Оценка гидролизатов свекловичного жома как компонентов питательных сред для культивирования спиртовых дрожжей

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 663.1

Р. Т. Валеева, Э. И. Нуретдинова, А. С. Понкратов, О. В. Ананьева, М. Ю. Шурбина

ОЦЕНКА ГИДРОЛИЗАТОВ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА КАК КОМПОНЕНТОВ

ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ СПИРТОВЫХ ДРОЖЖЕЙ

Ключевые слова: свекловичный жом, гидролизаты, культивирование, оптическая плотность, титр клеток, удельная

скорость роста, спиртовые дрожжи.

Проведены экспериментальные лабораторные исследования по оценке возможности использования гидролизатов свекловичного жома в качестве компонентов питательных сред для процессов культивирования спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae Y-1986. Гидролизаты получены с использованием в качестве гидролизующих агентов серной и фосфорной кислот.

Key words: cultivation, hydrolysates, sugar beet pulp, specific growth rate, optical density, the titer of cells, alcohol yeast.

Experimental laboratory studies to assess the feasibility of using hydrolysates beet pulp as a component of culture media for culturing processes Saccharomyces cerevisiae Y-1986 alcohol yeast. Hydrolysates prepared using as hydrolyzing agents sulfuric and phosphoric acids.

Введение

Одной из основных задач, решаемых пищевой промышленностью страны, является увеличение объемов производства качественных пищевых продуктов, выпуск дополнительной продукции и расширение ее ассортимента. Поэтому в настоящее время необходимо больше внимания уделять не только наращиванию имеющейся промышленной базы перерабатывающих отраслей

агропромышленного комплекса, но и более полному использованию отходов переработки вторичных сырьевых ресурсов.

Сахарная промышленность является одной из самых материалоемких перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса, поскольку в процессе производства сахара образуется значительное количество побочной продукции в виде свекловичного жома (70-90% от массы свеклы).

В Российской Федерации в настоящее время функционирует 33 сахарных завода (ранее 79), они ежегодно перерабатывают около 28-29 млн. тонн сахарной свеклы, получая при этом около 26 млн. тонн вторичных ресурсов, из них 21-22 млн. тонн приходится на свекловичный жом. При этом в качестве корма в свежем виде используют 30-35% жома, 25-27% высушивают, около 8 млн. тонн оказываются невостребованными, вывозятся в отвал, что крайне отрицательно отражается на окружающей среде. В республике Татарстан в 2015 году площадь посевов сахарной свеклы составила 57,7 тыс. га, из них в Заинском районе - 28,3 тыс. га, в Буинском - 19,5 тыс. га, в Нурлатском - 9,9 тыс. га и было собрано 2 млн. тонн сахарной свеклы. Только Заинский сахарный завод в 2015 году переработал почти 1 млн. тонн свеклы - половину собранного урожая республики Татарстан и выработал 125 тысяч тонн сахара, 40 тысяч тонн свекловичного жома, 35 тысяч тонн патоки.

Свекловичный жом представляет собой микростружку толщиной не более 2 мм с влажностью около 90%, это ценный вторичный сырьевой ресурс. Свекловичный жом - это источник микроэлементов, аминокислот и белков.

В настоящее время промышленность ориентирована на использование свекловичного жома в основном в не переработанном виде. Однако при хранении жома это приводит к потере до 40% имеющихся в нем питательных веществ. Поэтому все больше внимания уделяется проблеме полного и рационального использования свекловичного жома и разработке малоотходного или безотходного технологического процесса, что способствовало бы решению задачи исключения вредного воздействия сахарного производства на окружающую среду.

Свекловичный жом относится к наиболее перспективным видам сырья для получения низкоэтерифицированного пектина а также, благодаря высокому уровню биологической энергии, весьма пригоден для производства биоэтанола с целью замены дизельного топлива и добавления к бензину [1-3].

Материалы и методы исследования

Проведены лабораторные экспериментальные исследования по культивированию спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae У-1986 с использованием гидролизатов свекловичного жома, полученных высокотемпературным гидролизом различными гидролизующими агентами. Исследования по культивированию Saccharomyces cerevisiae У-1986 проводили в качалочных колбах объемом 750 мл, на шейкере СИто^Иакег ISF1-X со скоростью встряхивания 100 мин-1, в течение 24 часов при температуре 28-30оС. В ходе ведения всех процессов культивирования спиртовых дрожжей проводили ежечасно технохимический контроль таких параметров, как

температура, кислотность среда, диншика роста и физиологическое состояние дрожжевых клеток, содержание редуцирующих веществ в культуральной жидкости. Активную кислотность среды рН поддерживали растворами аммиака и соляной кислоты в интервале 4,8-5,0 [4]. Для всех процессов были рассчитаны максимальные и средние удельные скорости роста дрожжей.

