CC BY
28
Р. Т. Валеева, М. Ю. Шурбина, Э. И. Нуретдинова, А. С. Понкратов, О. В. Красильникова
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ РОСТА СПИРТОВЫХ И КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ
НА СЕРНОКИСЛОТНЫХ И СЕРНИСТОКИСЛОТНЫХ ГИДРОЛИЗАТАХ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Ключевые слова: культивирование, гидролизаты, пшеничная солома, отруби, удельная скорость роста, оптическая плотность, титр клеток, спиртовые и кормовые дрожжи.
Проведена сравнительная оценка экспериментальных исследований по проверке влияния сернокислотных и сернистокислотных гидролизатов смеси пшеничной соломы и отрубей на процессы роста спиртовых и кормовых дрожжей.
Key words: cultivation, hydrolysates, wheat straw, bran, specific growth rate, optical density, the titer of cells, alcohol and
fodderyeast.
Experimental studies to test the effect of sulfuric and sulphurous acid hydrolysates mixture of wheat straw and bran on the growth of alcohol and fodder yeast.
ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ
УДК 663.1
Введение
Спиртовая производство- одно из самых крупномасштабных биотехнологических производств, основная часть затрат которой приходится на сырье, и данные затраты составляют 60 - 70 %. Причем цены на сырье не намного уступают мировым, а иногда и превосходят их. За последние годы стоимость сырья, используемого в спиртовой производстве, топлива, электроэнергии и воды значительно возросла, поэтому вопросы экономии ресурсов имеют актуальное значение [1-2].На сегодняшний день одно из приоритетных направлений исследовательских работ это проведение работ по модернизации и повышению эффективности спиртового производства, посокраще-нию сырьевых расходов и тепло-энергетических ресурсов, повышение качества и конкурентоспособно-стипродукции, по интенсификации процессов наращивания биомассы дрожжей с высокой концентрацией клеток, по сокращению потери спирта и сырья, по ускорению процессов разбраживания и брожения. Также на перерабатывающих предприятиях агропромышленного комплекса в связи со значительным объемом промышленной переработки различного сырья растительного происхождения 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. Наиболее перспективным направлением переработки отходов агропромышленного комплекса является использование их как сырье для приготовления гидролизатов с последующим применением в качестве питательной среды для культивирования микроорганизмов и микробиологического синтеза и получения дрожжей.
С целью расширения сырьевой базы спиртовой промышленностивсе больше работ исследователями проводятся по изучению возможности получения биоспиртов и кормовых добавок из нетрадиционных видов сырья [1, 2].
С учетом проводимых и проведенных работ [3] были проведены исследования способствующих повышению эффективности работы в перерабатывающих отраслях аграрно-промышленного комплекса процессов роста дрожжей на гидролизатах растительного сырья и влияния их на физиологическое состоя-ниедрожжей,условия и продолжительность культивирования.
Материалы и методы исследования
В работе исследовались широко применяемые штаммыспиртовых дрожжей Saccharomycescerevisiae 1334, Saccharomycescerevisiae 1986,
Saccharomycescerevisiae У-717 икормовыхдрожжей Rhodosporidiumdiobovatum ВКПМ У-3158 и Candidatropicalis СК-4 и гидролизаты смеси пшеничной соломы и отрубей, полученные высокотемпературным гидролизом смеси пшеничной соломы и отрубей серной [4] и сернистой кислотой [5].
Полученные данные хроматографического анализа состава сернокислотного исернистокислотного гид-ролизатов смеси пшеничной соломы и отрубейпред-ставлены в предыдущих работах [6, 7].
Контрольные процессы культивирования дрожжей проводили на минеральной синтетической среде Ридерс глюкозой. Первые опытные процессы проводили с использованием минеральных компонентов среды Ридер с глюкозой и подачей гидролизатов смеси пшеничной соломы и отрубей только в качестве подпитки по мере снижения РВ в культуральной жидкости ниже 1%.
Следующие опытные процессы проводили с использованием минеральных компонентов среды Ри-дери вместо глюкозы и в качестве подпитки использовали гидролизаты смеси пшеничной соломы и отрубей. Все процессы были проведены в трех повтор-ностях, полученные результаты анализов усреднены.
Культивирование дрожжей проводили на качалоч-ных колбах объемом 750 мл при объеме питательной жидкости 100 мл. Перемешивающее устройство обеспечивает непрерывное встряхивание или вращение качалочных колб с частотой 220 мин-1.
В течение всего процесса выращивания дрожжей контролировали температуру, кислотность среды, динамику роста и физиологическое состояние дрожжевых клеток, содержание редуцирующих веществ в культуральной жидкости [8].
Наблюденияза состоянием дрожжевых клеток, наличием цепей, ветвистых форм, присутствия посторонней микрофлоры, а также количество мертвых и почкующихся клеток вели под микроскопом «АльтамиБио 1Т» с использованием камеры Горяева, определяли биомассу дрожжевой суспензии на фотометре КФК - 3 - 01 - «ЗОМ». Кислотность среды контролировали с помощью рН-метра Мультитест ИПЛ-311.
С целью корректности измерений исходные и подпиточные среды фильтровались. Обработка данных велась в среде табличного процессора Excel®.
Результаты иобсуждения
Биологическая доброкачественность гидролизатов соломы и отрубей оценивалась по скорости роста дрожжей. В качестве критериев сравнения процессов роста дрожжей при различных прописях исследуемых питательных сред были выбраны степень конверсии, средние и максимальные удельные скорости роста.
Сравнительная оценка проведенных экспериментальных процессов роста спиртовых и кормовых дрожжейна сернокислотныхи сернистокислотныхгид-ролизатах смеси пшеничной соломы и отрубей представлены на рисунках 1-4 (где: Для процессов со спиртовыми дрожжами:
1-3 среда Ридер с добавлением подпитки серни-стокислотного гидролизата смеси пшеничной соломы и отрубей;
4-6 среда Ридер и вместо глюкозы и в качестве подпитки - сернистокислотный гидролизат смеси пшеничной соломы и отрубей;
7-9 среда Ридер с добавлением подпитки сернокислотного гидролизата смеси пшеничной соломы и отрубей;
10-12 среда Ридер и вместо глюкозы и в качестве подпитки - сернокислотный гидролизат смеси пшеничной соломы и отрубей.
Для процессов с кормовыми дрожжами:
1-2 среда Ридер с добавлением подпитки серни-стокислотного гидролизата смеси пшеничной соломы и отрубей;
3-4 среда Ридер и вместо глюкозы и в качестве подпитки - сернистокислотный гидролизат смеси пшеничной соломы и отрубей;
5-6 среда Ридер с добавлением подпитки сернокислотного гидролизата смеси пшеничной соломы и отрубей;
7-8 среда Ридер и вместо глюкозы и в качестве подпитки - сернокислотный гидролизат смеси пшеничной соломы и отрубей).
Полученные начальные и конечные данные оптической плотности проведенных процессов представлены в таблице 1.
Рис. 1 - Удельные средние скорости роста спиртовых дрожжей на сернистокислотных и сернокислотных гидролизатах
Рис. 2 - Удельные средние скорости роста кормовых культурна сернистокислотных и сернокислотных гидролизатах
Рис. 3 - Удельные максимальные скорости роста спиртовых культур на сернистокислотных и сернокислотных гидролизатах
Рис. 4 - Удельные максимальные скорости роста кормовых культурна сернистокислотных и серно-кислотныхгидролизатах
Таблица 1 - Полученные начальные и конечные данные оптической плотности проведенных процессов
Спиртовые дрожжи
Культура ОПнач ОПКон
Сернистокислотныйгидролизат
Saccharomycescerevisiae Y-1986 0,160 0,479
Saccharomycescerevisiae Y-1934 0,165 0,527
Saccharomycescerevisiae Y-717 0,161 0,318
Saccharomycescerevisiae Y-1986 0,145 1,399
Saccharomycescerevisiae Y-1334 0,182 1,377
Saccharomycescerevisiae Y-717 0,107 0,601
Сернокислотный гидролизат
Saccharomycescerevisiae Y-1986 0,072 1,188
Saccharomycescerevisiae Y-1934 0,152 1,330
Saccharomycescerevisiae Y-717 0,050 0,808
Saccharomycescerevisiae Y-1986 0,578 1,396
Saccharomycescerevisiae Y-1934 0,386 1,467
Saccharomycescerevisiae Y-717 0,314 1,272
Кормовые дрожжи
Сернистокислотныйгидролизат
Rhodosporidiumdiobovatum Y-3158 0,014 1,465
Candida tropicalis СК-4 0,033 1,026
Rhodosporidiumdiobovatum Y-3158 0,081 0,137
Candida tropicalis СК-4 0,203 0,757
Сернокислотный гидролизат
Rhodosporidiumdiobovatum Y-3158 0,057 0,997
