Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Характеристика новых свойств пробиотических препаратов серии "Экофрэнд"

ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Характеристика новых свойств пробиотических препаратов серии "Экофрэнд""

О1

На правах рукописи

Ковалева Светлана Валерьевна

ХАРАКТЕРИСТИКА НОВЫХ СВОЙСТВ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ СЕРИИ «ЭКОФРЭНД»

03.01.06 - биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

15 ндр ш

Саратов-2012

005014215

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор

Блинов Валерий Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, доцент Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской академии наук, ведущий научный сотрудник лаборатории

физиологии микроорганизмов Гулий Ольга Ивановна

доктор биологических наук ФКУЗ «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, ведущий научный сотрудник

лаборатории патогенных вибрионов Заднова Светлана Петровна

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится «2-9 » марта 2012 г. в 00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.04 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» (410005, г. Саратов, ул. Соколовая, 335, диссертационный зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова».

Автореферат диссертации разослан 2012 г.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410012. г. Саратов, Театральная пл., 1, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета у

доктор биологических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время производится множество продуктов функциональною питания, лекарственных средств, биологически активных добавок и других объектов, которые содержат микроорганизмы пробиотического действия (Лыкова. 2004: 2005: Данилевская, 2005; Похиленко, Исрелыгин, 2007: Иерепслкин, 2010). Такие препараты, например, созданные па основе бактерий рода Bacillus, используются для профилактики микотоксикозов, в качестве компонентов вакцин и минерально-витаминных добавок, при переработке и биологическом обеззараживании органических отходов, для получения биоорганических удобрений и пр. (Кугаепк-о. 1999; Неустроев и др., 2007: Нгусн. Разумовская. 2009).

Пробиотические препараты способны улучшать процессы пищеварения, обмен веществ, продуктивность животных, получать экологически безопасные продукты питания (Vassalo et al., 1997; Zani et al.. 1998: Adami. Cavazzoni, 1999: kyria-kis et al., 1999).

В последнее время особую актуальность для сельского хозяйства и пищевой промышленности приобрели пробиотические препараты липолитического действия. так называемые моющие или чистящие пробиотики. Они используются для удаления жировых отходов на различных технологических стадиях производства продуктов питания, обеспечивают комфортные условия в местах содержания скота и птицы, препятствуют возникновению незаразных и заразных болезней, легко биоразлагаемы, безвредны для окружающей среды, не требуют специальных технологий утилизации, способствую!' трансформации навоза, птичьего помета, остатков кормов, отработанной подстилки и пр.. и, в конечном счете, повышают продуктивность.

Представителями подобной группы пробиотиков являются препараты серии «Экофр шд», которые сравнительно недавно поступили на российский рынок, и ряд их возможных биотических свойств, а также механизмов действия еще не привлек должного внимания (Калмыкова, Медведченко, Нилова, 2005). Исходя из этого, оценка ранее неизвестных, но практически значимых эффектов указанных пробио-тических препаратов является весьма актуальной задачей.

Цель исследовании — щучить физико-химические свойства препаратов серии «Экофрэнд» и оценить их влияние на биотрансформацию навоза крупного рогатого скота, посевные качества семян, показатели кропи и молока животных и продукцию биодизелыюго топлива.

Задачи исследования:

1. В сравнительном аспекте изучить физико-химические характеристики препаратов серии «Экофрэнд» (очиститель коровьих сосков, очиститель коровы« ног, универсальный стабилизатор стойла, универсальный очиститель стойла).

2. Изучить влияние навоза крупного рогатого скота, биотрансформированно-го иробиотиками, на посевные качества зерновых культур.

3. Исследовать влияние препаратов серии «Экофрэнд» па организм лабораторных мышей по некоторым параметрам сис темы OLP;

4. Выявить изменения качественного состава молока коров мод действием пробиотических препаратов.

5. Изучить влияние пробиотиков. коллоидного золота и растворои редкоземельных металлов на продукцию п качество биодизельного топлива, полученного из отходов жировых производств.