Оценку качества исследуемых гидролизатов свекловичного жома проводили путем сравнения полученных экспериментальных данных роста Saccharomyces cerevisiae У-1986 на контрольной среде и на экспериментальных средах. В качестве контрольной среды использовали синтетическую минеральную среду Ридер с глюкозой, а в экспериментальных средах - минеральные компоненты среды Ридер с фосфорнокислыми и сернокислыми гидролизатами свекловичного жома в качестве подпитки и в исходной среде вместо глюкозы.

Результаты и обсуждение

Сравнительная оценка полученных

экспериментальных и расчетных данных проведенных процессов культивирования спиртовых дрожжей на питательных средах с использованием фосфорнокислых и сернокислых гидролизатов свекловичного жома представлены на рисунках 1-2, где значения номеров процессов соответствуют следующим обозначениям:

1 Ш 2 ^ 3 III 4  5

соответствующих следующим проведенным процессам культивирования Saccharomyces cerevisiae Y-1986:

1 - Компоненты среды Ридер с глюкозой на воде;

2 - Компоненты среды Ридер + спиртовая барда + фосфорнокислый гидролизат свекловичного жома вместо глюкозы и в качестве подпитки;

3 - Компоненты среды Ридер + спиртовая барда + фосфорнокислый гидролизат свекловичного жома в качестве подпитки;

4 - Компоненты среды Ридер + спиртовая барда + сернокислый гидролизат свекловичного жома в качестве подпитки;

5 - Компоненты среды Ридер + спиртовая барда.

Рис. 1 - Прирост оптической плотности Saccharomyces cerevisiae Y-1986 на гидролизатах свекловичного жома с различными гидролизующими агентами

Полученные данные (рис.1) показали, что прирост оптической плотности в проведенных экспериментальных процессах культивирования Saccharomyces cerevisiae Y-1986 находится на одном уровне во всех процессах и исследуемые гидролизаты можно использовать в производстве пищевого спирта и биотоплива [5]. Соотношения титров клеток (млн. кл/мл) в проведенных процессах не соответствовали отношениям оптических плотностей культуральных жидкостей (рис.2). Это несоответствие объясняется различным средним размером клеток: наиболее крупные клетки вырастали на среде с глюкозой, наименьший средний размер клеток характерен для процесса роста на гидролизатах.

Рассчитанные значения удельной скорости роста представлены на рисунке 3.

Рис. 2 - Прирост титра клеток 8асскагошусен cerevisiae Y-1986 на гидролизатах свекловичного жома с различными гидролизующими агентами

0,25

Усредняя ^дельная скорость ^  максимальнаяудельная скорость

Рис. 3 - Средние и максимальные значения удельной скорости роста Saccharomyces cerevisiae Y-1986 на гидролизатах свекловичного жома с различными гидролизующими агентами

Таким образом, учитывая низкую стоимость свекловичного жома, на основании полученных результатов, представляется целесообразным использовать гидролизаты свекловичного жома в качестве углеводного питания в процессах культивирования спиртовых дрожжей

Saccharomyces cerevisiae У-1986 с дальнейшим получением топливных и технических спиртов.

Литература

1. Е.В. Карлова, А.В. Полянин, Вестник Орловского государственного аграрного университета, 38, №5, 51-53 (2012).

2. М.И. Егорова, Л.Н. Пузанова, А.А. Колотовченко, Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии, 6, 6, 48-51 (2010).

3. Ю.Н. Погорелова, Ж.В. Бондаренко, Химия, технология органических веществ и биотехнология, 1, 4, 266-269 (2009).

4. Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, Э.И. Нуретдинова, М.Ю. Шурбина, А.С. Понкратов, Вестник Казанского технологического университета, 17, 16, 170-172 (2014).

5. Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, М.Ю. Шурбина, О.В. Красильникова, Э.И. Нуретдинова, Вестник Казанского технологического университета, 17, 24, 133-135 (2014).

© Р. Т. Валеева - канд. техн. наук, доцент кафедры химической кибернетики КНИТУ, valrt2008@rambler.ru; Э. И. Нуретдинова - магистр 1 курса гр. 615-М9 КНИТУ; А. С. Понкратов - ассистент кафедры химической кибернетики КНИТУ; О. В. Ананьева - аспирант той же кафедры; М. Ю. Шурбина - магистр 1 курса гр. 615-М9 КНИТУ.

© R. T. Valeeva - candidate of chemical science, associate Professor Department of Chemical Cybernetics, KNRTU valrt2008@rambler.ru; E. 1 Nuretdinova - master of first course, Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; M.Y. Shurbina -master of first course, Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; A. S. Ponkratov - postgraduate Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; O. V. Ananyeva - graduate student, Department of Chemical Cybernetics, KNRTU.