Candida tropicalis СК-4 0,090 0,668
Rhodosporidiumdiobovatum Y-3158 0,044 0,283
Candida tropicalis СК-4 0,213 0,830
Из анализа полученных экспериментальных данных о процессах роста спиртовых и кормовых дрожжей, представленных в настоящей работе и предыдущих работах [9, 10], в части оценки биологической доброкачественности сернистокислотных гидролиза-тов смеси пшеничной соломы и отрубей следуют следующие выводы:
- сернокислотный и сернистокислотный гидроли-заты смеси соломы и отрубей могут быть использованы в процессах наработки посевных культур спиртовых дрожжей Saccharomycescerevisiae У-1986 и Saccharomyces cerevisiae У- 1334, а невысокие показатели прироста биомассы при культивировании Saccharomycescerevisiae У - 717 нагидролизатах смеси соломы и отрубей серной и сернистой кислотой свидетельствует о необходимости более тщательной обработки исследуемых гидролизатов;
- удельная скорость роста
Rodosporidiumdiobovatum ВКПМ Y-3158 при использовании подпитки в 9 раз выше, чем при использовании в «подушке» сернистокислотного гидролизата вместо глюкозы, а при культивировании Candidatropicalis СК-4 удельная скорость роста в аналогичном процессе выше в 2-3 раза. Удельная скорость роста Candidatropicalis СК-4 выше, чем при культивировании Rodosporidiumdiobovatum ВКПМ Y-3158при использовании подпитки в 2,7 раза, а при использовании гидролизата вместо глюкозы в исходной среде - выше в 7 раз. Удельная скорость роста культуры Candidatropicalis СК-4 выше, чем Rodosporidiumdiobovatum ВКПМ Y-3158 в 2 раза на сернокислотном гидролизате.
Таким образом, проблему замены дорогого сырья на более дешевые компоненты питательной среды при выращивании спиртовых и кормовых дрожжей возможно решить посредством использования гидро-лизатов смеси соломы и отрубей.
Литература
1. В.А. Поляков, Л.В. Римарева, Производство спирта и ликероводочных изделий, 2, 4-7, (2010).
2. А. А. Кухаренко, С. Н. Сорокодумов, И. В. Бельчаков, Экология и промышленность России, 8, 4-6, (2000).
3. Р.Т Валеева., С.Г. Мухачев, Р.М. Нуртди-нов,Производство спирта и ликероводочных изделий, 3, 20-23, (2011).
4. Р.Т Валеева., С.Г. Мухачев, Р.М. Нуртдинов, О.В.Красильникова, Вестник Каз. технол. ун-та, 17, 22, 198-199, (2014).
5. Р.Т Валеева., С.Г. Мухачев, Р.М. Нуртдинов, Вестник Каз. технол. ун-та, 17, 14, 357-358, (2014).
6. Валеева Р.Т., Понкратов А.С., Мухачев С.Г., Нуретдинова Э.И., Шурбина М.Ю. Вестник Каз. технол. ун-та, 17, 16, 170- 172, (2014).
7. Р.Т Валеева., С.Г. Мухачев, А.И. Кашапова, Э.И. Нурет-динова, М.Ю. Шурбина, Вестник Каз. технол. ун-та, 17, 20, 156- 158, (2014).
8. Н.Б. Градова, Е.С. Бабусенко, И.Б. Горюнова, Н.А. Гусарова, Лабораторный практикум по общей микробиологии, ДеЛипринт, Москва, 2001, 132 с.
9. Р.Т Валеева., Э.И. Нуретдинова С.Г. Мухачев, М.Ю. Шурбина, О.В.КрасильниковаВестник Каз. технол. ун-та, 17, 24, 133- 135, (2014).
10. Р.Т Валеева., С.Г. Мухачев, М.Ю. Шурбина, О.В.Красильникова, Э.И. Нуретдинова, Вестник технол. ун-та, 18, 2, 141- 143, (2015).
© Р. Т. Валеева - канд. техн. наук, доцент кафедры химической кибернетики КНИТУ, [email protected]; М. Ю. Шурбина - магистр той же кафедры; Э. И. Нуретдинова - магистр той же кафедры; А. С. Понкратов - асп., асс. той же кафедры; О. В. Красильникова - асп. той же кафедры.
© R. T. Valeeva candidate of chemical science, associate Professor Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, [email protected]; M. Y. Shurbinamaster of first course, Department of Chemical Cybernetics; E.I. Nuretdinova master of first course, Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; A. S. Ponkratov - postgraduate Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; O.V. Krasil'nikova postgraduate Department of Chemical Cybernetics, KNRTU.
