удк 635.2:577.15 биоконверсия твердого остатка вегетативной

ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2002. №2. С. 149–150.
УДК 635.2:577.15
БИОКОНВЕРСИЯ ТВЕРДОГО ОСТАТКА ВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ
ТОПОЛЯ И ТОПИНАМБУРА

Е.В. Исаева*, Т.В. Рязанова, Н.А. Чупрова
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82,
Красноярск, 660049 (Россия) e-mail: [email protected]
В работе изучена биоконверсия твердого остатка вегетативной части тополя и топинамбура различными штаммами
грибов рода Trichoderma.
Перспективой решения проблемы загрязнения окружающей среды является разработка безотходных
технологий с применением экологически чистого сырья.
На кафедре химической технологии древесины СибГТУ проводятся работы по изучению химического
состава и возможностей комплексного использования вегетативной части растительного сырья, в
частности тополя и топинамбура. Разработана технология получения эфирных масел из почек тополя и
глюкозо-фруктозного сиропа из стеблей топинамбура. Основным отходом данного производства является
твердый остаток. Предварительные исследования показали возможность его использования для получения
биопрепаратов на основе изолятов дереворазрушающих грибов. Дереворазрушающие грибы, обладая
мощным ферментативным аппаратом, позволяют разрушать одновременно целлюлозу и лигнин и
усваивать образующиеся продукты.
Основу отечественного препарата «Триходермин» составляют споры гриба рода Trichoderma. В
качестве питательных сред для получения биопрепарата в настоящее время используются различные
растительные материалы (солома, трава, отходы зерна, торф). Однако формы этого препарата не отвечают
требованиям современного крупнотоннажного производства с высоким титром спор. Таким образом,
выращивание высокопродуктивных штаммов грибов рода Trichoderma на твердом остатке вегетативной
части растительного сырья и получение биопрепаратов для защиты растений представляет научный
интерес.
Известно, что одним из важных факторов, влияющих на быстрый рост микроорганизмов и
максимальный синтез ими различных биологически активных веществ, является питательная среда,
которая должна содержать обоснованный и сбалансированный набор различных питательных соединений,
необходимых микроорганизму для построения растущей клетки и синтеза конечного целевого продукта.
Для нормального роста и развития микроорганизмов в питательной среде должны присутствовать
элементы, из которых формируется клетка.
У твердых остатков, полученных в результате отгонки летучих компонентов из вегетативной части
тополя методом гидродистилляции и извлечения сахаров горячей водой из стеблей топинамбура, был
изучен групповой состав. Культивирование проводили твердофазным способом. В качестве
биодеструкторов использовали два вида грибов рода Trichoderma: T. viride и T. anamorph hypocrea
gelatinosa.
Предварительно простерилизованный субстрат инокулировали споровой суспензией грибов из расчета
1×106 спор на 1 г. Культивирование проводили в термостате при температуре 25–27°С в течение 10–30
суток.
Результаты определения химического состава твердого остатка вегетативной части тополя и стеблей
топинамбура до и после биодеструкции приведены в таблице.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
150
Е.В. ИСАЕВА, Т.В. РЯЗАНОВА, Н.А. ЧУПРОВА
Состав субстратов до и после воздействия грибов рода Trichoderma, %
Субстрат через 30 суток культивирования грибов
Компоненты субстрата
T. anamorph Hypocrea
T. viride штамм «КР»
gelatinosa штамм «МГ»
Зольные
2,1 / 4,6
5,4 / 4,4
5,0 / 4,4
Полисахариды
74,5 / 30,3
57,4 / 15,1
57,5 / 14,3
Лигногуминовые
22,2 / 27,6
19,7 / 38,5
21,5 / 36,9
Экстрактивные
1,2 / 30,8
13,8 / 19,2
11,6 / 24,5
Убыль массы субстрата
0.0
31,8 / 20,6
21,3 / 19,0
Примечание: числитель – стебли топинамбура, знаменатель – вегетативная часть тополя.
Исходный
субстрат
Как видно из таблицы, по химическому составу послеэкстракционный остаток как топинамбура, так и
тополя представляет собой лигноуглеводный комплекс, в котором на долю полисахаридов приходится от
75 до 58%. Углеводы исследуемых субстратов в основном представлены трудногидролизуемыми. Так, в
твердом остатке тополя на их долю приходится 54%, а в послеэкстиракционном остатке топинамбура –
63%. Наряду с основными, в составе твердого остатка тополя содержатся и экстрактивные вещества
(30,8%), которые на 91% представлены соединениями, экстрагируемыми спиртом, и на 8% – извлекаемыми
водой.
Источниками углеродного питания для микроорганизмов наряду с углеводами также могут служить
алифатические и ароматические кислоты, фенольные соединения. Из литературы известно, что в составе
почек тополя идентифицированы яблочная, бензойная, коричная, галловая, кофейная и феруловая кислоты,
а также простагландины, флавоноиды и гидроксикоречные кислоты.
Микроорганизмы, кроме углерода, нуждаются также в минеральных соединениях, присутствие которых
в небольших количествах может оказывать стимулирующие действие на накопление биомассы.
Содержание данной группы веществ в исходном сырье составляет 4,4% для тополя и 5,4% – для
топинамбура. В составе твердого остатка вегетативной части тополя и топинамбура были обнаружены
микро- и макроэлементы, активизирующие деятельность ферментов и повышающие его питательную
ценность (медь, цинк, марганец и др.).
Благоприятный химический состав исходного материала позволяет использовать его в качестве
дешевого и экологически чистого сырья для биоконверсии, в том числе грибами рода Trichoderma.
Визуальные наблюдения показали, что в процессе культивирования уже на 5–7-е сутки поверхность
субстрата зарастает мицелием гриба. Грибы рода Trichoderma характеризуются бесцветным или белым
мицелием, образующим колонии, впоследствии приобретающих желто-зеленую окраску. Однако нужно
отметить, что рост мицелия гриба штамма «Красноярский» происходит интенсивнее по сравнению со
штаммом «Маганский». Количество спор за 30 суток культивирования увеличилось для штамма
«Красноярский» в 700 раз, для штамма «Маганский» – в 1200 раз.
Изучение химического состава субстратов после биодеструкции различными штаммами грибов рода
Trichoderma показало, что в большей степени деструкции подвергаются полисахариды, содержание
которых снижается в 1,5–2 раза. В меньшей степени подвергаются биодеструкции лигноподобные
вещества. Более активным является штамм «Красноярский», так как убыль массы после 30 суток
культивирования составляет 20,6% для вегетативной части тополя и 31,8% – для топинамбура. Результаты
исследований показали, что воздействие грибов рода Trichoderma приводит к гумификации лигноуглеводного комплекса. Содержание гуминовых веществ составляет около 20%.
Высокий титр спор (4,1–6,7⋅108 спор/г) и образование в процессе культивирования изолятов грибов рода
Trichoderma гуминовых веществ, используемых в качестве стимуляторов роста растений, дают основание
рекомендовать твердый остаток вегетативной части тополя и топинамбура в качестве субстрата для
получения биопрепарата «Триходермин».
Поступило в редакцию 21 марта 2002 г.