Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Деградацию лигнина в лигноцеллюлозных материалах вызывают актиномицеты (McCarthy et al., 1984). Принято считать, что регуляция лигнолитическон активности у актиномицетов осуществляется иным путем, чем у грибов белой гнили. Опыты с применением акцепторов кислорода выявили, что восстановленные формы кислорода не участвуют в процессе разложения лигнина Streptomyces viridosporus (Commanday, Maeg, 1985).
Если лигнолитические ферменты Sporotrichum pulverulen-tum — это внеклеточные, неспецифические пероксидазы и окси-
9 Зак. 966
129
геназы, которые обладают оксигеназной и пероксидазной активностью, и, кроме того, способны расщеплять связи Са—Ср в боковых цепях молекулы лигнина, то Streptomyces viridosporus продуцирует ферментный комплекс, участвующий в демитили-ровании ароматических колец молекулы лигнина, окислении боковых цепей и расщеплении (3-эфирных связей. По-видимому, актиномицеты, в частности Streptomyces viridosporus, играют важную роль в деградации лигнина в нейтральной и щелочной зонах (почвах), в которых лигнолитические грибы не могут составить им конкуренцию (Pometto, Crawford, 1986).
Активными деструкторами лигнина оказались п некоторые виды Aspergillus (Milstein et al., 1984; Kaaam, Dreut, 1986). Показано, что все исследованные грибы (Aspergillus fumigatus, A. japonicus, A. niger, A. terreus) расщепляют ароматические и углеводные компоненты растворимых в воде лигноуглеводных комплексов, выделяемых из пшеничной соломы. Ароматические и родственные лигнину соединения не влияют на образование грибами гемицеллюлаз. Все виды Aspergillus, особенно A. fumigatus, активно растут на соломе, утилизируя лигнин и некоторые углеводы. Гриб в одинаковой степени вызывает значительное деметоксилирование и дегидроксилирование лигнина.
По мнению Огаркова и сотр. (1985), при осуществлении разложения компонентов лигноцеллюлозных субстратов существует тесное взаимодействие циклов деструкции и утилизации целлюлозы и лигнина. В этот цикл вовлечено более десяти ферментов. Среди промежуточных продуктов распада целлюлозы и лигнина обнаружены Н20, Н202, 02, О', целлобиоза, глюкоза, цел-лобионовая кислота, феиоксильные радикалы.
Цикл разложения целлюлозы тесно связан с циклом конверсии лигнина и его мономеров. В этих циклах есть две точки сопряжения через превращения целлобиозы и глюкозы (Огарков и др., 1985). Особенно важна вторая точка сопряжения. Глю-козо-2-оксидаза, превращая глюкозу в глюконолактон, генерирует Н2О2, которая является катализатором при разложении лигнина и необходима для проявления активности недавно выделенного фермента лигниназы (фермент деградации лигнина). До сих пор еще остается неясным, каковы различия лигниназ и известных лакказ. Следовательно, накопление глюкозы в среде стимулирует ее превращение в глюконолактон, а выделяющаяся Нг02 запускает реакции окислительной деструкции лигнина и его мономеров.
Как указывают Огарков и сотр. (1985), разложение целлюлозы — процесс известный, осуществляется с помощью целлю-лазного комплекса микроорганизмов. Его можно проследить на примере гриба Trichoderma reesei. Ферментативный комплекс этого гриба состоит из |3-1,4-?)-глюканцеллобиогидролазы (КФ 3.2.1.91), которая специфически отщепляет целлобиозильные единицы с невосстановленного конца цепи целлюлозы, из эндо-
130
р-1,4-?>-глюканазы (КФ 3.2.1.4), расщепляющей внутренние связи в целлюлозных цепях, и |3-1,4-.0-глюкозидазы (КФ 3.2.1.21), отщепляющей глюкозильные остатки от невосстановленного конца целлоолигосахаридов. Комплекс ферментов действует кооперативно, катализируя образование олигосахаридов, целлобиозы и глюкозы. Конечным продуктом распада является глюкоза. Первичная атака целлюлозы осуществляется по аморфным зонам цепей, затем по мере разрыхления структуры кристаллических участков волокон ферменты диффундируют в эти участки.
Анализируя данные литературы о механизме разложения лигноцеллюлозных субстратов, следует отметить, что если процесс деградации целлюлозы довольно ясен (Клесов, 1987), то все предполагаемые схемы утилизации лигнина носят пока еще гипотетический характер.
В качестве субстрата для твердофазного культивирования дереворазрушающих базидиомицетов могут быть использованы гребни винограда — отходы виноделия и виноградарства (Гра-дова и др., 1982), За счет выращивания на них гриба Pleurotus ostreatus содержание белка увеличивается с 6 до 18%. Полученный продукт обладает приятным грибным ароматом. Биоконверсию обрезков виноградной лозы проводят с помощью грибов Coriolus versicolor, Bjerkandera adusta, В. fumosa и др. (Ганба-ров н др., 1987).
Источником пополнения кормовой базы может служить верховой слаборазложившийся торф, содержащий большое количество клетчатки и мало лигнина. Под воздействием грибов в торфе увеличивается содержание белковых веществ. Частичное разложение торфа дереворазрушающими грибами способствует обогащению его и легкогидролизуемымп соединениями.
Некоторые способы обогащения белком макромицетов лигноцеллюлозных субстратов дошли до стадии внедрения. Так, сотрудниками ВНИИГидролиз разработан способ получения белкового кормового продукта на основе культивирования дерево-разрушающего базидиомицета белой гнили Coriolus pubescens на измельченной древесине. Древесину осины измельчают до размера 3—5 мм и обрабатывают газообразным аммиаком в количестве, равном 1,5—3,0% массы абсолютно сухой древесины. В подготовленное таким образом сырье вносят питательные соли с содержанием фосфора 0,05—1°/о, калия — 0,05—1 и магния — 0,01 — 1 % массы сухого сырья.
