CC BY
73
I П 0 f И в химии и химической технологии. Том ХХШ. 2009. №10(103)
■УДК 579.64
Д. В. Баурин, Е. В. Николюкина
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ МИКРОСКОПИЧЕСКИМИ ГРИБАМИ
The problem of byconversion of vegetative raw materials processing wastes is actual today. ta the department of biotechnology of MUCTR the technology of bioconversion of vegetative raw materials and the wastes of their processing into fodder products is worked out. The efficiency of microscopic fungi for bioconversion of the vegetative wastes concerned allows reaching substratum degradation degrees up to 60 %.
В настоящее время актуальной является проблема биоконверсии отходов переработки растительного сырья. На кафедре биотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева проводятся исследования по разработке технологии биоконверсии растительного сырья и отходов его переработки в продукты кормового назначения. Показана эффективность использования микроскопических грибов для биоконверсии растительных отходов, позволяющая достичь степени деструкции субстрата более чем на 60%.
В последнее время во всём мире существенное внимание уделяется разработке и внедрению технологий получения альтернативных источников энергии из возобновляемого сырья. Одним из наиболее перспективных подходов к решению данной проблемы является использование биотехнологического способа производства биотоплива (этанол, бутанол и др.), предполагающего использование гидролизатов растительного сырья[1]. Необходимо отметить, что такая технология подразумевает образование существенных количеств отходов - трудноутилизируемого шлама, который представляет собой опилкоподобную массу. По своему составу это комплекс различных соединений, в который входят лигнин растительной клетки и другие вещества лигногуминового комплекса, негидролизованные полисахариды, минеральные и органические кислоты, зольные элементы и др.. В зависимости от условий и типа гидролиза, состав образующегося отхода варьируется. Содержание лигнина колеблется в пределах 40-88 %, трудногидролизуемых полисахаридов от 13 до 45 % смолистых и веществ лигногуминового комплекса от 5 до 19 % и зольных элементов - от 0,5 до 10 % [2,3].
Ежегодное накопление огромных количеств отходов гидролизных производств на полигонах наглядно доказывает, что в настоящее время отсутствуют действующие высокоэффективные технологии переработки трудноутилизируемого шлама. Сегодня большое внимание уделяется исследованию процессов микробиологической переработки всех типов растительных отходов. Широкое распространение получили методы биоконверсии, применение которых позволяет не только значительно снизить вред, наносимый окружающей среде, но и получить кормовые добавки, богатые белком и витаминами.
Таким образом целью данной работы является изучение процессов биодеградации растительного сырья и отходов его переработки микроорганизмами и разработка основ малоотходной технологии их биоконверсии.
S' S В S I Ii в химии и химической технологом. Том XXiil. 2009. №10 (103)
Материалы и методы. Основным объектом исследования являлись штаммы микроскопических грибов из коллекции кафедры биотехнологии им. Д.И. Менделеева: Trichoderma viride, Aspergillus niger, Endomycopsis fibuligera, Pénicillium funiculosum, Fusarium merismoides. В качестве субстрата при твердофазном культивировании использовали опилки древесины лиственных и хвойных пород, предварительно подверженные измельчению до конечного размера частиц не более 0,8мм. Культивирование проводили в течении 35 суток при 30 °с в чашках Петри на опилках. Влажность доводили модифицированной средой Ридера до 85%. В качестве основного критерия оценки процесса культивирования использовалось потребление компонентов субстрата. Состав полученной биомассы анализировали по содержанию сырого протеина в соответствии с ГОСТ 28178-89, лигнина, легкогид-ролизуемых и трудногидролизуемых полисахаридов в соответствии с ГОСТ 26177-84.
Результаты и обсуждение. Эффективность биотехнологического производства в значительной степени зависит от особенностей выбранной для процесса микробной культуры. В связи с этим, первым этапом исследования являлся выбор микроорганизма-деструктора, способного максимально полно усваивать компоненты растительного сырья.
В значительной степени специфика биодеградации компонентов комплексного субстрата микроскопическими грибами связана с его структурой и составом. В качестве модельного комплексного субстрата были выбраны опилки из лиственных и хвойных пород древесины следующего состава: содержание в опилках лигнина составляет 20-22 %, трудногидролизуемых полисахаридов 53-55 %, легкогадролизуемых полисахаридов 16-18 %, смолистых и веществ лигногуминового комплекса до 3 %, зольных элементов до 4 %.
В ходе проведенных исследований по культивированию микроскопических грибов было установлено, что большинство выбранных культур способны усваивать все компоненты комплексного субстрата: легкогидроли-зуемые компоненты на 40-60 %, трудногидролизуемые на 10-30 %, лигнин на 30-35 %. Исключением является Endomycopsis fibuligera, так как в ходе культивирования компоненты питательной среды были потреблены не более чем на 5%. Исследование морфологических характеристик культур Trichoderma viride, Aspergillus niger. Pénicillium funiculosum, Fusarium merismoides при твердофазном культивировании на опилках показало, что субстрат колонизируется полностью уже на десятые сутки, при этом наблюдается интенсивное спорообразование. Следует отметить, что образование плотного розовато-белого мицелия культуры Fusarium merismoides, характерного для искусственных богатых агаризованных питательных сред, не наблюдалось, а накопление белка составило не более 1,5 %.
Максимальная скорость потребления компонентов субстрата наблюдалась в течении первых 10 суток культивирования. При этом степень деструкции составила для легкогидролизуемых компонентов 30-37 %, трудногидролизуемых 5-15 %, лигнина 12-19 %, при этом максимальные значения достигались на 15-20 сутки культивирования.
Наиболее полно компоненты субстрата усваивала культура Pénicillium funiculosum - на 15 сутки степень деструкции составила для легкогидролизуемых компонентов 57 %, трудногидролизуемых 30 %, лигнина 52 %.
Í й S £ í¡ в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. №10(103)
ЛГП ТГП Лигнин
Компонент
Рис. 1. Степень биодеструкции компонентов комплексног о субстрата на момент окончания процесса
В настоящее время также проводятся исследования природных сообществ микроорганизмов, и изучается возможность использования как естественных, так и искусственных консорциумов для биодеструкции целлюло-зосодержащего сырья.
Библиографические ссылки
1. Стабников В. Н. Этиловый спирт / Стабяиков В. П., Ройтер И. М, Проток Т. Б. - М.: Пищевая промышленность, 1976. - 272 с.
2. Технология гидролизных производств / Шарков В.И. [и др.]. - М..: Лесная промышленность, 1973. - 402 с.
3. Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств / - М: Лесная промышленность, 1989. - 467 с.
УДК:51 7.977:628.4.03
В. В. Бутылии, Б. В.Ермоленко
Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия
ЗАДАЧА ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ В КРУПНЫХ Г ОРОДАХ
The basic problems and ways of increase of efficiency of municipal waste management systems are considered. The structure of economic-mathematical model for search of optimum directions of development of such systems is offered.