Научная новизна. Впервые установлено, что обработка семян пшеницы, ячменя и кукурузы вытяжками из навоза, биотрапсформированного иробиотиками серии «Экофрчнд», или растворами редкоземельных металлов (лантана, празеодима. неодима) в концентрации 5-10"4 г/л, существенно, в среднем, на 31,5 % или 13,0 % соответственно повышает дружпоетт» их прорастания. Под влиянием указанных воздействий наблюдается тенденция к увеличению всхожести и энергии прорастания указанных зерновых культур.

Впервые показано, что пробиотические препараты серии «Экофрчнд», изученные по некоторым параметрам Good Laboratory Practice (GLP), не изменяют основные параметры жизнедеятельности белых лабораторных мышей, т. е. являются биобезопасными. Установлено, что зги препараты, за исключением универсального очистителя стойла, не влияют тта физико-химические свойства и ферментный спектр молока коров.

На основе этиловых и метиловых эфнров подсолнечного масла, а также отходов масложирового и маслоэкстракциониого производства (фуз. еоапсюк, жмы-

М1 подсолнечника, льна, рыжика, расторопшн) получено биодизелыюе топливо и определены его основные физико-химические параметры. Впервые установлено, что пробиотическпе препараты сери» «Экофртнд», особенно универсальны!) очиститель стойла, стимулируют образование биодтеля на растительного масла, фуза или соаистока. Предложен способ увеличения продукции биоднзельного топлива из жнросодержаших продуктов и отходов жировых производств (патент РФ №2440416).

Практическая значимость. Предложено использовать навоз, биотрацефор-мированный пробиотиками серии «Экофрзнд», а также растворы редкоземельных металлов в концентрации З-Ю'4 г/л для повышения посевных качеств семян пшеницы. ячменя и кукурузы. Показана возможность получения биодизельного топлива не только из растительною масла, по и отходов (фуз. соапсток, жмыхи масличных культур) жировых производств, что позволяет в перепекшие использовать различные жпросодержашие отходы при производстве топлива.

Результаты научных исследований включены в каталог разработок Саратовского центра иаушо-технической информации (информационный листок № 006-2010. 2010 г.). используются на предприятиях ЗЛО «Жировой комбинат» г. Саратова и ООО «Энгельсторгсервис» г. Энгельса, что подтверждено актами о внедрении научно-исследовательской опытно-конструкторской работы (2011 г.).

Но материалам диссертационной работы опубликована монография «Пробио-тик11 к пищевой промышленности и сельском хозяйстве» (в соавт. с Блиновым В.Д.. Буршипой С.Н.). Полученные научные данные используются в учебном процессе при чтении лекций, проведении лабораторных работ для студентов и слушателей Ф11К. при написании дипломных работ в Ф1БОУ ВГ10 «Саратовский государственный аг рарный университет им. Н.11 Вавилова».

Основные но.южеиня, выносимые на защиту:

1. В препаратах серии кЭкофрэнд» отсутствуют ионы тяжелых металлов, нитраты и нитриты: для стабилизатора стойла и очистителя стойла характерна отчетливо выраженная щелочная среда, а для очистителя коровьих сосков и очистителя коровьих ног - нейтральная или слабокислая среда. В препаратах содержится незначительное содержание общего белка и высокая концентрация небелкового азота.

2. Обработка семян пшешшы, ячменя и кукурузы вытяжками из навоза, био-трансформированного нробиотиками серии «Экофрэнд», или растворами редкоземельных металлов (лантана, неодима, празеодима) в концентрации 5-10"" г/л улучшает их посевные свойства.

3. Препараты серии «Экофрэнд» не оказывают аллергенного и раздражающего действия на организм лабораторных мышей, не изменяют их отологию, массу внутренних органов и метаболический статус. Все препараты, за исключением универсального очистителя стойла, не изменяют физико-химический состав и ферментативную активность молока коров.

