Способы обработки соломы гречихи для получения кормовых премиксов

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, кверцетин и его гликозиды, ориентин, гомоориентин, витексин, сапонаретин, кемпферол-3-рутинозид и кверцетин-3-глюкозо-рамнозид, кверцетин-глюкозо-галактозид, 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.

Исходная с внешней стороны

Исходная с внутренней стороны

1100°С, 1.5 ч.

1120°С, 0.25 ч.

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].

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.

• 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.