CC BY
34
УДК 663.1
Р. Т. Валеева, А. С. Понкратов, С. Г. Мухачев,
Э. И. Нуретдинова, М. Ю. Шурбина
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РОСТА СПИРТОВЫХ И КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ НА СЕРНИСТОКИСЛОТНЫХ ГИДРОЛИЗАТАХ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
ЧАСТЬ 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РОСТА СПИРТОВЫХ ДРОЖЖЕЙ НА СЕРНИСТОКИСЛОТНЫХ ГИДРОЛИЗАТАХ СМЕСИ ПШЕНИЧНОЙ СОЛОМЫ И ОТРУБЕЙ
Ключевые слова: культивирование, гидролизаты, пшеничная солома и отруби, удельная скорость роста, оптическая плотность, титр клеток, спиртовые дрожжи
Проведены экспериментальные исследования по проверке влияния сернистокислотных гидролизатов смеси пшеничной соломы и отрубей на процессы роста спиртовых дрожжей
Key words: cultivation, hydrolysates, wheat straw and bran, specific growth rate, optical density, the titer of cells, yeast alcohol.
Experimental studies to test the effect of sulphurous acid hydrolysates mixture of wheat straw and bran on the growth of yeast alcohol.
Введение
В связи со значительным объемом промышленной переработки различного сырья растительного происхождения на перерабатывающих предприятиях агропромышленного комплекса образуется огромное количество ценных и пригодных для дальнейшей переработки вторичных сырьевых ресурсов. Ежегодно различными перерабатывающими предприятиями вывозятся на свалки, поля, овраги, спускаются в пруды и реки более 2 млрд. тонн отходов.
Выпуск дополнительной продукции позволил бы повысить эффективность производства, снизить себестоимость продукции и снизить нагрузку на природную среду.. Поэтому современный уровень развития пищевой и перерабатывающей промышленности страны, а также состояние ее сырьевой базы требуют принципиально нового подхода к проблеме использования вторичных ресурсов. Сущность этого подхода состоит в разработке, создании и внедрении новых прогрессивных энерго- и ресурсосберегающих технологий, позволяющих комплексно использовать сырье и безопасно и экономически выгодно перерабатывать образующиеся вторичные ресурсы [1, 2].
В настоящее время наблюдается тенденция расширять сырьевую базу биотехнологической промышленности за счет использования растительных отходов. Ценным перспективным сырьем для биотехнологической промышленности являются гидро-лизаты и ферментолизаты соломы, кукурузных стержней, подсолнечной лузги, льняной костры и других отходов растительного происхождения [3, 4].
Материалы и методы исследования
В работе исследовались широко применяемые спиртовые культуры дрожжей - представители родов Saccharomyces, используемые в основном для получения этанола: Saccharomyces cerevisiae Y-1334, Saccharomyces cerevisiae Y-1986, Saccharomyces cerevisiae Y-717 и гидролизаты смеси пшенич-
ной соломы и отрубей, полученные высокотемпературным гидролизом измельченного сырья сернистой кислотой [5]. В первых трех процессах культивирования спиртовых дрожжей использовали среду Ри-дер и в качестве подпитки - сернистокислотный гидролизат смеси пшеничной соломы и отрубей. В последующих трех процессах использовали минеральную среду Ридер и вместо глюкозы и в качестве подпитки - сернистокислотный гидролизат смеси пшеничной соломы и отрубей.
По полученным данным хроматографиче-ского анализа в состав гидролизата смеси пшеничной соломы и отрубей входят компоненты, представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Состав гидролизата смеси пшеничной соломы и отрубей
Компоненты мг/мл
Рамноза 0,372
Арабиноза 2,441
Галактоза 0,804
Глюкоза 6,280
Ксилоза 4,844
Галактуроновая кислота 0,014
Глюконовая кислота 0,016
14,773
Культивирование спиртовых дрожжей проводили в качалочных колбах объемом 750 мл при объеме питательной жидкости 100 мл при температуре 28 - 30 °С и рН 4,8 - 5,0 в течение 24 часов. Качалка обеспечивает непрерывное встряхивание или вращение сосудов с частотой 220 об/мин.
В процессе выращивания спиртовых дрожжей контролировали температуру, кислотность среды, динамику роста и физиологическое состояние дрожжевых клеток, содержание редуцирующих веществ в культуральной жидкости [6]. В процессе роста культур вели наблюдения за состоянием дрожжевых клеток под микроскопом, определяли биомассу дрожжевой суспензии на фотометре КФК -3 - 01 - «ЗОМ».
Концентрация редуцирующих веществ в фильтрате гидролизата составляла 4,0 - 4,1% масс.
Обработка информации велась в среде табличного процессора Excel®.
Результаты и обсуждения
Проведена экспериментальная оценка качества полученных сернистокислотных гидролизатов растительного сырья по параметрам роста спиртовых дрожжей.
Кривые роста и скорости роста спиртовых дрожжей, выращенных на сернистокислотных гид-ролизатах смеси пшеничной соломы и отрубей, представлены на рисунках 1- 4. Номера графиков и диаграмм на указанных рисунках следующее: 1, 4 -Saccharomyces cerevisiae 1334, 2, 5 - Saccharomyces cerevisiae 1986, 3, 6 - Saccharomyces cerevisiae Y-717.
В качестве критериев сравнения процессов роста сахаромицетов при различных прописях исследуемых питательных сред были выбраны начальная концентрация редуцирующих веществ, степень конверсии и удельные энергозатраты.
Рис. 1 - Изменение оптической плотности культу-ральных жидкостей при роста спиртовых дрожжей на сернистокислотных гидролизатах
Рис. 2 - Кинетика роста биомасс спиртовых дрожжей на сернистокислотных гидролизатах
Рис. 3 - Средние значения удельной скорости роста спиртовых культур на сернистокислотных гидролизатах
Рис. 4 - Максимальные значения удельной скорости роста спиртовых культур на сернистокис-лотных гидролизатах
Максимальные выходы биомасс представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Максимальные выходы биомасс дрожжей до и после подпитки гидролизатом
№ Культура До подпиток После подпиток
Среда Ридер с подпитками
1 Saccharomyces cerevisiae Y— 1986 0,669 2,560
2 Saccharomyces cerevisiae Y— 1334 0,898 1,115
Питательная среда с гидролизатом
4 Saccharomyces cerevisiae Y— 1986 0,319 1,25
5 Saccharomyces cerevisiae Y— 1334 1,125 1,125
Концентрации редуцирующих веществ в первых трех процессах при использовании подпиток гидролизатом снижались от 2,6 до 0,3 % масс., а в последующих процессах, при использовании гидро-лизатов с начальной концентрацией РВ 1,9 %и масс., минимальная концентрация составила 1,3 % масс. Возможно, не все сахара в составе гидролизата потреблялись культурами. У всех исследуемых культур (в процессах 1-3) потребление РВ происходило идентично, а при использовании подпиток лучшее потребление РВ было у культуры Басскагв-тусв^' свгвуг^чав У-1986 и более медленнее у Басскагвтуса' свгвуг^чав У - 717.
Из полученных результатов проведенных исследований по оценке биологической доброкачественности сернистокислотных гидролизатов растительного сырья. с учетом ранее полученных данных [7, 8], можно сделать следующие выводы:
- сернистокислотный гидролизат смеси соломы и отрубей может быть использован в процессах наработки посевных культур спиртовых дрожжей Бас-скагвтуса' свгвуг^чав У-1986 и Басскагвтуса' свгвуг^чав У- 1334;
- наилучший рост культуры Басскагвтуса' свгвуг^чав У-1334 получен при культивировании на минераль-
ной среде Ридер с подпиткой гидролизатом смеси соломы и отрубей;
- нецелесообразно использовать культуру Saccharomyces cerevisiae У - 717 для процессов переработки сырья на основе химического гидролиза.
Литература
1. Р.М. Нуртдинов, Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, М.В. Харина, Вестник Каз. технол. ун-та, 9, 264 - 267, (2011).
2. А.А. Кухаренко, М.Н. Дадашев, Производство спирта и ликероводочных изделий, 2, 9-11, (2004).
3. М.Е. Бекер, Биотехнология микробного синтеза, Зи-натне, Рига, 1980, 350 с.
4. Е.С. Гуринович, Ж.Н. Богдановская, С.С.Андрияшина Гидролитическая и биохимическая переработка торфа
слабой степени разложения, Зйнатне, Рига, 1971, С. 171-178.
5. Р. Т. Валеева , С. Г. Мухачев, Р.М. Нуртдинов, Вестник Каз. технол. ун-та, 14, 357- 358, (2014).
6. И.З. Емельянова, Химико-технологический контроль гидролизных производств, Лесная промышленность, Москва, 1976, 405 с.
7. Э.И. Нуретдинова, А.С. Понкратов, Р.Т. Валеева, А.И. Галиева, М.Ю. Шурбина, С.Г. Мухачев, Материалы XIII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, Россия, Апрель 15-17, 2014) . Казань,2014. С. 72
8. Э.И. Нуретдинова, А.С. Понкратов, Р.Т. Валеева, М.Ю. Шурбина, Материалы Ш-ей Международной научно-практической конференции «Биотехнология -перспективы развития» (Уфа, Россия, Май 2829,2014). БГПУ. Уфа, 2014. С. 26-27
© Р. Т. Валеева - канд. техн. наук, доцент кафедры химической кибернетики КНИТУ, [email protected]; С. Г. Мухачев -канд. техн. наук, доцент той же кафедры; А. С. Понкратов - аспирант, ассистент той же кафедры; Э. И. Нуретдинова - студент той же кафедры; М. Ю. Шурбина - студент той же кафедры.
© R. T. Valeeva - candidate of chemical science, associate Professor Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, [email protected]; S. G. Mukhachev - candidate of chemical science, associate Professor Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, [email protected]; A. S. Ponkratov - postgraduate Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; E. 1 Nuretdinova - student, Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; M. Y. Shurbina - student, Department of Chemical Cybernetics, KNRTU.
