Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
7. Зак. 966
97
такого сырья — влажность, низкая плотность и другие — осложняют процессы его транспортировки и хранения. Химические свойства ¦— высокая степень полимеризации углеводов, кристалличность целлюлозы, а также наличие лигнина ¦— в большинстве случаев делают невозможной прямую конверсию этих субстратов (Виестур и др., 1986). Основной углеводный компонент субстратов растительного происхождения — целлюлоза — трудногидролизуемый полимер. Целлюлозе обычно сопутствуют гемицеллюлозы, лигнин, танин, крахмал, а также воска, жиры, белки, смолы, терпены и другие органические соединения. Различные примеси не только прочно адсорбируются на поверхности микрофибрилл целлюлозы, но и могут быть включены внутрь. Это в значительной степени препятствует микробиологической конверсии лигноцеллюлозного сырья, которое требует предварительной обработки (Madan, Bisari а, 1984; Hidaka et al., 1984; Vaccarino et al., 1987; Ragg, Fields, 1987).
Основными типами деструкции, представляющими наибольший практический интерес, являются механическая, термическая, фотохимическая, химическая и ферментативная, деструкция под действием ионизирующих излучений. Все перечисленные методы предобработки изменяют физико-химические и механические свойства целлюлозы, в результате чего происходит более или менее значительное снижение степени полимеризации. Для увеличения реакционной способности сырья предварительная обработка должна приводить к деблокации лигнина, способствовать снижению индекса кристалличности цечлюлозы, увеличивать ее удельную поверхность, доступную для молекул белка (Жуков и др., 1985).
При переработке и обогащении целлюлозосодержащего сырья белком и другими необходимыми питательными компонентами предъявляются повышенные требования к механической деструкции исходного растительного материала. В результате размола целлюлозы степень ее упорядоченности и кристалличности понижается, соответственно повышается доступность волокна действию микроорганизмов. Предварительная механическая деструкция лигноцеллюлозы позволяет существенно повысить выход редуцирующих веществ, а также уменьшить их возможные потери.
Исследования, проведенные во Всесоюзном научно-исследовательском институте биосинтеза белковых веществ, показали, что тонкое измельчение соломы улучшает работу аппаратов за счет исключения «забивания» и наматывания субстрата на транспортерные ленты передающих устройств (Ксенофонтов и др., 1982). Авторы рекомендуют при микробиологической переработке соломы и другого растительного сырья ввести стадию тонкого измельчения (размер частиц 0,5—0,6 мм). От степени измельчения субстрата зависят скорость роста мицелиальных грибов, а также содержание протеина в конечном продукте. Выращивание про-
дуцентов на соломе мелкого помола обеспечивает не только более активный синтез протеина, но и более высокую (в 2 раза) активность ферментов (Douglas, George, 1987).
Однако в процессе механической деструкции степень полимеризации целлюлозы снижается до определенных пределов. Поэтому измельчение — это только первая ступень предобработки лигноцеллюлозных субстратов, за которой следует вторая: химическая, ферментативная обработка, рэдиолиз и др. Так как лигнин—-основное препятствие на пути широкой утилизации углеводов огромного числа лигноцеллюлозных отходов, решением проблемы является делигнификация. Техника делигнификации сельскохозяйственных отходов, в том числе и соломы, 1%-ным раствором NaOH была разработана в Японии (Лобанок и др.,
1981). Обработка лигноцеллюлозных материалов 1—4%-ным NaOH в течение 24 ч приводит к повышению их усвояемости. Щелочная делигнификация субстратов активизирует рост микроорганизмов. Так, утилизация углеводов рисовой соломы и багас-сы сахарного тростника бактериями Cellulomonas увеличилась с 29 до 73% после 15-минутного воздействия на субстраты 4%-ной гидроокисью натрия при 100 СС.
Изучая влияние разных методов предварительной обработки соломы на синтез белка грибами Trichoderma lignorum, Т. konin-gii, Т. reesei, Aspergillus giauctis в условиях глубинного культивирования, многие авторы получили лучшие результаты (высокое содержание белка в продукте, высокая утилизация целлюлозы и лигнина субстрата) при использовании щелочной (Molina et al., 1984; Srinivasan et al., 1983; Rao et al., 1983, 1986; Иконо-мова, Димитрова, 1986; Farouk et al., 1984) или кислотно-щелочной (Апсите и др., 1982) обработки Эффективной оказалась предобработка субстратов растительного происхождения хлоритом натрия (Chahal et al., 1979, 1981; Hecht et al., 1983; Chahal, 1984).
Однако следует иметь в виду, что наличие в реакционной смеси продуктов делигнификации значительно ингибирует активность целлюлолитических ферментов. По мнению Каткевича и сотр. (1980), а также Синицына и сотр. (1984), этот факт объясняется тем, что продукты деструкции лигнина щелочью — фенол, ванилиновый спирт, /г-оксибензойноя кислота, ацетованилин, гваякол и ванилиновая кислота — подавляют действие целлюлаз.
Традиционная химическая обработка растительного сырья также не лишена недостатков. К ним можно отнести следующие: необходимость применения щелочи или других реагентов для проведения предварительной делигнификации субстрата, а также осуществление этого процесса при высокой температуре; использование щелочи для предобработки субстратов требует большого количества кислоты для нейтрализации среды, что приводит к коррозии и уменьшению сроков службы оборудова-
