Биосинтез кормовых дрожжей на средах, полученных из плодовых оболочек овса

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ / BRIEF COMMUNICATIONS Оригинальная статья / Original article УДК 579.66

DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-3-140-142

БИОСИНТЕЗ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ НА СРЕДАХ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ПЛОДОВЫХ ОБОЛОЧЕК ОВСА

© Е.А. Скиба

Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН

Целью работы был биосинтез кормовых дрожжей на двух видах питательных сред, полученных из плодовых оболочек овса: ферментативном гидролизате и послеспиртовой барде. Использовано три продуцента коллекции ВКПМ: Debariomyces castellii Y-968; Pichia stipitis Y-3263; Pachysolen tan-nophilus Y-1532. Исследован прирост численности дрожжей в процессе культивирования. Рассчитаны показатели эффективности конверсии редуцирующих веществ, в том числе пентоз. Ферментативный гидролизат и послеспиртовая барда являются биологически доброкачественными средами для биосинтеза кормовых дрожжей. Максимальным приростом биомассы характеризуется Pichia stipitis Y-3263. Эффективность конверсии редуцирующих веществ, в том числе пентоз, на послеспиртовой барде выше, чем на ферментативном гидролизате.

Ключевые слова: плодовые оболочки овса, ферментативный гидролизат, послеспиртовая барда, кормовые дрожжи, биомасса.

Формат цитирования: Скиба Е.А. Биосинтез кормовых дрожжей на средах, полученных из плодовых оболочек овса / Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6, N 3. С. 140-142. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-3-140-142.

BIOSYNTHESIS OF FODDER YEASTS IN BROTHS DERIVED FROM OAT HULLS

E.A. Skiba

Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies, SB RAS

The aim of the research was to biosynthes of fodder yeasts in the two nutrient broths, enzymatic hydrolyzate and post-alcohol distillery dreg, obtained from oat hulls. Debariomyces castellii Y-968, Pichia stipitis Y-3263 and Pachysolen tannophilus Y-1532 from the RNCIM collection were used as three producers. Population growth in yeasts during cultivation was studied. Conversion efficiency rates for reducing sugars, including pentoses, were estimated. The enzymatic hydrolyzate and post-alcohol distillery dreg are biologically good quality media for the biosynthesis of fodder yeasts. Pichia stipitis Y-3263 shows a maximum biomass gain. The conversion efficiency of reducing sugars, inclusive of pentoses, is higher in the post-alcohol distillery dreg than in the enzymatic hydrolyzate.

Keywords: oat hulls, enzymatic hydrolyzate, post-alcohol distillery dreg, fodder yeast, biomass

For citation: Skiba E.A. Biosynthesis of fodder yeasts in broths derived from oat hulls. Izvestiya Vuzov. Pri-kladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, vol. 6, no 3, pp. 140-142. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-3-140-142

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в мировой индустрии комбикормов возрастает роль биологически активных кормовых добавок. Кормовые дрожжи являются стабильными продуцентами высококачественных сбалансированных по аминокислотному составу белков, и, кроме того, синтезируют ряд регуляторов биохимических реакций, оказывающих лечебно-профилактическое действие. Например, выявлены штаммы дрожжей (в том числе родов Debariomyces и РШа), способные

синтезировать галактоолигосахариды, обладающие свойствами пребиотиков [1]. Показано, что они нормализуют функцию желудочно-кишечного тракта животных, повышают усвояемость кормов, увеличивают приросты, улучшают качество мяса, повышают яйценоскость кур [2].