4. Разработана технология получения биодизелыюго топлива из отходов жирового (фуз, еоапсток) и масжгэкстракшгоиного (жмыхи масличных культур) производства. Такие отходы являются перспективными сырьевыми источниками для получения биодизельного топлива.

5. Энзимонробиотические препараты серии «Экофронд». растворы редкоземельных металлов увеличивают продукцию бподизельното топлива из отходов жировых производств.

Работа выполнена на кафедре биотехнологии и химии ФГБОУ В! 10 «Саратовский государственный аграрный университет им. НИ. Вавилова» в рамках па-учно-иссдедовательской темы: «Научно-производственная оценка эффективности биотехнологической конверсии кормов, лекарственных средств, органических отходов в повышении продуктивности и качест ва продукции животноводства и растениеводства^.

Апробация работы. Результаты научных исследований представлены иа: Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК» (Саратов, 2006); ежегодных Всероссийских и Международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения» (Саратов, 2006; 2008; 2009); ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского ГА У (Саратов. 2007; 2009; 2010; 2011); Международной на^но-практической конференции, послюненной 80-летию со дня основания биотехнологического факультета Саратовского ГАУ (Саратов. 2009); III Международном конкурсе научных работ молодых ученых и области нанотехпологий (Москва, 2010); Всероссийском конкурсе «Поддержка высокотехнологичных инно-

вашишных молодежных проектов» (Москва. 2011): Международно» научно-практической конференции «Организационно-экономические аспекты модернизации агропродовольствеииого сектора» (Саратов, 2011); первой Интернет-конференции Саратовского 1'АУ «Приоршсшые направления модернизации аграрной "экономики: тенденции, проблемы, перспективы» (Саратов, 2011): IV Российском Форуме «Российским инновациям - российский капитал» н IX ярмарке бизнес-ангелов и инноваторов (Оренбург. 2011): научно-практической конференции «Роль молодежи в инновационном развитии АПК Саратовской облает» второй специализированной агропромышленной выставки «САРАТОВ-АП'О. 2011» (Саратов. 20!! ).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. и 1 начет.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения. двух глав: обзора литературы и собственных исследований, включающей объект, материалы и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение. а также заключения, выводов, практических предложений и списка использованных литературных источников. Работа изложена на 157 страницах, иллюстрирована 25 таблицами. 24 рисунками, содержит 3 приложения. Список использованных литературных источников включает 203 наименования, в том числе 34 зарубежных.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект, материалы и методы исследований

Обьекюм исследования служили пробиотические препараты серии «Экоф-рэнд». полученные от ООО «г)ко Продукт 21» (г. Москва) (микробиологические продукты): очиститель коровьих сосков, очиститель коровьих ног', универсальный стабилизатор стойла, универсальный очиститель стойла. Согласно требованиям ГФ XI но известным методикам были изучены физико-химические свойства указанных препаратов.

Навоз крупного рогатого скота обрабатывали рабочими растворами препаратов (1 % раствор очистителя коровьих сосков; 3 %-е растворы очистителя коровьих ног. универсально! о стабилизатора или очистителя стойла) из расчета 10 % от мае-

сы навоза и помешали в анаэробные условия. Через 30 днем из биотрапсформиро-ванного таким образом навоза готовили 10 %-ю водную вытяжку.

Растворы редкоземельных металлов были использованы нами в качестве возможных стимуляторов роста растений, а также в качестве стимуляторов продукции биодизельного топлива. Хлориды редкоземельных металлов (лантана, неодима, празеодима) марки «ХЧ» ступенчато растворяли в бидистиллироиашюй воде, получая раствор с концентрацией соответствующего металла 5-10"' г/л.

Семена зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы) проращивали в условиях, которые регламентированы ГОСТ 12038-84 (Казаков, Кретович, 1989; Лич-ко и др., 2000; Посынанова, 2007), а затем в динамике оценивали их основные посевные качества: всхожесть, 'шерсти прорастания, дружность, скорость прорастания (Дворкин. Худенко, 1999).

