Исследование процессов роста спиртовых и кормовых дрожжей на сернистокислотных гидролизатах растительного сырья часть 2. Исследование процессов роста кормовых дрожжей на сернистокислотных гидролизатах смеси пшеничной соломы и отрубей

Р. Т. Валеева, С. Г. Мухачев, А. И. Кашапова, Э. И. Нуретдинова, М. Ю. Шурбина

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РОСТА СПИРТОВЫХ И КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ

НА СЕРНИСТОКИСЛОТНЫХ ГИДРОЛИЗАТАХ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

ЧАСТЬ 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РОСТА КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ

НА СЕРНИСТОКИСЛОТНЫХ ГИДРОЛИЗАТАХ СМЕСИ ПШЕНИЧНОЙ СОЛОМЫ И ОТРУБЕЙ

Ключевые слова: культивирование, гидролизаты, пшеничная солома и отруби, удельная скорость роста, оптическая

плотность, титр клеток, кормовые дрожжи.

Проведены экспериментальные исследования по проверке влияния сернокислотных гидролизатов смеси пшеничной соломы и отрубей на процессы роста кормовых дрожжей.

Key words: cultivation, hydrolysates, wheat straw and bran, specific growth rate, optical density, the titer of cells, fodder yeast.

Experimental studies to test the effect of sulfuric acid hydrolysates mixture of wheat straw and bran on the growth of fodder yeast.

БИОХИМИЯ, БИОТЕХНОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ

УДК 663.1

Введение

На сегодняшний день одно из приоритетных направлений исследовательских работ - создание новых ресурсосберегающих технологий для повышения эффективности спиртового производства. Проводимые

исследования направлены на разработку новых биотехнологий, способствующих повышению эффективности работы в перерабатывающих отраслях аграрно-промышленного комплекса, по таким направлениям, как исследования нетрадиционного экологически безопасного сырья, расширения сырьевой базы в производствах спирта и кормовых дрожжей; создание новых интенсивных биотехнологий, обеспечивающих высокий уровень конверсии перерабатываемого сырья. С целью расширения сырьевой базы спиртового и кормового производства многими исследователями проводятся работы по изучению возможности получения биоспиртов и кормовых добавок из нетрадиционных видов сырья [1 - 5].

Нами были продолжены работы по созданию ресурсосберегающих технологии, обеспечивающих комплексную переработку растительного сырья, сокращение расходов сырьевых и теплоэнергетических ресурсов, повышение качества и конкурентоспособности продукции, снижения техногенного воздействия на окружающую среду. Проведенные

исследовательские работы направлены на решение экологических проблем биотехнологических производств, повышение степени переработки используемого сырья, обеспечение производства высококачественных кормов, биологически полноценных пищевых добавок.

Материалы и методы исследования

В работе исследовались широко применяемые культуры кормовых дрожжей Rhodosporidium diobovatum ВКПМ Y-3158 и Candida tropicalis СК-4, гидролизаты смеси пшеничной соломы и отрубей, полученные

высокотемпературным гидролизом смеси пшеничной соломы и отрубей сернистой кислотой [6]. В качестве исходной питательной среды использовали синтетическую среду Ридер.

Первые три процесса культивирования кормовых дрожжей проводили на минеральной среде Ридер с подачей сернистокислотного гидролизата смеси пшеничной соломы и отрубей в качестве подпитки по мере снижения РВ в культуральной жидкости ниже 1%.

Последующие три процесса проводили на минеральной среде Ридер, причем и вместо глюкозы и в качестве подпитки использовали сернистокислотный гидролизат смеси пшеничной соломы и отрубей.

Культивирование кормовых дрожжей проводили аналогично предыдущей работе [7] на качалочных колбах объемом 750 мл при объеме культуральной среды 100 мл, температуре 28 - 30 °С и рН 4,8 - 5,0 в течение 72 часов.

В процессе выращивания кормовых дрожжей контролировали температуру, кислотность среды, оценивали динамику роста и физиологическое состояние дрожжевых клеток методом микроскопирования. Во всех процессах периодически определялось содержание редуцирующих веществ в культуральной жидкости [8]. Концентрацию биомассы дрожжевой суспензии оценивали по данным измерения оптической плотности с помощью фотоэлектрического фотометра КФК - 3 - 01 - «ЗОМ».

Концентрация редуцирующих веществ в фильтрате гидролизата составляла 4,0 - 4,1% масс. Полученные экспериментальные данные подвергали статистической обработке с использованием электронных таблиц Microsoft Excel 2010.

Результаты и обсуждения

Кривые роста концентрации биомассы и скорости роста кормовых культур дрожжей, выращенных на сернистокислотных гидролизатах смеси пшеничной соломы и отрубей, представлены на рис. 1- 4.