Питательные среды для биосинтеза кормовых дрожжей должны быть дешевыми, доступными и массовыми. Этим критериям соответствуют питательные среды, получаемые из целлюлозосодержащего сырья. В ИПХЭТ СО

Таблица 1

Характеристики питательных сред

Показатель Ферментативный гидролизат Послеспиртовая барда

Концентрация РВ, г/л 50,0 19,2

Концентрация пентозанов, г/л 11,3 11,3

Активная кислотность, ед.рН 5,2 4,7

РАН разработана технология получения ферментативных гидролизатов из плодовых оболочек овса, ведутся исследования технологии биоэтанола [3]. Целью данной работы являлось осуществление биосинтеза кормовых дрожжей на двух видах питательных сред, полученных из плодовых оболочек овса: ферментативном гид-ролизате и послеспиртовой барде.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Применялось три продуцента Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов: йв-Ьвпотуовз castвllii У-968, РюЫа вЯрШв У-3263, РасЬузовп tannophilus У-1532. Эти продуценты непатогенные, негенномодифицированные, способны утилизировать пентозы. Инокулят получен культивированием продуцента на питательной среде, представляющей собой смесь полной дрожжевой среды (глюкоза - 20 г/л, пептон - 10 г/л, дрожжевой экстракт - 5 г/л) и опытной среды (ферментативного гидролизата или послеспирто-вой барды) в соотношении 1:1. Инокулят вносился в среды в количестве 10%. Температура культивирования составила 30 оС, продолжительность -4 суток, аэрация осуществлялась путём перемешивания при 180 об/мин.

Использовалось два вида питательных сред: ферментативный гидролизат, полученный путём ферментативного гидролиза продукта

щелочной делигнификации плодовых оболочек овса и послеспиртовая барда, полученная из этого ферментативного гидролизата. Технологические особенности получения сред приведены в работе [4], в табл. 1 представлены их основные характеристики.

Концентрация редуцирующих веществ (РВ) в пересчете на глюкозу определялась спектро-фотометрически с помощью реактива на основе 3,5-динитросалициловой кислоты (спектрофотометр «UNICO» UV-2804, США). Общая численность дрожжей определялась методом прямого подсчёта с использованием камеры Горяева.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

На рисунке 1 приведен прирост количества дрожжей в процессе культивирования. Численность Debariomyces castellii Y-968 на обоих видах сред минимальна, что видимо объясняется физиологией продуцента. Pichia stipitis Y-3263 демонстрирует хорошие показатели прироста численности клеток: 425 млн КОЕ/мл на гидро-лизате и 350 млн КОЕ/мл - на барде. Максималь ная численность Pachysolen tannophilus Y-1532 на гидролизате наблюдается через 24 ч культивирования (198 млн КОЕ/мл), а на барде через 48 ч (680 млн КОЕ/мл), несмотря на меньшую концентрацию РВ в барде, что объясняется явлением субстратного ингибирования, описанным для

о р

дл

ть /м с /Е

нос ЕО нн К

ен

если нмл

ч я

а щ

б О

Продолжительность культивирования, ч

ш

700

600

Ч с; 500

П

1- о LLJ 400

о О

X (11 .300

с; о JL с;

S Т ¿г 200

к

га =щ 100

ю

О 0

50

Продолжительность культивирования, ч

100

а б

D.c. - Debariomyces casteШi У-968; P.s. - Pichia вфШв У-3263 P.t. - Ра^уво1еп tannophilus У-1532

Рис. 1. Прирост численности дрожжей в процессе культивирования на ферментативном гидролизате

0

Таблица 2

Показатели эффективности конверсии сахаров в процессе биосинтеза

Продуцент Ферментативный гид ролизат Послеспиртовая барда

D.c. P.s. P.t. D.c. P.s. P.t.

Конечная концентрация РВ, г/л 24,6 8,6 11,4 3,9 1,8 3,6

Эффективность конверсии РВ, % 50,8 82,8 77,2 79,7 90,6 81,2

Конечная концентрация пентоз, г/л 7,5 6,4 9,8 6,6 5,9 7,6

Эффективность конверсии пентоз, % 32,6 43,4 13,3 41,6 47,8 32,7

Примечание: D.c. - Debariomyces castellii Y-968; P.s. - Pichia stipitis Y-3263; P.t. - Pachysolen tannophilus Y-1532

данного продуцента [4].

Численность пахизоленов на барде в 1,9 раза выше, чем пихий, однако, больший прирост биомассы обеспечивают пихии, поскольку объём их клеток в 6,7 раз больше, чем клеток пахизоленов: 5,9 мкм х 6,1 мкм против 3,1 мкм * 3,3 мкм. Кроме того, пихии демонстрируют самые высокие показатели эффективности конверсии РВ, в том числе пентоз (табл. 2). Интересно, что для всех продуцентов эффективность конверсии сахаров на барде выше, чем на гидролизате. Это можно объяснить как субстратным ингибированием (начальная концентрация РВ в гидролизате в 2,5 раза выше, чем в барде), так и накоплением продуктов метаболизма (известно, что продукты метаболизма являются репрессорами многих биохимических реакций, а при повышении концентрации субстрата прямо пропорционально воз-

растает концентрация метаболитов).

Эффективность конверсии РВ рассчитана как отношение утилизированных РВ к общему содержанию РВ, выраженное в процентах. Аналогичным образом рассчитана эффективность конверсии пентоз.

ВЫВОДЫ

Показано, что ферментативный гидролизат и послеспиртовая барда являются биологически доброкачественными средами для биосинтеза кормовых дрожжей. Установлено, что максимальным приростом биомассы характеризуется Pichia stipitis Y-3263. Выявлено, что эффективность конверсии редуцирующих веществ, в том числе пен-тоз, на среде послеспиртовой барды выше, чем на среде ферментативного гидролизата для всех исследованных продуцентов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Лобанок А.Г., Сапунова Л.И., Шарейко А.Н., Долженкова Е.А. Дрожжи как основа биологически активных кормовых добавок про- и пре-биотического действия // Весц Нацыянальнай акадэмп навук Беларусь Серыя бiялагiчных навук. 2014. № 1. С. 17-22.

2. Yasuo K., Shigeru W. Feed for chicken. Pa-

tent of JP, no. JP 3124409 (B2), 1994.

3. Байбакова О.В. Сбраживание ферментативного гидролизата целлюлозы мискантуса с помощью Pachysolen tannophilus Y-1532 и Saccha-romyces cerevisiae Y-1693 // Фундаментальные исследования. 2014. № 9 (часть 5). С. 949-953.

REFERENCES

1. Lobanok A.G., Sapunova L.I., Shareiko A.N., Dolzhenkova E.A. Yeasts as the basis of biological active feed additives of pro- and prebiotic action. Vestsi Natsyyanal'nai akademii navuk Belarusi. Sery-ya biyalagichnykh navuk [Proceedings of the national Academy of Sciences of Belarus. Biologicfl series]. 2014, no 1, pp. 17-22.

2. Yasuo K., Shigeru W. Feed for chicken. Pa-

tent of JP, no. JP 3124409 (B2), 1994.

3. Baibakova O.V. Fermentation of enzymatic hydrolyzate of Miscanthus cellulose by Pachysolen tannophilus Y-1532 and Saccharomyces cerevisiae Y-1693. Fundamental'nye issledovaniya [Fundamental Research]. 2014, no. 9 (Part 5), pp. 949953. (in Russian).

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Екатерина А. Скиба

Институт проблем химико-энергетических

технологий СО РАН

659322, Россия, г. Бийск,

ул. Социалистическая, 1

К.т.н., доцент, с.н.с.

eas08988@mail.ru

Поступила 06.07.2016 142 КРАТКИЕ

AUTHORS' INDEX Affiliations

Ekaterina А. Skiba

Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies SB RAS

1, Sotsialisticheskaya St., Biysk, 6592322, Russia Ph of Engineering Sciences, Associate professor, Senior researcher eas08988@mail.ru

Received 06.07.2016

СООБЩЕНИЯ