Для оценки аллергенности препаратов серии «Экофрэнд» проводили кожную и конъюнктивальную пробы на белых лабораторных мышах. При оценке острой токсичности 1,5, 3,0, 6,0 % растворы и неразделенные препараты вводили мышам однократно per os из расчета 1,0 мл на 20,0 г массы тела мыши. Наблюдения за подопытными животными проводили в течение недели. Для оценки хронической токсичности пробиотических препаратов подопытным животным вводили 1 и 3% растворы препарата универсальный очиститель стойла или препарата очиститель коровьих сосков, ежедневно per os из расчета 1,0 мл на 20.0 г массы тела мыши в течение двух недель (Данилова, 2003).

Мышей взвешивали, затем их декапитировали. внутренние органы (печень, сердце, ночки, селезенка, надпочечники, легкие, тимус) взвешивали на торсионных весах типа WTW или на электронных весах HL-400.

Число эритроци тов и лейкоцитов, содержание гемоглобина, цветовой показатель и СОЭ определяли в крови мышей (Гольдберг, 1989; Сысоев, 1996). Биохимический анализ включал определение содержания в плазме крови общего белка, а в сыворотке крови мочевины, глюкозы, общего холестерина, активности ферментов аспартатаминотрансферазы (ACT) и алатшамипотранеферазы (АЛТ) (Камышников. 2000; Майорова, 2000: Журавлева. 2001).

Активность щелочной фосфатазы в молочной сыворотке определяли унифицированным методом но «конечной точке». Определение активное™ катализы в

цельном молоке производили по методу Баха и Зубковой (Кушмаиова, 1983). Активность псроксидазы в цельном молоке определяли методом, основанном на способности пероксидазы катализировать окисление бензидипа перекисью водорода в n-хинондиимид (Камышников. 2000).

Содержание лактозы молока определяли с помощью рефрактометра ПРФ-22 (Кушмаиова. 1983). Метод определения сухого вещества молока основан на высушивании его при 102... 104.5 °С до постоянной массы и взвешивании остатка. Для определения золы проводили озоление сухого остатка молока в муфельной печи, а затем взвешивали зольный остаток (ГФ XI).

При оценке влияния пробиотиков на транспорт глюкозы через мембраны клеток у деканитироваиных мышей быстро изолировали диафрагмы и элидиди-мальный жир. Их ополаскивали а охлажденном 0,9 % растворе хлорида натрия и высушивали фильтровальной бумагой. Затем ткани помещали в специальные бюк-сы. в которые предварительно наливали 0,9 % раствор хлорида натрия, содержащего 10 ммоль/л глюкозы. Бюксы помещали в термостат с температурой 37 °С. Через 0.5, 1 и 2 ч ферментативным глюкозооксидазным методом определяли степень убыли глюкозы в растворе. Все результаты выражали в ммоль глюкозы, поглощенной за определенный промежуток времени, на один грамм исследуемой ткани (Уильяме. 1964; Кабак. 1968; Потемкина. 2007).

Для получения биодизельного топлива (биодизеля) использовали подсолнечное масло, отходы масложировой промышленности (ЗАО «Жировой комбинат» г. Саратова и ООО «Энгельсторгссрвис» г. Энгельса) - фуз и соапсток. а также жмыхи масличных культур (цех-лаборатория переработки масличных культур, ФГБОУ В110 «Саратовский ГАУ»), Бнодизелыюе топливо было получено из триг-лицерндов масложирового сырья переэтерификацией с метанольиым или этанол ь-ным раствором гндрокепда калия (ГОСТ Р 51486-99; Федоренко и др., 2008).

Йодное число, число омыления, кислотное число, псрекиспое число и эфирное число определяли в исследуемом сырье и биодизеле, также определяли теплотворную способность топлива (Беззубое. 1956; Исаченко. 1981; Беспалова и др., 1996; О'Брансн, 2007; Холманский, 2007).

