом сбраживании целлюлозными бактериями гексоз и пентоз, образующихся при гидролизе целлюлозы и гемицеллюлоз. Преимущества этой технологии заключаются в следующем: помимо одновременной конверсии целлюлоз и пентоз в этанол происходит комбинация целлюлозного и спиртового брожения, а, кроме того, необходимая предварительная обработка субстратов сводится к минимуму.

Не менее важным продуктом биоконверсии целлюлозосодержащих отходов является глюкоза, которую в зависимости от чистоты и экономической эффективности процесса используют в медицине, пищевой промышленности, тонкой химической технологии или технической микробиологии.

биоконверсия целлюлозосодержащий биомасса фермент

1.3 Получение биотоплив при помощи биоконверсии

Процесс биоконверсии целлюлозосодержащих отходов может быть ориентирован на получение биоэтанола, который является потенциальным источником возобновляемой энергии. Биоэтанол во многих странах мира используется как экологически чистая биоприсадка к бензинам, получаемая из зерновых культур. Помимо экологической выгоды (уменьшение выбросов на 30%) применение биоэтанола повышает октановое число топлива, увеличивая эффективность работы двигателя. Поэтому производству биоэтанола во всем мире уделяется огромное внимание. Например, только в США действуют 134 завода по производству биоэтанола. Их производственные мощности позволяют выпускать 27,4 млрд. литров топливного этанола ежегодно. Еще 77 заводов, общей мощностью 23,5 млрд. литров находятся в стадии строительства. Ожидаемый объем потребления биоэтанола в США в 2020 г. составит 111,4 млрд. литров. Термофилия определенных штаммов Clostridium (при оптимальной температуре роста 65--75° С) создает известные преимущества, так как стоимость перегонки этилового спирта и других растворителей уменьшится, а это сделает производственный процесс более экономичным. В таблице 1 представлены некоторые виды переработки биомассы.

Для биоконверсии углеводов растительного сырья используют различные микроорганизмы — бактерии, актиномицеты, дрожжи, микромицеты. Продукты биоконверсии растительного мира широко применяются в питании человека (хлеб, квашеные продукты, алкогольные и др. напитки, кислоты и т. д. ), в кормлении животных (силос, сенаж, дрожжи, продукты биосинтеза и др.), а также в производстве медикаментов, химикатов… Читать ещё >

Превращение микроорганизмами растительного сырья (биоконверсия) ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Во второй половине XX в. в мировой экономике остро стал ощущаться дефицит энергии, нищи и сырья для промышленности. Возникла угроза загрязнения окружающей среды. Эти явления приняли характер глобальных проблем.

Все больше мысль человека стала обращаться к продуктам фотосинтеза как возобновляемому и практически неисчерпаемому источнику энергии, как перспективному сырью для получения продуктов питания и производства различных материальных ценностей. Одновременно внимание было обращено на микроорганизмы как мощную и многообразную каталитическую систему, способную трансформировать природные органические вещества растительного происхождения в любые нужные человеку формы в технически несложных сооружениях, в управляемых, независимых от климата условиях, при сравнительно небольших затратах энергии и труда. Следовательно, целью биоконверсии является получение из недефицитного возобновляемого сырья пищевых и кормовых продуктов, жидких и газообразных видов топлива, химических продуктов и медикаментов, а также защита окружающей среды.

Следовательно, человечество с каждым годом все больше убеждается в том, что основное наше богатство — растительная биомасса (возобновляемые ресурсы органического вещества), которая ежегодно образуется в реакциях фотосинтеза в количестве 2* 10 м т по углероду или 3* I0 12 Гкал по запасенной энергии. При этом для питания человека требуется 0,5%, а для покрытия всех мировых энергетических нужд около 10% этой энергии.

Мощные фотосинтезирующие системы компенсированы столь же мощными гидролитическими системами, причем главным образом за счет ферментов микробного мира. Однако в природных условиях, например в почве, разрушение растительных остатков идет медленно — неделями и месяцами. Другое дело — биоконверсия в реакторах в управляемых условиях.

Под управляемой биоконверсией растительного сырья необходимо понимать превращение компонентов растительной массы микробиологическим или ферментативным путем в различные полезные вещества и продукты в регулируемых условиях.

Растительное сырье делят на растворимое и нерастворимое. Процессы ферментации наиболее изучены при биоконвсрсии растворимых субстратов. Известно много вариантов ферментационных процессов: глубинная и поверхностная ферментация; аэробная и анаэробная; периодическая и непрерывная; монокультурная и пол и культурная; спонтанная; мезофильная и термофильная ферментация и др.

Ферментация нерастворимых субстратов также существует в разных вариантах. Так, в сельском хозяйстве практикуют твердофазную ферментацию растительной массы в анаэробных условиях с целью консервирования кормов. Твердофазная ферментация представляет большой интерес при биоконверсии такого нерастворимого растительного сырья, каким является большинство крахмали целлюлозосодержащих сельскохозяйственных продуктов и отходов производства.

