Биоконверсия зеленой массы и клубней топинамбура с. Скороспелка разными видами дрожжей с целью получения кормового белка (стр. 5 )

Анализируя данные, представленные в таблице 7, необходимо отметить, что содержание сухих веществ в биомассе дрожжей колебалось от 13,37 до 20,47%. Наибольшее содержание сухих веществ было в биомассе Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3415. Также содержание «сырого» жира в них составило от 2,04 до 4,00%. По содержанию «сырой» клетчатки наибольшие показатели в биомассе дрожжей Candida tropicalis ВКПМ Y,71%, а наименьшее - в Rhodotorula glutinis ВКПМ Y-3,04%. Установлено, что содержание «сырой» золы колебалось от 1,8 до 7,17%, а БЭВ - от 34,65 до 52,99%. Содержание Mg во всех образцах примерно одинаковое и колеблется от 0,48 до 0,71%. Также установлено содержание в биомассе дрожжей Ca - от 1,03 до 1,73%. Наибольшее содержание P было в биомассе дрожжей Candida parapsilosis ВКПМ Y439 -1,19%, а наименьшее - в биомассе дрожжей Metscnikowia pulcherrima ВКПМ Y-3,42%.

Исходя из анализа таблицы 8 необходимо отметить, что содержание сухих веществ во всех образцах примерно одинаковое и колеблется от 17,70 до 21,95%. Установлено, что содержание «сырого» протеина равно от 48,21% до 52,54%. Наибольшее содержание «сырой» клетчатки обнаружено в Sacharomyces cerevisiae, штамм K-7 - 4,63%, а наименьшее – в биомассе Sacharomyces unisporis ВКПМ Y-3,69%. Установлено, что содержание «сырого» жира колебалось от 4,05 до 7,05%, а концентрация «сырой» золы колебалось от 3,39 до 6,92%. Содержание БЭВ в биомассе разных видов дрожжей колебалось от 30,87 до 39,33%. Содержание Mg в биомассе всех видов дрожжей примерно одинаковое и колеблется от 0,39 до 0,79%. Также, установлено содержание Ca, которое варьируется в пределах от 0,78 до 1,99%. Наибольшее содержание P было в биомассе Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3,36%, а наименьшее - в биомассе Trichosporon cutaneum ВКПМ Y-437 -0,67%.

Содержание тяжелых металлов в биомассе дрожжей играет немаловажную роль, так как биомасса дрожжей может рассматриваться в качестве кормового белка.

К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов, но при учете токсичности, стойкости, способности накапливаться во внешней среде и масштабов распространения токсичных соединений, контроля требуют значительно меньшее число элементов.

Таблица 9. Содержание металлов в биомассе дрожжей, полученной на гидролизатах из клубней топинамбура

Анализ материалов, приведенных в таблице 9 показывает, что в клубнях топинамбура сорта Скороспелка накапливается значительно меньше металлов, чем в зеленой массе, в том числе и тяжелых металлов.

Рассматривая концентрацию в биомассе дрожжей, выращиваемых на гидролизатах из топинамбура свинца установлено, что только в биомассе двух видов дрожжей: Candida tropicalis ВКПМ Y-440 и Metscnikowia pulcherrima ВКПМ Y-3151 концентрация данного тяжелого металла превышает ПДК для кормовых дрожжей (ГОСТ ) и составляет 7,18 и 9,42 мг/кг соответственно.

Согласно ГОСТ содержание кадмия в кормовых дрожжах не должно превышать 0,3 мг/кг. Однако только биомасса дрожжей Candida guilliermondii ВКПМ Y-438 и Metscnikowia pulcherrima ВКПМ Y-3151, культивируемых на питательной среде из клубней топинамбура сорта Скороспелка соответствуют требованиям указанного ГОСТа и содержат <0,0001 и 0,26 мг/кг кадмия соответственно. Концентрация кадмия в биомассе всех остальных видов дрожжей превышает требования ГОСТ .

В целом полученные нами данные подтверждают, что топинамбур представляет собой фитомелиорант и выносит из почвы в составе своей зеленой массы тяжелые металлы.

Помимо свинца и кадмия, зеленая масса топинамбура сорта Скороспелка в своем составе содержит значительно больше цинка, чем клубни данного растения. Содержание меди и цинка не регламентируются требованиями ГОСТ .

2.2.2. Результаты получения биоэтанола на гидролизатах топинамбура с. Скороспелка. В связи с тем, что топинамбур представляет собой растение комбинированного использования, нами было осуществлено производство биоэтанола как из зеленой массы, так и из клубней топинамбура сорта Скороспелка, так как топинамбур, как источник нетрадиционного вида сырья является наиболее выгодным для получения биоэтанола.

Широкий интерес к данному виду объясняется тем, что возможна его комплексная переработка, то есть биоконверсия, так как могут использоваться как стебли, так и клубни которые, являются прекрасным источником сбраживаемых сахаров.

Биопотенциал культуры настолько высок, что трудно найти какое-либо растение, которое за один сезон вегетации могло бы накопить в среднем 1000 центнеров биомассы (может достигать и до 1500 центнеров) с одного гектара.

Полученный из зеленой массы топинамбура гидролизат нами был использован для получения биоэтанола путем выращивания в нем культуры дрожжей Sacharomyces cerevisiae штамм К-7.

В связи с тем, что выход этанола из сусла зависит от роста дрожжей, нами проведено изучение численности дрожжевых клеток Sacharomyces cerevisiae штамм К-7 при их выращивании на гидролизате из зеленой массы топинамбура. Результаты подсчета дрожжевых клеток в камере Горяева приведены в таблице 10.

Таблица 10. Численность клеток дрожжей Sacharomyces cerevisiae,

штамм К-7, при культивировании на гидролизате

из зеленой массы топинамбура

Из анализа материалов, приведенных в таблице 10 видно, что максимальное количество дрожжевых клеток в питательной среде установлено через 48 часов инкубирования (455 млн. клеток в 1 мл), а через 72 часа число живых дрожжевых клеток в 1 мл снижается на 200 млн. и составляет 255 млн. в 1 мл. Такое резкое снижение числа дрожжевых клеток объясняется истощением питательной среды.

В контрольные часы, наряду с установлением числа дрожжевых клеток, была определена концентрация этилового спирта в бражке и установлено, что концентрация этилового спирта через 72 часа брожения составляло 0,9 %об.

Полученное из клубней топинамбура сорта Скороспелка сусло было использовано как основа питательной среды, в которой инкубировали чистую культуру дрожжей Sacharomyces cerevisiae, штамм К-7, с целью получения этанола.

Брожение проходило в течение 72 часов. Параллельно проводился контроль бражки, где измерялись параметры накопления этанола и подсчет дрожжевых клеток.

Результаты подсчета дрожжевых клеток в камере Горяева приведены в таблице 11.

Таблица 11. Численность клеток дрожжей Sacharomyces cerevisiae,

штамм К-7, при культивировании на гидролизате из клубней топинамбура

Как видно из таблицы 11, максимальное количество дрожжевых клеток в питательной среде установлено через 48 часов брожения и составляет 531 млн. клеток в 1 мл, а через 72 часа число живых дрожжевых клеток в 1 мл значительно снижается на 235 млн. и составляет 296 млн. в 1 млн., что объясняется также снижением концентрации питательных веществ в бражке.

Во время брожения, наряду с установлением числа дрожжевых клеток, была определена концентрация этилового спирта в бражке. Установлено, что концентрация этилового спирта через 72 часа брожения составляет 1,2 %об.

Максимальная концентрация спирта в бражке наблюдалась через 72 часа брожения, количество дрожжевых клеток снижалось. Выход спирта составил 50 миллилитров из одного килограмма сырья, что соответствует литературным данным.

Выводы:

1.Установлено, что как зеленая масса, так и клубни топинамбура сорта Скороспелка, культивируемого в РСО-Алани, представляют собой ценное сырье для биотехнологических производств, в том числе и для производства кормового белка микробного происхождения. Зеленая масса данного растения накапливает до 9,76% редуцирующих сахаров и до 34,34% безазотистых экстрактивных веществ. В клубнях содержание редуцирующих сахаров составляет до 11,24%, а безазотистых экстрактивных веществ – 84,34%.

2.Определено, что наиболее эффективными режимами гидролиза зеленой массы топинамбура с. Скороспелка, при котором в гидролизате накапливается наибольшее количество общего сахара, являются параметры: а) давление 1,5 атм, время выдержки 40 мин + H3PO4, гидромодуль 2000:300, при котором концентрация сахаров в гидролизате составляет 9,2 г/100см3; б) давление 1,5 атм, выдержка 40 мин + H3PO4 при гидромодуле 2500:260 с накоплением сахаров в гидролитате, равном 8,027 г/100см3.

3.При гидролизе клубней топинамбура гидролизаты характеризуются значительно большим содержанием сахаров. Наилучшие результаты получены при режимах гидролиза: а) давление 1,5 атм, выдержка 40мин + H3PO4 при гидромодуле 180:1550 с концентрацией сахаров в гидролизате 19,5 г/100см3; б) давление 1,5 атм, выдержка 40 мин + H3PO4 при гидромодуле 200:1500 с концентрацией сахаров в гидролизате 19,2 г/100см3.

4.Установлено, что гидролизаты из зеленой массы топинамбура с. Скороспелка являются благоприятной средой для получения кормового белка микробиологического происхождения. Наиболее активными продуцентами биомассы на данной питательной среде являются Trichosporon cutaneum ВКПМ Y-,65 г/л), Candida tropicalis ВКПМ Y-,42 г/л) и Metscnikowia pulcherrima ВКПМ Y-3,14 г/л).

5.На питательной среде из клубней топинамбура с. Скороспелка лучшими продуцентами биомассы являются дрожжи Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3,37 г/л), Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3,02 г/л), Sacharomyces cerevisiae, штамм K-7 (19,89 г/л) и Candida guilliermondii ВКПМ Y-,59 г/л).

6.Анализом химического состава биомассы, полученной на гидролизатах из клубней топинамбура при культивировании разных видов дрожжей установлено, что содержание в ней протеина колеблется от 48,21% (Sacharomyces unisporis ВКПМ Y-3416) до 52,54% (Candida parapsilosis ВКПМ Y-439).

7.Анализом биомассы, полученной при культивировании разных видов дрожжей на гидролизатах из зеленой массы топинамбура выявлено, что наименьшим содержанием протеина в биомассе отличается Sacharomyces unisporis ВКПМ Y-3,45%), а наивысшим - Candida tropicalis ВКПМ Y-,24%).

8.Рассматривая концентрацию свинца в биомассе дрожжей, выращиваемых на гидролизатах из топинамбура, установлено, что только в биомассе двух видов дрожжей: Candida tropicalis ВКПМ Y-440 и Metscnikowia pulcherrima ВКПМ Y-3151 концентрация данного тяжелого металла превышает ПДК для кормовых дрожжей (ГОСТ ) и составляет 7,18 и 9,42 мг/кг соответственно. Содержание кадмия в кормовых дрожжах не должно превышать 0,3 мг/кг. Биомасса дрожжей Candida guilliermondii ВКПМ Y-438 и Metscnikowia pulcherrima ВКПМ Y-3151, культивируемых на питательной среде из клубней топинамбура сорта Скороспелка соответствуют требованиям ГОСТа и содержат <0,0001 и 0,26 мг/кг кадмия соответственно.

Полученные нами данные подтверждают, что топинамбур представляет собой фитомелиорант и выносит из почвы в составе своей зеленой массы тяжелые металлы, что обосновано значительно меньшей концентрацией тяжелых металлов в клубнях.

9.Установлено, что выход биоэтанола составляет 50 миллилитров из одного килограмма зеленой массы топинамбура с. Скороспелка, что соответствует литературным данным.

Список работ, опубликованным по теме диссертации:

1.Джанаев химического состава надземной части топинамбура сорта скороспелка с целью переработки в биоэтанол. / И // Известия ФГОУ ВПО «Горский госагроуниверситет». Выпуск 48, часть 1. ‒ Владикавказ, - 2011.- С. 313‒315.

2. Джанаев дрожжей на питательной среде из клубней топинамбура. / // Вестник научных трудов молодых ученых ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет». Выпуск 48. ‒ Владикавказ,- 2011.- С. 64‒65.

3. Джанаев использования биомассы топинамбура для получения биоэтанола. / // Материалы международной научно – практической конференции «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих инновационных технологий». ‒ Владикавказ, - 2011. - С. 90‒92.

4. Джанаев дрожжей на питательной среде из биомассы топинамбура. / И, // Известия ФГОУ ВПО «Горский госагроуниверситет». Том 49, части 1-2. ‒ Владикавказ, - 2012.- С.398-400.

5. Джанаев использования биомассы топинамбура сорта Скороспелка для получения биоэтанола. / И, // Известия ФГОУ ВПО «Горский госагроуниверситет». Том 49, части 1-2. ‒ Владикавказ, - 2012.- С.396-398

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5