Статистическую обработку полученных данных осуществляли на персональном компьютере Pentium IV с помощью стандартного пакета статистических

программ Microsoft Excel. Достоверность различии определяли методом вариационной статистики с использованием критерия Стыодента. различия считали достоверными при Р < 0.05 (Петухов. 1996).

Результаты исследований н их обсуждение

Характеристика пробиотических препаратов серии «Экофрзнд» и их влияние на биотрансформаиию навоза

Установлено, что в производственных растворах пробиотических препаратов серии «Экофрэнд» отсутствуют ионы тяжелых металлов, нитраты и нитриты. Причем, для растворов универсального стабилизатора стойла и универсального очистителя стойла характерной оказалась отчетливо выраженная щелочная среда а для очистителя коровьих сосков и очистителя коровьих ног - центральная или слабокислая среда. В препарате универсальный очиститель стойла выявлена самая значительная титруемая кислотность, которая сочетается с высокой вязкостью и буферной емкостью. Это отражает наличие большого количества кислых эквивалентов в сложных органических и неорганических солях препарата, о чем свидетельствует также существенное количество с\л'ого вещества и золы. Как установлено далее, пробиотические препараты содержат минимальное количество общего белка. В то же время содержание общего азота в исследуемых препаратах было всегда более значительным. Эти данные отражают высокую концентрацию небелковых азотистых соединений, наибольшее содержание которых характерно для универсального очистителя стойла.

Своеобразные химические свойства исследованных препаратов, их применение для обработки животноводческих помещений, стойла, подстилок позволили нам предположить, что такие пробиотические препараты могут быть использованы для биотрансформации свежего навоза, а значит и для его более быстрого использования в качестве удобрения. Установлено, что после биотрансформации навоза пробиотиками серии «Экофрэнд» в нем наблюдается тенденция к увеличению количества сырой золы, кальция и сырого протеина и снижению содержания клетчатки.

Затем было изучено влияние навоза, биотрансформированного пробиотиками, на посевные качества семян мягкой яровой пшеницы copra «Саратовская 70».

кормового ячменя и кукурузы «Волгоградская 1». Установлено, что обработка этих семян водными вытяжками из навоза, биотрансформированного пробиотиками серии «Окофрищ», в ряде случаев значительно повысила дружность их прорастания. Гак. указанная предпосевная обработка семян пшеницы увеличила дружность прорастания. в среднем на 56.7 % но сравнению с семенами, замоченными в дистиллированной воде, и на 37.6 % - по сравнению с семенами, обработанными вытяжкой па основе навоза, не трансформированного пробиотиками (рис. 1).

1234 5 6 12345 6 123456

Рис. 1. Изменение дружности прорастания семян пшеницы (1). ячменя (11).

кукурузы (111)

Примечание: 1 - дистиллированная вода; 2 - вытяжка из нетрансформиро-ваииого навоза: 3. 4 - вытяжка из биотрансформированного навоза: очистителем коровьих сосков (3) или очистителем коровьих ног (4); 5. 6 - вытяжка из биотрансформированного навоза: универсальным стабилизатором стойла (5) или универсальным очистителем стойла (6).

Вытяжки из навоза, биотрансформированного препаратами серии «Экоф-ртид». инициировали тенденцию к усилению всхожести и энергии прорастания всех исследуемых культур, при одновременном сокращении сроков прорастания посевных семян. Так. вытяжка из навоза, обработанного очистителем коровьих ног,

универсальным стабилизатором стойла и универсальным очистителем стойла, в среднем на 4,1 %, сократила сроки прорастания семян ншеницьт,

В последующих опытах нами было показано позитивное влияние на посевные характеристики зерновых культур растворов редкоземельных металлов к концентрации 5-10"1' г/л. Так. под влиянием раствора неодима энергия прорастания особенно значительно (в 2 раза) возросла у семян ячменя, увеличилась всхожесть и дружность прорастания этих семян при сокращении сроков их прорастания. Менее заметное положительное влияние на прорастание семян пшеницы, ячменя и кукурузы оказали растворы лантана и празеодима.