Важное значение в создании процессов получения нужных целевых продуктов методами биоконверсии имеет выбор растительного сырья. Прежде всего анализируются затраты энергии на получение этого сырья. Считают, что высоким выходом энергии отличаются травы (люцерна и др.), а поэтому получение различных продуктов из трав считается весьма перспективным направлением. Большой интерес представляет фракционирование зеленой массы с целью получения белковых концентратов кормового и особенно пищевого назначения.

Говоря о биоконвсрсии крахмалсодержащего сырья, необходимо отметить возможность получения белка из крахмала путем прямого культивирования на этих субстратах микробов с амилазной активностью, в том числе дрожжей.

В настоящее время интенсивно изучается энзимная биоконверсия целлюлозы. Это направление открывает перспективу получения из нее всех продуктов, которые сегодня производят из глюкозы.

Под прямой биоконверсией понимают аэробный или анаэробный процессы переработки растительного сырья с использованием микроорганизмов без предварительной его обработки химическими или биологическими методами.

Примерами способа прямой биоконверсии растительного сырья являются процессы твёрдофазного культивирования: выращивание микроорганизмов и высших грибов на растительном сырье с целью получения биологически активных веществ, а также компостирование растительных отходов, в том числе и с калифорнийскими червями, с целью получения органических удобрений. К способу прямой биоконверсии можно отнести процесс силосования растительного сырья, а также получение кормовых белковых добавок микробиологическим путём из зерносырья. В данном разделе представлены процессы выращивания микроорганизмов, базидиальных грибов на основе целлюлозо- и пентозансодержащего сырья, а также получение кормовых белковых добавок из зерносырья.

Прямая биоконверсия целлюлозо- ипентозансодержащегорастительного сырья микроорганизмами. Исследованы процессы прямой биоконверсии древесных и сельскохозяйственных отходов поверхностным и глубинным культивированием микроорганизмов, образующих ферментные системы, катализирующие расщепление целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина и хорошо растущих на лигноцеллюлозных материалах с целью обогащения их белком. Способ применяют в производстве целлюлолитических ферментов с использованием микроскопических грибов Trichoderma viride (Tr. reesei 18б2/КК).

В последнее время во многих странах мира возрос интерес к проблеме получения белка пищевого и кормового назначения путём культивирования различных микроорганизмов на твёрдых питательных средах, чаще всего на целлюлозосодержащих промышленных и городских отходах. Этот интерес обусловлен тем, что процесс получения белка на твёрдом питательном субстрате должен быть более экономически выгодным по сравнению с получением кормовых дрожжей на растительных гидролизатах, так как исключает дорогостоящий процесс кислотного гидролиза и ферментативного гидролиза, требующего специального получения ферментов.

Получение белка непосредственно на твёрдых растительных субстратах основано на способности ряда микроорганизмов благодаря синтезу ими комплекса целлюлолитических, окислительных и других ферментов усваивать компоненты растительных материалов и накапливать белок. По использованию целлюлозсодержащих растительных материалов для непосредственного синтеза белка микроорганизмами опубликовано большое количество работ. Значительная часть их обобщена в монографии Лобанка и Бабицкой [74] и отчётах ВНИИгидролиз. В качестве продуцентов белка различные авторы использовали бактерии, актиномицеты, дрожжи и грибы. В качестве субстратов применяли отходы сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности (багасса, картофельная мезга, солома, кукурузные стебли и кочерыжка, отходы от переработки овощей), целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности, а также бытовые отходы (газеты, бумага) и т.д.

Так, были проведены исследования по обогащению хлопковой шелухи белком путём поверхностного выращивания микроскопического гриба Sporotrichum pulverulentum. Хлопковая шелуха содержит 3-4% белка, содержание белка повышалось до 13% [68].

В Индии созданы процессы превращения отхода сахарного тростника в белковый корм посредством культивирования целлюлолитических бактерий Сellulomonas sp. [68].

При изучении механизма ферментативной деструкции целлюлозы с помощью актиномимцетов Thermjmjnjspora fusca и микроскопического гриба Sporotrichum pulverulentum было показано, что субстраты, содержащие лигнин и целлюлозу высокой кристалличности, менее пригодны для утилизации и дают продукт с меньшим содержанием белка. Так, при выращивании актиномицетов на еловой древесине получен белок 14,4% (время выращивания 6 суток), в то время как на целлобиозе – 59,0%. При выращивании микроскопического гриба на порошкообразной целлюлозе с высокой кристалличностью содержание белка составило 6,0%, на древесных отходах после механического размола – 13,8%, на аморфной целлюлозе – 32%, а на целлобиозе – 40,2%.

При глубинном выращивании микроскопических грибов Бабицкой с сотрудниками [66,75] проверено около 100 культур микроскопических грибов при росте на нативной соломе и соломе, обработанной паром. Содержание белка в продукте было от 14 до 21%. Наилучшие результаты получены с грибом Trichoderma lignorium.

