Сельское хозяйство/ 4. Технология хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

Сенько О.В., Степанов Н.А., Гудков Д.А., Маслова О.В., Ефременко Е.Н.

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля, РАН, Россия

Переработка отходов сельского хозяйства в коммерчески значимые продукты

При переработке сельскохозяйственной продукции зачастую остается невостребованным целый ряд отходов, которые представляют собой ценный источник возобновляемого сырья для биотехнологического получения таких коммерчески значимых продуктов, как биоэтанол и органические кислоты (фумаровая и молочная).

Использование комплексного подхода к трансформации такого субстрата – обработка соответствующими ферментативными комплексами и утилизация образовавшихся моносахаридов продуцентами в виде мицелиальных грибов и дрожжей – является перспективным подходом.

Применение иммобилизованных клеток микроорганизмов позволяет увеличить толерантность продуцентов к негативному воздействию высоких концентраций накапливающихся продуктов и низким значениям рН, облегчает технологические операции по отделению клеток от культуральной среды, а также позволяет многократно использовать одну и ту же биомассу.

В данной работе продемонстрирована возможность использования ранее разработанных биокатализаторов в виде иммобилизованных клеток дрожжей: мезофильного штамма Saccharomyces bayanus и термотолерантного штамма Saccharomyces cerevisiae T2, а также мицелиального гриба Rhizopus oryzae для получения биоэтанола и органических кислот из ряда ферментативных гидролизатов целлюлозосодержащих отходов сельского хозяйства [1, 2]. Применение термотолерантного штамма Saccharomyces cerevisiae T2 позволяет провести процесс брожения в условиях, приближенных к температурному оптимуму действия ферментного комплекса, используемого для гидролиза, а также избежать контаминации посторонними микроорганизмами, что в конечном итоге увеличивает выход конечного продукта.

Ферментативный гидролиз субстратов осуществлялся комплексом, содержащим эндо-, экзоглюканазу и β-глюкозидазу, секретируемым биокатализатором в виде иммобилизованных клеток мицелиального гриба Aspergillus terreus, полученным по ранее разработанному способу [3].

Процесс трансформации субстратов в конечные продукты вёлся в каждом конкретном случае в ранее подобранных оптимальных условиях. Основные характеристики таких процессов сведены в таблице.

Таблица. Характеристики процесса получения биоэтанола и органических кислот из ферментативных гидролизатов целлюлозосодержащих отходов сельского хозяйства.

Ферментативный гидролизат	Выход от теоретически возможного уровня, %
	Биоэтанол		Фумаровая кислота	Молочная кислота
	Saccharomyces bayanus	Saccharomyces cerevisiae T2	Rhizopus oryzae
Рисовой соломы	41,4±2,1	89,7±4,2	59,2±2,8	56,3±2,3
Свекловичного жома	28,7±1,3	90,5±4,5	68,3±3,2	73,2±3,2
Пшеничной соломы	47,4±2,4	91,5±4,6	78,4±3,9	76,5±3,7
Тростниковой багассы	25,4±0,9	90,1±4,4	38,0±1,6	39,7±1,8
Стеблей топинамбура	27,3±1,3	90,4±4,5	49,1±2,6	46,8±2,8

Установлено, что наилучшим субстратом для конверсии в биоэтанол и органические кислоты является пшеничная солома.

Таким образом, была продемонстрирована возможность эффективного использования иммобилизованных клеток дрожжей и мицелиальных грибов в процессах трансформации различных целлюлозосодержащих отходов сельского хозяйства в коммерчески значимые продукты.

Литература

1. Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Мартыненко Н.Н., Грачева И.М. Способ получения иммобилизованного биокатализатора и биокатализатор для производства спиртосодержащих напитков.// Патент РФ на изобретение № 2322499, 2006.

2. Ефременко Е.Н., Спиричева О.В., Варфоломеев С.Д., Синеокий С.П., Байбак А.В., Лозинский В. И. Иммобилизованный биокатализатор, способ его получения и способ получения молочной кислоты с использованием этого биокатализатора // Патент РФ на изобретение № 2253677, 2002.

3. Ефременко Е.Н., Сенько О.В., Спиричева О.В., Варфоломеев С.Д., Шаскольский Б.Л., Лозинский В.И. Иммобилизованный биокатализатор для микробиологического получения пектиназ.// Патент РФ на изобретение № 2383618 (10.03.2010), Бюл.7, (приоритет от 09.07.2008).

Данная работа выполнена при финансовой поддержке Президиума РАН (Программа «Энергетические аспекты глубокой переработки ископаемого и возобновляемого углеродсодержащего сырья») и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 11-04-93002 Вьет_а).