Полученные результаты позволяют рекомендовать биотрапс-формированный нробиотиками серии «Экофрэнд» навоз и растворы редкоземельных металлов, особенно неодима, для повышения посевных качеств семян. Подобная предпосевная обработка позволит повысить производственную всхожесть семян. способность их противостоять неблагоприятным условиям среды, стимулировать рост и развитие растений.

Влияние пробиотиков серии «Экофрэнл» па некоторые показатели крови п молока животных

Значительный объем исследований был посвящен оценке влияния пробиотиков серии «Экофрэнд» на организм белых лабораторных мышей. Показано, что препараты не обладают аллергенным и раздражающим действием на кожные покровы и слизистые оболочки мышей, острой и хронической токсичностью, а введение per os в течение двух недель животным 1 или 3 % растворов препаратов практически не изменяют массу тела и массу внутренних органов этих животных.

В последующих сериях экспериментов установлено, что пероральпое введение I или 3 % растворов очистителя коровьих сосков или универсального очистителя стойла вызывает у лабораторных мышей некоторое снижение числа эритроцитов и концентрации гемоглобина в крови. У них наблюдается тенденция к увеличению С'ОЭ, особенно при более высокой концентрации раст воров препаратов и пе-однотипиая реакция на изменение числа лейкоцитов.

После введения пробиотиков в крови у мышей наблюдалось существенное увеличение концентрации мочевины. Это, косвенно, может свидетельствовать об

усилении мочевинообразовательной функции печени и о более эффективном обезвреживании токсичного для организма аммиака. Помимо этого, под влиянием про-биотичееких препаратов у мышей отмечалась тенденция к увеличению и крови содержания глюкозы и холестерина. В то же время содержание общего белка и активность ферментов трансаминировапия у них статистически достоверно не изменялись.

Углубление этих исследований позволило выяснить одну из причин повышения в крови мышей содержания глюкозы. Нами впервые показано, что перо-ральное введение мышам 1 % раствора очистителя коровьих сосков вызывало тенденцию к снижению потребления глюкозы как мышечной, так и жировой тканью, в среднем на 47,0 % и в 1,5 раза соответственно (рис. 2). По-видимому, обнаруженное нами повышение уровня глюкозы в крови под влиянием пробиотического препарата явилось следствием ослабления синтеза инсулина в ^-клетках поджелудочной железы или обусловлено снижением толерантности периферических тканей к глюкозе.

А В

Рис. 2. Динамика снижения потребления глюкозы тканями (в %) после введения очистителя коровьих сосков: А —диафрагма; Б - эпидидимальный жир Примечание: - поглощение глюкозы тканями мышей контрольной группы. принятое за 100 %; 1. 2. 3 - поглощение глюкозы тканями мышей опытной группы через 0.5; 1 и 2 ч соответственно.

Практически важным было выяснить действие пробиотических препаратов па физико-химические свойства и ферментативную активность молока коров. Данные. полученные впервые нами, позволяют считать, что препарат универсальный очиститель стойла при попадании в молоко оказывает негативное влияние на его физико-химические свойства и качественный состав. Такое молоко уже через два часа после введения этого препарата свертывалось.

В то же время очиститель коровьих сосков, очиститель коровьих ног и универсальный стабилизатор стойла в дозах, даже в два раза превышающих те. что рекомендует производитель, не изменяли физико-химические свойства молока коров. Например, под влиянием 1.5 %-го раствора очистителя коровьих сосков, препарата, попадание которого в молоко наиболее вероятно, даже через 24 ч незначительно, по сравнению с исходным значением, уменьшилась его плотность, всего на 0,3 %. Титруемая кислотность к этому сроку, напротив, несколько возрастала, по сравнению с контрольной партией молока. В опытах с очистителем коровьих ног и универсальным стабилизатором стойла были получены аналогичные результаты.

