УДК 615.322 Научный руководитель: к.с.-х.н., доцент Гагарина И.Н. ФГБОУ ВПО Орел ГАУ

УДК 615.322
СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ СОЛОМЫ ГРЕЧИХИ
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВЫХ ПРЕМИКСОВ
Горьков А.А., студент 3 курса спец. «Биотехнология»
Научный руководитель: к.с.-х.н., доцент Гагарина И.Н.
ФГБОУ ВПО Орел ГАУ
АННОТАЦИЯ
Изучено влияние Schizosaccharomyces acidodevoratus на ферментативную деструкцию
соломы гречихи для повышения эффективности ее переработки и использования в
качестве кормовых премиксов или чистой целлюлозы для получения ценных
промышленных продуктов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Биотехнология; солома гречихи; ферментативная деструкция, кормовые премиксы;
БАВ.
ABSTRACT
The influence of Schizosaccharomyces acidodevoratus on the enzymatic degradation of
buckwheat straw is studied to increase its processing efficiency and usage as fodder
premixes or pure cellulose to obtain valuable industry products.
KEY WORDS
Biotechnology, buckwheat straw, enzymatic degradation, fodder premixes, BAS.
Одним их важнейших направлений современной биотехнологии является
использование биообъектов или их молекул в промышленном производстве полезных
для человека и животных веществ.
Серьезный отпечаток на актуальность поиска новых высокоэффективных средств
природного происхождения накладывает и ресурсный фактор, так как в современных
рыночных условиях доступность сырья, наряду с фармакологическими свойствами его
БАВ, определяют спрос на предлагаемый препарат. Большой интерес вызывают
отходы сельскохозяйственных культур, переработка которых позволит решить
проблему их утилизации [1].
В связи с этим актуальной является оценка исследования химического состава и
свойств соломы до и после извлечения БАВ с последующей биотехнологической
переработкой.
Цель работы: исследовать влияние Schizosaccharomyces acidodevoratus на
получение биологически активной добавки из соломы гречихи.
Задачи исследования:
- оптимизировать состав ферментационной среды для выращивания
Schizosaccharomyces acidodevoratus на основе соломы гречихи;
- исследовать возможные способы делегнификации соломы гречихи для
повышения доступности к субструту Schizosaccharomyces acidodevoratus;
- провести исследование влияния тепловой обработки и Schizosaccharomyces
acidodevoratus на изменения субмикроскопической структуры целлюлозного волокна
соломы, содержания клетчатки и лигнина.
Практическая значимость работы заключается в том, что проведенные
исследования позволяют эффективно использовать растительное сырье для
получения функциональных добавок, пищевых премиксов и другой ценной продукции,
совершенствовать технологию утилизации отходов растительного происхождения.
Солома гречихи в своем составе содержит около 1,5% различных биологически
активных веществ, преимущественно флавоноидной природы, такие как рутин,
20
кверцетин и его гликозиды, ориентин, гомоориентин, витексин, сапонаретин,
кемпферол-3-рутинозид
и
кверцетин-3-глюкозо-рамнозид,
кверцетин-глюкозогалактозид, цианидин, антоцианы (цианидин-глюкозид), проантоцианидины, катехины и
фенолкарбоновые кислоты: кофейная, хлорогеновая, галловая, протокатеховая.
Однако, в отработанной массе соломы гречихи, прошедшей экстракцию БАВ
остается значительное количество ценных органических компонентов, таких как сырой
протеин 2,54%, сырой жир 1,7%, сырая клетчатка 45,78%, сырая зола 6%, БЭВ 43,98%
и флавоноиды 0,3%.
Для целенаправленного использования остатка соломы необходимо понять, что
происходит со структурой и химическим составом соломы после предварительной
подготовки к ферментации, так как лигниновый слой препятствует доступу ферментов.
Материалы и методика исследований
Подготовка соломы включала 2 варианта термообработки: t=1000С, 1.5 ч. и
t=1200С, 0.25 ч. (p=1.96Па).
Термообработка субстрата вызывает ряд химических реакций, снижающих его
селективность. Во-первых, происходит термический гидролиз полисахаридов и
высвобождение легкодоступных сахаров, служащих хорошим питанием для
микроорганизмов. Во-вторых, происходит делигнификация лигноцеллюлозного
комплекса субстрата. В результате, целлюлоза и гемицеллюлоза становятся
доступными для микромицетов, обладающих целлюлазной активностью [2].
Образцы соломы до термообработки и после были исследованы на микроскопе
Olympus СХ21 при стократном увеличении, фото которых представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 – Микроструктура соломы гречихи после термообработки
Результаты и их обсуждение
В результате получен яркий демонстрационный материал термического
воздействия на структуру соломы. На фото 1 представлена соломина гречихи с
внешней стороны, где четко просматриваются жестко скрепленные волокна,
отсутствуют продольные и поперечные разрывы. Такая прочность соломины
достигается за счет плотно прилегающих волокон, покрытых оболочкой, содержащей
лигнин, жиры и воски, которые образуют защитное покрытие. С внутренней стороны
соломина состоит из рыхлых, хаотично разбросанных клеток (паренхима) [3].
21
После последовательного удаления жировоскового покрытия с внешней стороны
соломины и извлечения водорастворимых веществ из паренхимы в результате
термообработки получены скелеты соломины, где обособленные волокна целлюлозы
образуют продольные и поперечные разрывы [4].
Таким образом, в результате термообработки получен субстрат соломы для
дальнейшей ферментации дрожжами Schizosaccharomyces acidodevoratus.
Микроструктуры соломы гречихи после ферментации показали схожесть с чистой
целлюлозой, что доказывает перспективность использования данной расы дрожжей
для получения целлюлозы.
Рисунок 2 – Микроструктура соломы гречихи после ферментации
Schizosaccharomyces acidodevoratus
Полученные образцы соломы были исследованы на содержание отдельных
компонентов, а именно клетчатки и лигнина. Содержание клетчатки в образцах соломы
гречихи возрастает во всех вариантах обработки, а содержание лигнина
пропорционально уменьшается. Максимальное количество целлюлозы до 90%
достигнуто ферментацией дрожжами Schizosaccharomyces acidodevoratus, что
соответствует нормам и является показанием к ее производству.
Выводы
Термообработка соломы гречихи приводит к изменению в структуре
целлюлозного волокна: жестко скрепленные волокна разрушаются, образуются
продольные и поперечные разрывы.
1.
Повышение температуры сокращает время извлечения экстрактивных
веществ и увеличивает количество разрывов в структуре целлюлозного волокна.
2.
При термообработке лигниновый слой утончается, местами вовсе
отсутствует.
3.
Ферментативная
обработка
дрожжами
Schizosaccharomyces
acidodevoratus приводит к получению чистого волокна целлюлозы с характерными
разрывами из единичных волокон целлюлозы.
22
4.
Для целенаправленного использования остатка соломы гречихи
предлагаем использовать дрожжи Schizosaccharomyces acidodevoratus для получения
чистой целлюлозы.
5.
Извлечение биологически активных веществ из соломы гречихи и
получение чистой целлюлозы свидетельствуют о возможности использования этого
ресурса для получения целой гаммы ценных промышленных материалов, в том числе
и биоэтанола.
Библиография
1.
Атаханов А. А., Юнусов М. Ю., Рашидова С. Ш. Сравнительное
исследование сорбционных свойств и капиллярно-пористой структуры целлюлозы,
микрокристаллической целлюлозы и наноцеллюлозы // Химия растительного сырья.
2012. № 3. С. 21-25.
2.
Вураско А. И., Минакова А. Р., Дрикер Б. Н., Сиваков В. П., Косачева А. М.
Технология получения целлюлозы из недревесного растительного сырья // Химия
растительного сырья. 2010. № 2. С. 47-54.
3.
Вураско, А. В. Переработка отходов гречишного производства с целью
получения целлюлозного материала: сб. научн. трудов 4-го Международного
симпозиума «Химия и химическое образование. Инновационный образовательный
проект ДВГ». Владивосток, 2007. С. 186-188.
4.
Щербакова Т. П., Котельникова Н. Е., Быховцева Ю. В. Сравнительное
изучение образцов порошковой микрокристаллической целлюлозы различного
природного
происхождения.
Физико-химические
характеристики
//
Химия
растительного сырья. 2012. № 3. С. 8-14.
23