Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
В Институте биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР проведен отбор культур грибов, способных разрушать лигноцеллюлозный комплекс березовых опилок и пшеничной соломы и обогащать эти субстраты белком (Черменский и др., 1983; Golovleva et al., 1983, 1985; Maltseva et al., 1985). Среди дереворазрушающих базидиальных грибов наиболее активными
123
продуцентами белка названы Sporotrichum pulveruleritum, Panus tigrinus, Pholiota tuberculosa и др. Расщепляя лигноцел-люлозный комплекс, лучшие культуры утилизируют 20-—40% целлюлозы и 30—50% лигнина.
Изучение твердофазной ферментации пшеничной соломы и березовых опилок в тонком и толстом слоях с помощью грибных культур Panus tigrinus 144 и 8/18 и Myceliophthora thertnop-hila 214 показало, что при культивировании в тонком слое максимальное обогащение субстратов наблюдается на 6—7-е сутки. К этому же периоду отмечается и максимальное потребление целлюлозы и лигнина, влажность субстратов повышается от 60 до 80%, pH снижается с 5,5 до 4,0. При культивировании в толстом слое лимитирующими факторами, по мнению исследователей (Грекова и др., 1985), могут быть не pH, влажность или транспорт растворимых питательных веществ, а, скорее, неудовлетворительный транспорт 02, С02 и распределение тепла внутри рабочего объема. С повышением слоя субстрата уменьшается содержание белка в продукте. Следовательно, на процесс биоконверсии лигноцеллюлозных субстратов твердофазной ферментации в толстом слое определяющее влияние оказывают интенсивность и способ аэрации.
Грековой и сотр. (1985) проведена большая работа по сравнительной оценке физических и химических методов предобработки растительного сырья. Исследование влияния различных видов механического измельчения соломы на рост грибов Panus tigrinus 144 и 8/18 обнаружило, что наилучшие рост и обогащение белком, максимальное усвоение лигнина и целлюлозы происходят при ферментации грибов на соломе, измельченной с помощью зернодробилки, соломорезки и дисковой металлорезки. Оптимальной оказалась величина частиц 30—50 и 1,5 мм. Содержание белка в соломопродукте увеличивается в 2—3 раза и достигает 4—7%, количество лигнина и целлюлозы снижается на 14—18 и 30—55% соответственно. Уменьшение размера частиц соломы до 0,5 мм ведет к ухудшению роста грибов и падению содержания белка в продукте.
Оценены два вида ферментации-—поверхностная и глубинная с объемным способом аэрации. Сравнительный анализ свидетельствует в пользу глубинного процесса: больше как глубина биоконверсии лигноцеллюлозы, так и обогащение ее белком. Анализ продукта, взятого из разных слоев ферментера, показал, что рост гриба и деградация субстрата одинаковы по всему объему ферментера. Показателем интенсивного роста Panus tigrinus и потребления им компонентов субстрата служили содержание углекислоты в выходящем воздухе и температура в центре ферментера (Черменский и др., 1985). Для более активной биоделигнификации лигноцеллюлозных субстратов используется совместное культивирование (Иванова, 1987). Отсутствие антагонизма позволило подобрать перспективные пары грибов
124
(используя Panus tigrinus, Coriolus versicolor, Poria vaillantii и неидентифицированный штамм 39), осуществляющие более глубокую биоконверсию по сравнению с монокультурами: убыль лигнина и целлюлозы составила 20—30%, вдвое увеличилось содержание белка в соломопродукте.
Активными деструкторами лигноцеллюлозных субстратов являются и грибы Coriolus versicolor, Tyromyces lacteus, Stereum hirsutum (Brown, 1985; Стахеев и др., 1985; Бабицкая и др., 1986), при выращивании которых на соломе (с добавлением 10—30% массы сухого субстрата свекловичного жома или картофельной мезги) содержание белка увеличивается с 2,8 до 9,0—10,0%. В продуктах по сравнению с субстратом возросло количество всех аминокислот, за исключением серусодержащих.
При твердофазном обогащении грибным белком растительных отходов к субстрату, как правило, добавляют дополнительные источники азотного питания, чтобы обеспечить необходимый уровень синтеза протеина. Однако, как уже упоминалось, повышенные концентрации азота во многих случаях вызывают преимущественную утилизацию клетчатки и ингибируют деградацию лигнина, что снижает переваримость конечного продукта. Таким образом, появляется возможность получения продукта с достаточно высоким содержанием белка, но обладающего низкой переваримостью. К сожалению, в большинстве работ, посвященных обогащению грибным белком лигноцеллюлозных субстратов, результаты определения переваримости конечного продукта не приводятся. Вместе с тем многие исследователи отмечают приблизительно пропорциональное снижение концентрации клетчатки и лигнина в конечном продукте и увеличение содержания в нем свободных углеводов, что косвенно свидетельствует об увеличении его переваримости (Капич и др., 1984).
В связи с возросшим вниманием исследователей к биотехнологическим процессам, основанным на утилизации лигноцеллюлозных субстратов, необходимо изучение механизма разложения компонентов растительных отходов, особенно лигнина. Предполагают, что начальные этапы разложения лигнина должны осуществлять диффундирующие атакующие агенты, так как полимерный лигнин не может поступать внутрь клетки. Такими диффундирующими агентами могут быть внеклеточные ферменты и (или) активированные формы кислорода, образуемые грибным мицелием (цит. по Скрябину и др., 1985).