Авторами сделан вывод, что такие микроорганизмы, как бактерии, актиномицеты, дрожжи и плесневые грибы используют в основном для получения белка на довольно простых целлюлозосодержащих субстратах. При использовании в качестве субстрата древесины эти микроорганизмы существенно уступают высшим дереворазрушающим грибам.

Выращивание плодовых тел грибов на древесине, отходах бумажного и сахарного производства в некоторых странах известно давно.

В Японии и Вьетнаме уже около 300 лет выращивают плодовые тела Lentinus edodes на древесных чурках. В Венгрии и Италии и других европейских странах выращивают плодовые тела грибов вешенка (Pleurotus ostreatus) на кукурузных стеблях, на пшеничной и рисовой соломе.

При глубинном культивировании мицелия грибов (Schizophyllum commune, Coriolus pubescens, Coriolus hirsutus, Pleurotus ostreatus) в суспензии опила осины (3% воздушно-сухих опилок, смешанных с минеральной средой Norkans в соотношении 1:1, рН 5,0-5,5, t=26-28оС, в течение 7-15 суток) растительно-грибной концентрат имел содержание белка 5,0-7,4%.

Изучен химический состав образцов шести штаммов мицелия вешенки в зависимости от условий культивирования, фазы роста и состава питательной среды.

Выращенный в одинаковых условиях мицелий изученных штаммов имеет сходный общий состав: от 3 до 5% связанной воды, от 6 до 7 % водорода органических соединений, от 39 до 42 % углерода, от 6 до 9 % азота и от 4 до 6 % золы на абсолютно сухую биомассу (АСБ).

Наблюдаются общие для всех изученных штаммов вешенки закономерности в изменении содержания белка (общего и легкорастворимого) в зависимости от состава среды и фазы роста мицелия. Имеют место колебания от 12 до 50 % от АСБ. Содержание липидов в мицелии различных штаммов колеблется незначительно и составляет от 2,7 до 6% от АСБ. В составе свободных липидов обнаружены жирные кислоты с числом углеродных атомов от 8 до 20. Олеиновая кислота составляет до 56% от суммы жирных кислот. Среди насыщенных кислот преобладают стеариновая (до 24%) и пальмитиновая (до 16%). Наблюдаются определенные изменения в соотношении жирных кислот при различных условиях культивирования.

Мицелий вешенки обыкновенной, выращенный в глубинных условиях, содержит витамины группы В: тиамин – от 6 до 18; рибофлавин – от 30 до 40; ниацин – от 300 до 600, пиридоксин – от 0,4 до 1,6 и биотин – от 0,14 до 0,18 мкг/г АСБ в зависимости от штамма.

Плодовые тела высших грибов, растущих на целлюлозосодержащих субстратах, а также и их мицелий содержат вещества, обладающие лечебными свойствами. Так, сок плодовых тел шампиньонов является активным бактерицидным веществом. Известно, что при эпидемиях брюшного тифа люди, систематически питавшиеся шампиньонами, как правило, не заболевали этой болезнью. Уже более 10 лет тому назад из плодовых тел шампиньона был получен антибиотик агаридоксин, который обладает сильными бактерицидными свойствами.

Многие растущие на деревьях грибы содержат противоопухолевые активные вещества. Например, из чаги получают препарат для профилактики онкологических заболеваний.

Вешенка по содержанию противоопухолевых активных веществ стоит на третьем месте после шиитаке и опенка летнего. Полисахаридые препараты на основе высших грибов широко используют в качестве биоиммунорегуляторов при многих заболеваниях.

На Западе сложилась отрасль фармацевтическая микология и сейчас там культивируют лекарственные грибы, как Lentinus edodes ? шиитаке, Ganoderma lucidum ? рейши, Grifola frondosa ? маи-таки и т.д. Из комбинаций мицелия этих грибов, выращенного глубинным способом, получают лекарственные препараты с широким спектром действия.

По последним данным полисахаридами из лисичек, которые назвали К-10, в Германии стали лечить заболевания печени. Уже получены первые статистические данные – хорошо поддаются лечению лисичками гемангиомы печени, жировое перерождение печени, гепатит С. Aнтигельминтный препарат "Лисички" – это вытяжка хиноманнозы, губительно действующей на гельминтов, их личинки и яйца.

В Японии производят полисахаридные препараты онкостатического действия: Крестин, выделяемый из Coriolus versicolor, Лентинан ? из шиитаки, Сонифилан ? из Schizophyllum commune и т.д.

Лекарственные препараты из плодовых тел грибов получают в Китае. В настоящее время в китайской медицине используют около 30 видов грибов.

В Белоруссии получают лекарственный препарат на основе культуральной жидкости шиитаке. На Украине производят 16 препаратов из грибов комплексного лечебного действия [78,79].

Таким образом, в настоящее время процесс прямой биоконверсии целлюлозо- и пентозансодержащего растительного сырья целесообразно использовать с целью получения пищевого белка путём поверхностного выращивания плодовых тел базидиальных грибов и глубинного выращивания их мицелия на прозрачных субстратах, атакже с целью получения лекарственных препаратов на их основе.

Читайте также: