Биотрансформация пищевых отходов в органическое удобрение с помощью мицелиальных грибов Chaetomium globosum (F-323)

В контексте рыночных отношений сельское хозяйство остро нуждается в наращивании объемов производства агрокультур. Решение этой задачи является ключом к стойкому развитию агропромышленного комплекса Российской Федерации [3].

В условиях нарастающей угрозы изменения климата и деградации окружающей среды, повышение производительности сельского хозяйства и расширение ассортимента овощной продукции приобретают особую актуальность. Это позволит не только удовлетворить растущий спрос на продовольствие, но и снизить нагрузку на экосистемы, оптимизировать использование природных ресурсов и минимизировать негативное воздействие сельскохозяйственной деятельности на окружающую среду.

Зачастую недооцениваемые пищевые отходы, на деле, представляют собой одну из самых серьезных угроз окружающей среде. Неконтролируемое их сброс на несанкционированные свалки создает благоприятную среду для размножения опасных микроорганизмов, способных спровоциро- вать вспышки инфекционных заболеваний [1].

Растительная биомасса, изобилующая пищевыми волокнами, такими как целлюлоза, гемицеллюлоза и пектин, служит идеальной питательной средой для микроорганизмов, обладающих высокой целлюлолитической активностью, обусловленной их ферментной системой. Помимо богатого содержания пищевых волокон, растительные ткани также содержат легкоусвояемые сахара, разнообразные полисахариды и минеральные вещества, которые дополнительно подпитывают микроорганизмы в процессе компостирования [2]. Сочетая экологическую безопасность, эффективность и экономическую выгоду, биологическая переработка бытовых отходов с использованием растительной биомассы является образцом устойчивого подхода к утилизации.

Внедрение инновационных технологий, применение экологически чистых методов ведения сельского хозяйства, а также поддержка фермеров и инвестиции в агросектор – все это станет решающими факторами на пути к устойчивому развитию аграрной сферы и обеспечению продоволь- ственной безопасности страны в контексте глобальных экологических вызовов.

Цель данного исследования – внедрить биотехнологический подход, позволяющий перерабатывать пищевые отходы в экологически безвредные и высокоэффективные органические удобрения для сельского хозяйства.

Методы исследования. В рамках настоящего исследования был проведен комплексный анализ потенциала повсеместно встречающихся в бытовых отходах растительных и животных остатков в качестве компонентов питательных сред. На начальном этапе исследования содержание влаги в этих субстратах было тщательно определено и оптимизировано с помощью метода сушки до постоянной массы. Затем, используя потенциометрическое титрование, с высокой точностью был установлен pH питательных сред. В качестве биокон-версионного агента был выбран мицелиальный гриб Chaetomium globosum (штамм F-323), обладающий высоким потенциалом биоконверсии. Его метод культивирования был тщательно оптимизирован для достижения максимального выхода биомассы, что позволило значительно увеличить ее продуктивность. На заключительном этапе исследования содержание "сырого" протеина в полученном удобрении было тщательно оценено методом Кьельдаля, что позволило провести количественную оценку его питательной ценности.

Результаты. В рамках данного исследования была успешно продемонстрирована методика культивирования отобранных штаммов микроорганизмов на искусственно созданных субстратах с использованием метода поверхностного культивирования. Визуальная оценка грибных культур в чашках Петри стала ключом к идентификации штаммов с исключительной продуктивностью биомассы. Ввиду критической роли азота в вегетативном развитии растений, в базовую питательную среду были интегрированы минеральные соли, направленные на стимуляцию накопления азота в грибной биомассе.

Количественная оценка содержания «сырого» протеина в выращенных культурах грибов, проведенная методом Кьельдаля, продемонстрировала значительное накопление органического азота в биомассе, являющееся результатом его трансформации из неорганических источников.

Рисунок 1 представляет собой сравнительную оценку содержания «сырого» протеина в питательной среде до и после биоконверсии.

■ Содержание "сырого" протеина

Рис. 1. Оценка влияния биоконверсии грибами C. globosum (F-323) на содержание «сырого» протеина в питательной среде

Биоконверсия обусловила существенное увеличение содержания азота в грибах на 25,5%, что отражает трансформацию азота из исходной питательной среды.

Влияние нового биоорганического удобрения на рост овощных культур было тщательно изучено посредством комплексных экспериментальных исследований. Тестовой культурой для оценки влияния удобрения служили семена салата листового (рис. 2). Внесение биоорганиче-ского удобрения привело к поразительно- му росту овощных культур, увеличив их высоту в почти два раза по сравнению с контрольной группой. Помимо увеличения высоты, биоорганическое удобрение стало катализатором стремительного развития овощных культур, сократив вдвое время до сбора урожая. Полученные результаты подтверждают перспективность нового азотосодержащего удобрения в качестве эффективного инструмента для увеличения продуктивности овощных культур.

Рис. 2. Контрольная и опытная группы тестовой культуры через три недели после посадки в почву

Вывод. Исследования выявили преобразующий потенциал грибной биоконверсии растительных и животных отходов, которая представляет собой двусторонний подход, эффективно решая проблему ути лизации отходов и одновременно стиму лируя всхожесть и рост сельскохозяй ственных культур.