53 / 128
51
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
8/2004
фективных штаммов микроорганиз#
мов – продуцентов лигнинразрушаю#
щих ферментов.
Структура лигнина такова, что он не
может служить объектом непосред#
ственной гидролитической атаки. Лиг#
нин расщепляется с помощью оксидаз,
окисление происходит кислородом
воздуха и пероксида водорода. Комп#
лекс ферментов, участвующих в дест#
рукции лигнина включает фенолокида#
зы, Mn
2+
#независимые и Mn
2+
#зависи#
мые пероксидазы, а также ферменты,
генерирующие перекись водорода.
В работе было испытано более 100
культур грибов, относящихся к родам
Aspergillus, Penicillum, Trichoderma,
Fusarium, Mucor, Rhizopus, Oospora,
бактерии родов Bacillus, Pseudomonas,
Enterobacter, Micrococcus
, дрожжей
родов
Candida,
Endomycopsis,
Trichosporon,
и актиномицеты рода
Streptomyces
из коллекции кафедры
«Биотехнология» Московского госу#
дарственного университета пищевых
производств и выделенных из раз#
личных почв Москвы и Московской
области.
Выращивание микроорганизмов
осуществляли в условиях глубинного и
поверхностного культивирования. Глу#
бинное культивирование проводилось
на среде следующего состава (% АСВ):
растительное сырье – 10, кукурузный
экстракт – 2; KH
2
PO
4
– 0,5; MgSO
4
•
7H
2
O – 0,05; NH
4
NO
3
– 0,5. Поверхнос#
тное культивирование осуществляли в
кюветах на питательной среде, содер#
жащей (% АСВ): растительное сырье –
26,95, кукурузный экстракт – 2, KH
2
PO
4
–
0,5; MgSO
4
• 7H
2
O – 0,05, NH
4
NO
3
–
0,5, влага до 70 %. рН среды соответ#
ствовал оптимальному значению для
роста биомассы бактерий и грибов.
Способность культур к деградации
лигноцеллюлозного сырья оценивали
визуально по наличию хорошего роста
на средах с сосновыми, березовыми
опилками, листьями и соломой, а так#
же микроскопированием препаратов
«раздавленная капля».
Первичный отбор культур#проду#
центов показал, что только 20 из 100
исследуемых культур обладали высо#
кой способностью расти и расщеплять
лигноцеллюлозное сырье питательной
среды. Наиболее активный рост на#
блюдался при глубинном культивиро#
вании на сосновых опилках культуры
Streptomyces mersei
.
Для определения изменения каче#
ственного и количественного состава
пищевых волокон в растительном суб#
страте – сосновых опилках под дей#
ствием ферментных систем микроор#
ганизмов проводилось глубинное
культивирование 12 культур, показав#
ших при предварительных исследова#
ниях хороший рост биомассы.
В растительном сырье, прошедшем
биоконверсию, гидролитическими ме#
тодами определяли содержание раз#
личных фракций (клетчатка, лигнин и
гемицеллюлоза) пищевых волокон [5].
Результаты исследования приведе#
ны в таблице.
Как видно из представленных дан#
ных, наибольшая активность при био#
конверсии сосновых опилок была от#
мечена у культуры
Streptomyces
mersei
, в процессе роста которой отно#
сительное содержание целлюлозы
увеличилось на 42,9 %, а содержание
гемицеллюлозы и лигнина уменьшает#
ся на 21,9 и 53,7 % соответственно.
Растительные материалы резистент#
ны к действию различных гидролизую#
щих агентов. Чистая природная целлю#
лоза и лигноцеллюлоза являются суб#
стратами с низкой реакционной спо#
собностью. Это обусловлено их нера#
створимостью, высокой степенью кри#
сталличности природной целлюлозы,
наличием защитной матрицы, образо#
ванной лигнином и гемицеллюлозой, в
которую погружены целлюлозные во#
локна. Размеры пор лигнифицирован#
ных тканей растений слишком малы
для прохождения молекул ферментов.
Поэтому повышение реакционной спо#
собности сырья по отношению к фер#
ментам возможно только при наличии
эффективных методов предваритель#
ной обработки, которая должна при#
водить к уменьшению содержания ге#
мицеллюлоз, увеличению удельной
поверхности лигнина, доступной для
ферментов. К таким методам относят#
ся гидролитические
методы обработ
ки растворами кислот и щелочей
.
Предобработку сосновых опилок
проводили 0,001; 0,01; 0,1; 1,0 и 5,0%#
ными растворами NaОH при темпера#
туре 100
о
С в течение 15, 30 и 60 мин.
После высушивания материала до по#
стоянной массы в нем определялся
фракционный состав пищевых воло#
кон. Установлено, что обработка рас#
тительного субстрата 0,01%#ным ра#
створом NaOH в течение 60 мин по#
зволяет снизить содержание в нем
Изменение состава пищевых волокон сосновых опилок под действием ферментных систем
микроорганизмов
лигнина на 51,8 % и одновременно
увеличить относительное содержание
целлюлозы на 38,3 %.
Для проведения наиболее полного
гидролиза растительного сырья ис#
пользовали
сочетание химического
(щелочной гидролиз) и
биологичес
кого воздействия
(культивирование
Streptomyces mersei – продуцена фер#
ментов, способных гидролизовать по#
лимеры растительных тканей).
Согласно результатам, комбинирован#
ная химическая и ферментативная обра#
ботка растительного материала с исполь#
зованием штамма#делигнификатора,
способствует увеличению содержания
целлюлозы в исследуемом образце до
81 %, доля лигнина снижается до 7 %, ге#
мицеллюлозы – до 12 % от АСВ.
Комбинированная обработка расти#
тельного материала слабым раствором
щелочи и ферментативным комплек#
сом культуры
Streptomyces mersei
,
обеспечивает максимальную структур#
ную модификацию сырья, которая по#
зволяет получать ПВ с повышенным
содержанием целлюлозы благодаря
гидролизу лигнина и гемицеллюлоз.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Мартинчик А.Н., Маев И.В., Пету#
хов А.Б.
Питание человека (основы
нутрициологии). – М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ
РФ, 2002.
2.
Погожаева А.В.
Пищевые волокна
в лечебно#профилактическом питании
// Вопросы питания. 1998. № 1.
С. 39–42.
3.
Дудкин М.С., Щелкунов Л.Ф.
Но#
вые продукты питания – М.: МАИК
«Наука», 1998.
4.
Грачева И.М., Кривова А.Ю.
Тех#
нология ферментных препаратов. –
М.: Элевар, 2000.
5.
Оболенская А.В., Ельницкая З.П.,
Леонович А.А.
Лабораторные работы
по химии древесины и целлюлозы. –
М.: Экология, 1991.
!
""#
"$%
"&'
"$'
(()
*%(
#%'
"#'
'))
++(
(%'
'''
&')
*&(
%"'
$''
"'*
"#(
"('
"%'
+#*
(#(
*+'
*%'
((*
'*%
&%'
'&'
"%*
""(
&$'
%''
(%*
$*%
%('
*%'
""*
''(
%+'
%%'
"()
+((
*('
))#
(")
%)(
$+'
*$#
""$
'$&
+"'
('#
Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека