Перспективы использования ксилотрофных грибов в биоконверсии целлюлозосодержащих субстратов

В современную эпоху интенсификация экономики обусловливает необходимость расширения использования природных ресурсов наряду с разработкой новых технологий для переработки и производства. Хотя природные ресурсы являются важной предпосылкой для развития производственного сектора экономики, спектр используемых минеральных ресурсов практически не меняется, но эту идею нельзя применить к биологическим ресурсам, так как они все часто рассматриваются как непосредственное сырье в производственных процессах. Поэтому повышение эффективности использования биоресурсов, вовлечение новых ресурсов в процессы производства и потребления экологически безопасными методами считается одной из приоритетных областей, стоящих перед большинством научных областей [6, 8]. Исследования в этой области имеют особое значение в связи с ростом антропогенного воздействия на биосферу.

В последнее время применение макро- и мик-ромицетовв оптимальных условиях для биотехнологических целей считается одной из приоритетных областей микологии. Известно, что количество лигнина в растительных субстратах определяет скорость их биологической трансформации микробиологическим путем.

Аграрный сектор играет важную роль в экономике Азербайджанской Республики, и каждый год при производстве различных продуктов полу- чается многих отходов [3, 9]. Поэтому эффективная утилизация растительных отходов является одним из актуальных вопросов. В утилизации отходов применяется механическо-физический, химический и биологический метод. Биологический подход в решение проблем является многообещающие перспективы.

Материалы и методы.

В работе были проведены исследования по отбору продуцентов, которых можно использовать в утилизации отходов сельскохозяйственного сектора для кормовых целей. Была исследована возмож-ностьиспользования микробиологического метода, и для этой цели использовались штаммы с высокой гидролитической и оксиредуктазной активностью, которые в природных условиях вызывают белую гниль. Штаммы были выделены из плодового тела ксилотрофных макромицетов, собранных из экологически разных лесов районов Азербайджана и были идентифицированы известными методами [7, 10].

Микробиологическая конверсия растительных субстратов проводилась при твердофазной ферментации. Точнее, растительные отходы (зерно, шлам, масло, прополка, виноградник и т.д.) увлажняют обычной водой (2 мл воды на 1 кг субстрата) и стерилизуют в течение 0,5 ч при 1 атм. После охлаждения посадочный материал (1 мл на 10 г субстрата) добавляют к этой среде и культивируют при 26-28°С в течение соответствующего периода. После истечения времени биомасса высушивается при температуре не выше 45°С и анализируется с использованием соответствующих методов для целей работы [1, 2, 4, 5].

Все эксперименты были повторены в 4–6 раз, а полученные результаты были статистически обработаны. Результаты, соответствующие формуле:

m / M = P≤ 0,05

считались достоверными, где M – среднее значение, m – квадратичное отклонение, а P – критерий определения точности.

Результаты и их обсуждение.

В проведенных исследованиях впервые был проведен скрининг отходов для микробиологической конверсии при этом в качестве субстрата ис-пользоваласьдревесина, точнее опилки граба. По результатам все используемые штаммы различались основными параметрами для оценки эффективности биоконверсии (потеря веса, число деградируемой целлюлозы и лигнина и накопление белка), и эти различия зарегистрированы на всех уровнях (штамм, вид и род). Среди исследованных штаммов, некоторые грибы отличаются по критериям для оценки степени микробиологической конверсии это характерно для штаммов, таких как Bjerkandera adusta D17, Cerrena unicolor S4 и Pleu-rotus ostreatus F-16. Другими словами, эти штаммы характеризуются высокими показателями, необходимыми для эффективной микробиологической конверсии, которые в результате первоначального скрининга также служат основой для следующего этапа исследования.

Исследования продолжались в направлении по отбору и уточнениюряда параметровпитательной среды для выделенных штаммов, необходимой для эффективного проведения процесса микробиологической конверсии (выбор субстрата, дополнительный источник азота, начальное содержание влаги, воздействие pH, температура культивирования и т.д.), культивирование проводилось в течение 10 дней.

В оптимизации среды есть также некоторые моменты, которые привлекают внимание и помогут прояснить суть проблемы.

Первое, на что нужно обратить внимание в исследованиях, это состав использованных субстратов. В качестве источника использовались и деревья, и трава и кустарники, что привело к различной структуре лигнина в отходах.

Во время микробиологической конверсии отходов с различной структурой лигнина, полученными штаммами стало ясно, что используемые от-ходыхарактеризуются разными степенями конверсии. Так как глубина процесса конверсии в древес-но-лигнинсодержащие отходах более глубоко, второе место занимают кустарники, а последнее травянистые растении.

Количественные показатели фрагментации отходов по содержанию целлюлозы и лигнина древесина, кустарники и травы составляют соответственно 35,5-40,8% и 35,6-41,0%, 32,3-37,1% и 32,5-38,2% и 30,1-32,6% и 30,0-33,5%. На наш взгляд, причина таких результатов заключается в том, что, с одной стороны, ксилотрофные макро-мицеты приспособлены для жизни на древесных субстратах, их ферментная система формируется в этом направлении и происходит относительное увеличение количества легко усваиваемых питательных веществ в древесно-травянистой среде.

Второй момент связан с дополнительным источником азота, использованным в исследованиях. Таким образом, введение дополнительных источников азота в среду вызывает почти одинаковый или стимулирующий или ослабления обоих компонентов (лигнина и целлюлозы). Точнее коэффициент ксилолиза остаётся неизменным и самая высокая отметка получается применением NH₄NO₃ (15%). В этом случае только NaNO 3 является исключением, и его добавление в среду вызывает изменение коэффициента ксилолиза, что проявляется в большей стимуляции деградации лигнина с эффектом до 20%.

Третий момент касается связи между критериями, используемыми для оценки процесса микробиологической конверсии. Потеря веса чаще всего наблюдается во время разложения лигноцеллюлозного комплекса, но чем выше разложение лигнина, тем выше его разложение. Нет четкой корреляции между накоплением белка и другими критериями.

Результаты, полученные для определения оптимальных параметров (влажность, рН, температура культивирования, продолжительность и способ использования посевного материала и т.д.) были в пределах известных литературных данных.

Таким образом, в результате оптимизации микробиологической конверсии отходов в сельскохозяйственного сектора Азербайджана несмотря на некоторые количественные различия, параметры окружающей среды для интенсивных процессов должны быть следующими: источник азота NH4NO3, температура культивирования -300С, влажность – 65-70%, рН – (5,2-6,0) и 5-дневной биомассы, приготовленной при глубоком культивировании грибов в питательно – глюкозо - пептонных средах в качестве растительного материала. При этих параметрах культивирование должно занимать не менее 10 дней, чтобы обеспечить эффективное микробиологическое преобразование отходов. Биомасса, полученная в этих условиях, может, однако, быть подходящей для использования в качестве корма для ее компонентов. В полученной биомассе содержание лигнина понижается до 35-41%, увеличивается содержания белка до 1,72,1 раза и в 1,8-2,1 раза повышается усваивание.