Утилизация крахмалсодержащих отходов зерноперерабатывающей промышленности
Recyclingof Wastes, which contains starch in grain processing industry
It was shown the possibility of application of enzymatic hydrolysates oat and rye flour, sugar concentration of 0,5%, as carbon sources and gluten as a nitrogen source. It was recommended for industrial use gluten concentration of 30% as the nitrogen source, while hydrolysates using oat or rye flour, sugar concentration of 0,5%, which gives an opportunity to dry biomass of mycelium in the amount of approximately 40-50 grams per liter.
Наращивание темпов экономического развития в сельском хозяйстве и пищевой промышленности привело к обострению проблемы использования и утилизации отходов, в том числе утилизация отходов зерна. Достаточно нерационально используются зерновые отходы, отсев мукомольной промышленности, отруби и другие крахмалсодержащие отходы растениеводства. К тому же, количество растительных отходов в несколько раз превосходит долю целевой выращенной продукции. При этом, потенциально возможные доходы от реализации продукции, полученной из различных отходов, могут многократно превосходить доходы от продажи основного продукта и позволят без дополнительных затрат на выращивание зерна, поднять общую рентабельность производства.
Отходы зерна и зерноперерабатывающей промышленности и сельского хозяйства безвредны, легко поддаются ферментативной и микробиологической биоконверсии и различным видам предобработки. Эти ресурсы рассматриваются как наиболее перспективные для развития альтернативных технологий кормопроизводства, однако в своем естественном состоянии большинство отходов (в том числе зерновые) не совместимы с технологиями традиционных комбикормовых производств (из-за физико-механических свойств). Кроме того, данные отходы характеризуются низкой кормовой ценностью из-за наличия трудногидролизируемых полисахаридов, невысокого содержания перевариваемого белка, недостаточного количества незаменимых аминокислот или вообще их отсутствия. Поэтому, для применения растительных крахмалосодержащих отходов в кормопроизводстве дополнительно требуется добавление биологически активных веществ и разработка особых технологий предобработки сырья. Но существуют и другие пути утилизации данных отходов. Одним из таких является применение крахмалосодержащих отходов зерна и зерноперерабатывающей промышленности для глубинного культивирования мицелиальных грибов (например Pleurotus ostreatus, Blakeslea trispora) с целью получения их биомассы и биологически активных веществ, которые они продуцируют.
Базидиальные грибы, выращенные в искусственных условиях, в том числе Pleurotus ostreatus – перспективные продуценты экологически чистого белка и незаменимых аминокислот. Получение грибной биомассы в условиях глубинного культивирования при создании оптимальных условий культивирования и оптимизации питательной среды является дешевым и доступным способом получения высококачественного экологического продукта пищевого и кормового назначения. Содержание сырого протеина и истинного белка в мицелии грибов рода вешенка, культивируемого на жидких питательных средах, составляет 40-50% и 30-40% соответственно. Белок мицелия вешенки характеризуется биологической ценностью и переваримостью. Мицелий вешенки содержит все незаменимые аминокислоты. Переваримость белков грибных биомасс вешенки, полученных при глубинном выращивании, составляет 59,3-79,4%.
В качестве основного субстрата для выращивания вешенки могут быть использованы промышленные отходы производств фруктовых соков, кисломолочных продуктов, растительные отходы сельского хозяйства и тому подобное. Однако, с целью расширения сырьевой базы промышленного получения мицелия высших грибов и увеличения выхода биомассы, обогащенной белком предлагается глубинное культивирование на крахмалсодержащих растительных субстратах, в том числе зерновых отходах. Но зерновые отходы требуют обязательной предварительной обработки методами кислотного или ферментативного гидролиза. Предварительная обработка сырья непосредственно способствует увеличению выхода мицелия и содержания белка в нем. Ферментативный гидролиз является экологичным процессом, так как отсутствуют угроза здоровью человека, из-за использования сильных неорганических кислот и вредных выбросов, что характерно для кислотного гидролиза. В связи с этим, для обработки, утилизации отходов зерна применяли отечественные ферментные препараты «Альфалад» и «Глюколад» Ладыжинского завода.
При подборе компонентов питательных сред для глубинного культивирования базидиальных грибов большое внимание уделяют соотношению углерода и азота. По литературным данным максимальный выход сухого мицелия на различных питательных средах составлял примерно до 30 г / л. В наших опытах при глубинном культивировании гриба Pleurotus ostreatus были применены питательные среды, которые вмещали в качестве источника углерода отходы крупяной муки (ржаная, овсяная), в качестве источника азота – глютен. Крахмалсодержащие отходы перед применением подвергали ферментативной обработке альфа-амилазой (1:1000, активность 1900 ед / мл) и глюкоамилазой (1:200, активность 5800 ед / мл).
Выращивание грибной биомассы проводили по стадийно. Выделение чистой культуры гриба Pleurotus ostreatus проводили из плодовых тел. Культуру посевного материала было получено на агаризованной среде, вмещающей отвар пшеницы. Глубинное культивирование проводили на жидких питательных средах следующего состава: контрольная среда вмещала кукурузный экстракт – 6%, зеленую патоку – 5%, KH2PO4 – 0,05%, pH среды 6,5-6,9; исследуемые среды содержали жидкие гидролизаты муки, в которых концентрация сахаров составляла 0,5%, глютен с концентрацией 20, 30, 40 и 50%, KH2PO4 – 0,05%, pH = 7. Культивирование проводили в течение 5 суток при температуре 260С и режиме перемешивания 200-220 об / мин. Культуру гриба, выросшей в процессе ферментации, отделяли от культуральной жидкости центрифугированием при 5000 об / мин. течение 10 минут. Сырую биомассу гриба высушивали при температуре 1050С и сухой мицелий взвешивали.
В проведенном исследовании осуществили подбор сырья, а именно источников и оптимальных концентраций азота, при одновременном применении гидролизатов крупяной муки с концентрацией сахаров 0,5%, для процесса выращивания гриба Pleurotus ostreatus в глубинных условиях.
При применении глютена в качестве источника азота, было определено, что лучших результатов, примерно в 3 раза больше по сравнению с контролем, достигли при использовании 40% концентрации. Но с экономической точки зрения можно предлагать применять 30% концентрацию глютена, что дает прирост биомассы в 2 раза, по сравнению с контролем. Разница количества биомассы, полученной с применением глютена с концентрациями 30% и 40% составляет 29% с приоритетом 40% концентрации глютена. Применение глютена в концентрациях менее 30% и более 40% не допустимы. Применение 20% концентрации глютена недостаточное для накопления биомассы гриба, по сравнению с контролем. Глютен в концентрации 50% вызывает снижение количества биомассы, по сравнению с 40% концентрацией глютена, что может быть связано с ухудшением обмена веществ из-за его вязкой консистенции. При применении гидролизатов различных видов муки, с концентрацией сахаров 0,5%, существенных различий не наблюдалось.
Таким образом, для промышленного использования можно предложить применение глютена с концентрацией 30% в качестве источника азота, при одновременном применении гидролизатов овсяной или ржаной муки, с концентрацией сахаров 0,5%, что дает возможность получать сухую биомассу мицелия в количестве примерно 40-50 г / л.
Источник: Зубарева І. М. Утилізація крохмалевміщуючих відходів зернопереробляючої промисловості / І. М. Зубарева, О. В. Ляпустіна, О. М. Лебедєва, В. Т. Сметанін // Неделя эколога – 2010: тезисы докладов Международного научного симпозиума (Днепродзержинск, 12 – 15 октября 2010 г.) – Днепродзержинск, 2010 – С. 78-81.
Автор фото в статье: Ляпустина Е.В.