Перспективы использования и оптимизация условий проведения ферментативного гидролиза крахмалсодержащего растительно сырья
Одним из важных направлений биотехнологии является исследование процессов, которые могли бы обеспечить создание новой сырьевой базы для пищевой, медицинской, косметической и других отраслей народного хозяйства. На сегодняшний день ферментные технологии стали одним из наиболее эффективных средств трансформации многих видов биологического сырья [3]. Перспективным в этом плане является разработка и оптимизация условий проведения ферментативного гидролиза крахмалсодержащего растительного сырья. Продукты ферментативного гидролиза зерновых культур, обогащенных простыми углеводами, могут стать сырьевой базой для получения альтернативных видов топлива и для промышленного культивирования мицелиальных организмов. В качестве недорогих и эффективных энергоносителей биотехнология может предложить производство биоэтанола из растительного крахмалсодержащего сырья, например зерновых технического назначения. Применение ферментативных гидролизатов крахмалсодержащего сырья обеспечивает значительно больший выход целевого продукта – биоэтанола, чем кислотные гидролизаты целлюлозного сырья.
Среди мицелиальных организмов широко применяются культуры высшего съедобного гриба Pleurotus ostreatus и микроскопического гриба Blakeslea trispora [2]. Биомасса грибов и биологически активные вещества, полученные из них во время глубинного культивирования на искусственных питательных средах, являются экологически чистыми. Экономическая целесообразность использования ферментативных гидролизатов для промышленного культивирования мицелиальных организмов приходится применением недорогого сырья и увеличением выхода биомассы в 2 — 3 раза.
В данной работе изучены условия проведения ферментативного гидролиза крахмалсодержащего растительного сырья на примере кукурузы технического назначения. Для проведения ферментативного гидролиза применяли отечественный ферментный препарат микробного происхождения «Альфалад» Ладыжинского завода, содержащий амилолитический фермент технического назначения: альфа-амилаза.
Химический состав зерна в значительной степени зависит от культуры и сорта, почво-климатических условий, средств агротехники, условий хранения и других факторов. В среднем зерно состоит из 14% влаги и 86% сухих веществ. Кукуруза – это культура, которая отличается многообразием хозяйственного использования и имеет большие потенциальные возможности в получении высоких урожаев. В зерне кукурузы содержится 65-70% углеводов, 9-12% белка, 4-8% растительного масла (в зародыше до 40%) и лишь около 2% клетчатки [1].
Исследуемыми генотипами кукурузы были: (ДК633/266МхДК236) хДКВ, (ДК296СхДК633/266) хДК411, (ДК296СхДК231) хGT500, (ДК2/427СхДК233) хДК125-4, ДК247х GT108, ДК273хДК129-4, ДК257МхДКВ, ДК633/266СхSM169, ДК744МхДК269, ДК247хДК233. В данной работе исследованы растворы амилолитических ферментов с разведением: 1:10, 1:100, 1:1000, 1:2000. Исследовательскими температурами гидролиза были 40 и 60ºС, продолжительность гидролиза – 5, 10, 20, 40 минут.
В результате исследования предлагается следующая схема проведения ферментативного гидролиза крахмалсодержащего растительного сырья на примере кукурузы технического назначения. Кукурузное зерно измельчают до состояния муки. Далее муку заваривают в течение 30 минут на водяной бане (90-95ºС) с начальной температурой воды в колбе 75-85ºС. Клейстеризацию крахмала проводят в течение 15 минут на водяной бане для уже заваренной муки, добавлением амилолитического препарата с разведением 1:5000 (активность 1900 ед / мл). Для всех исследуемых генотипов кукурузы обнаружили, что заваркой и клейстеризацией (осахаривание крахмала) переводится в 95-99% крахмала в растворимое состояние. Полученный клейстер подвергают ферментативному гидролизу амилолитическим ферментным препаратом с разведением 1:2000, при температуре 40ºC на протяжении 10-20 минут, при 60ºС – 5-10 минут. После 10 минут ферментативного гидролиза при температуре 60ºС идет замедление расщепления крахмала до простых углеводов для всех исследуемых генотипов кукурузы и разведенного ферментного амилолитического препарата. Разница в количестве оставшегося крахмала на 5-и 40-ю минуты ферментативного гидролиза составляет не более 3%. Таким образом, целесообразна продолжительность ферментативного гидролиза 5-10 мин.
Список литературы
- Лихочвор В. В. Рослинництво. Технології вирощування сільськогосподарських культур / В. В. Лихочвор. – К.: Центр навчальної літератури, 2004. – 808 с.
- Ляпустіна О. В. Оптимізація живильного середовища (джерел вуглецю) для глибинного культивування Pleurotus ostreatus / О. В. Ляпустіна, І. М. Зубарева // Новітні технології оздоровчих продуктів харчування ХХІ століття: тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції (Харків, 21 жовтня 2010 р.) – Харків, 2010 – С. 161-162.
- Тарабукин Д. В. Ферментативные технологии направленной биоконверсии целлюлозо- и крахмалсодержащего растительного сырья: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. биол. наук: спец. 03.00.23 «Биотехнология» / Тарабукин Дмитрий Валерьянович; Ин-т биологии Уфим. науч. центра РАН. – Уфа, 2009. – 23 с.
Источник: Середа Ю.Ю. Перспективи застосування та оптимізація умов проведення ферментативного гідролізу крохмалевміщуючої рослинної сировини / Ю. Ю. Середа, О. В. Ляпустіна, І. М. Зубарева // Біосфера ХХІ століття: матеріали ІІІ всеукраїнської конференції молодих вчених, аспірантів, магістрів та студентів (Севастополь, 4-7 квітня 2011 р.) – Севастополь, 2011. – С. 121-123.
Автор фото в статье: Сушко А.