В качестве критериев сравнения процессов роста кормовых дрожжей при различных прописях исследуемых питательных сред были выбраны начальная концентрация редуцирующих веществ, степень конверсии и удельная скорость роста.

сернистокислотных гидролизатов смеси пшеничной соломы и отрубей следуют выводы:

Рис. 3 - Средние значения удельной скорости роста кормовых культур на сернистокислотных гидролизатах

Рис. 1 - Динамика роста кормовых культур на сернистокислотных гидролизатах: 1, 4 -Rodosporidium diobovatum ВКПМ Y-3158, 2, 3 -Candida tropicalis СК-4

Рис. 2. - Кинетика роста биомассы кормовых культур на сернистокислотных гидролизатах

Из анализа полученных экспериментальных данных о процессах роста кормовых дрожжей, представленных в настоящей работе и в опубликованных ранее материалах [9, 10], в части оценки биологической доброкачественности

Рис. 4 - Максимальные удельные скорости роста кормовых культур на сернистокислотных гидролизатах

Наибольший эффект получен на питательной среде Ридер с подпиткой сернистокислотным гидролизатом смеси соломы и отрубей. Удельная скорость роста Rodosporidium diobovatum ВКПМ Y-3158 при использовании подпитки в 9 раз выше, чем при использовании в «подушке» гидролизата вместо глюкозы, а при культивировании Candida tropicalis СК-4 удельная скорость роста в аналогичном процессе выше в 2-3 раза. Удельная скорость роста Candida tropicalis СК-4 выше, чем при культивировании Rodosporidium diobovatum ВКПМ Y-3158 при использовании подпитки в 2,7 раза, а при использовании гидролизата вместо глюкозы в исходной среде -выше в 7 раз.

Таким образом, проблему замены дорогого сырья на более дешевые компоненты питательной среды при выращивании кормовых дрожжей возможно решить посредством использования гидролизатов смеси соломы и отрубей.

Однако, эксперименты показали, что для культивирования Rodosporidium diobovatum ВКПМ Y-3158 гидролизаты требуют дополнительной обработки, в частности гидролизат сернистой кислоты требует особо тщательной отгонки сернистого газа.

Литература

1. Р.М. Нуртдинов, Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, М.В. Харина, Вестник Каз. технол. ун-та, 14, 9, 264 - 267, (2011).

2. В.А. Поляков, Л.В. Римарева, Г.Б. Ксандопуло, Производство спирта и ликероводочных изделий, 1, 68, (2002).

2. А.А. Кухаренко, М.Н. Дадашев, Производство спирта и ликероводочных изделий, 2, 9-11, (2004).

3. В.А. Поляков, Л.В. Римарева, Производство спирта и ликероводочных изделий, 2, 4-7, (2010).

4. В.А. Поляков, Производство спирта и ликероводочных изделий, 2, 4-5, (2007).

5. Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, Р.М. Нуртдинов, Вестник Каз. технол. ун-та, 14, 10, 204 - 208, (2011).

6. Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, Р.М. Нуртдинов, Вестник Каз. технол. ун-та, 17, 14, 357- 358, (2014).

7. Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, А. С. Понкратов, Э.И. Нуретдинова, М.Ю. Шурбина , Вестник Каз. технол. ун-та, 17, 16, 170 - 172, (2014).

8. И.З. Емельянова, Химико-технологический контроль гидролизных производств, Лесная промышленность, Москва, 1976, 405 с.

9. М.Ю. Шурбина, Р.Т. Валеева, Р.Б. Хабибрахманов, А.И. Галиева, Э.И. Нуретдинова, Материалы XIII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, Россия, Апрель 15-17,2014) . Казань,2014. С. 86

10. М.Ю. Шурбина Р.Т. Валеева, А.И. Галиева, Э.И. Нуретдинова, Материалы Ш-ей Международной научно-практической конференции «Биотехнология -перспективы развития» (Уфа, Россия, Май 2829,2014). БГПУ. Уфа, 2014. С. 39.

© Р. Т. Валеева - канд. техн. наук, доцент каф. химической кибернетики КНИТУ, valrt2008@rambler.ru; С. Г. Мухачев -канд. техн. наук, доцент той же кафедры; Э. И. Нуретдинова - студент гр. 6101-11 КНИТУ; М. Ю. Шурбина - студент гр. 6101-11 КНИТУ; А. И. Кашапова (Галиева) - студент гр. 6101-11 КНИТУ.

© R. T. Valeeva - candidate of chemical science, associate Professor Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, valrt2008@rambler.ru; S. G. Mukhachev - candidate of chemical science, associate Professor Department of Chemical Cybernetics, KNRTU, ksoes@mi.ru; E. 1 Nuretdinova - student, Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; M. Y. Shurbina - student, Department of Chemical Cybernetics, KNRTU; A. I. Kashapova (Galieva) - student, Department of Chemical Cybernetics, KNRTU.