Как выяснено нами далее, активность аспартатаминотрпнсфсразы, аланин-амииотрансферазы, щелочной фосфатазы, каталазы и пероксидазы молока коров под влиянием пробиотических препаратов статистически достоверно не изменилась. Следовательно, препараты серии «Экофрэнд». кроме универсального очистителя стойла, существенно не изменяли качественный состав молока и могут считаться безопасными при их случайном попадании в молоко.

Стимуляция продукции биодизельного топлива

Важной особенностью пробиотических препаратов серии «Экофрэнд» являются их липолитические ферменты, которые способны p¿lзлaгaть сложные жировые комплексы, в первую очередь триглицериды. на составные части. Исходя из этого, указанные пробиотические препараты, а также редкоземельные металлы в концентрации 5-10"4 г/л. впервые использовались нами для повышения продукции биодизельного топлива, как из растительною масла, так и из отходов жировых производств (фуза. соапстока).

Было установлено, что плотность биодизеля, полученного из подсолнечного масла, составляла 822 кг/м3. Кислотное число биодизеля на основе масла несколько

превысило значение этого параметра по стандарту Европейского Союза ПК 14214 и составило 2.9 ед. Согласно тому же стандарту в биодизеле йодное число не должно превышать 120 сд. Данный показатель у полученного нами биодизеля из масла оказался значительно ниже допустимого предела. Перекисей и гидроперекисей в биодизеле из подсолнечного масла было незначительное количество, о чем свидетельствует значение перекиспого числа. 0,16 ед. Число омыления и эфирное число биодизеля составили 58.3 и 55.3 ед. соответственно.

Однако растительное масло традиционно является субстратом для биодизеля. Исходя из этого, в последующих опытах в качестве сырья для биотоплива нами были использованы отходы маслоэкстракционного производства. Установлено, что в биодизельном топливе, полученном из жмыхов подсолнечника, рыжика, льна и расторопшн, йодное число соответствовало Европейском)' стандарту. Этот показатель находился в пределах 39.7-40.9 ед. Иными словами, в принципе жмыхи указанных масличных культур могут быть использованы для полх-чения биодизелыюго топлива.

Крупно тоннажными отходами масложировых производств являются ф\з и соапсток, их наиболее рациональная утилизация является важной задачей. Нами установлено, что фуз и соапсток оказались вполне пригодным сырьем для производства биодизеля. Показано, что по ряду физико-химических характеристик: плотности, жировым константам (кислотное и йодное числа), а также вследствие своей относительной дешевизны (рентабельность производства повышается, в среднем на 52.5 %) и доступности отходы могут активно использоваться в производстве биотоплива. Причем, биодизель из фуза по ряду важнейших параметров, полностью соответствовал требованиям стандарта Европейского Союза на биодизель (табл. 1).

Затем нами была предпринята попытка определения теплотворной способности биодизеля из растительного масла и отходов жировых производств, т. е. того количества теплоты, которое выделяет топливо при своем полном сгорании. В наших опытах теплотворная способность выражалась в виде разности начальной и конечной температур нагреваемого образца (табл. 2).

Что касается эффективности процесса, то после сгорания биодизеля из соапстока всегда оставался небольшой осадок в виде пенообразной массы, а пламя

было неярким. Сгорание же биодизеля из подсолнечного масла или фуза отличалось хорошей интенсивностью пламени, оно было без копоти и осадок не оставался.

Таблица 1 - Физико-химические показатели биодизельного топлива

№ п/н Показатели Европейский стандарт на биодизель EN 14214:2004 (Е) Биодизель из подсолнечного масла Биодизель из фуза Биодизель из соапстока

1 Плотность, кг/м"' 860-900, в среднем 880 822.00± 10.70 877,00±6,40 864.60±0,13

2 Кислотное ■шело, ед. не более 0,5 2.88±0.09 0.58±0.04 62.98±0.50

3 Йодное число. ед. не более 120 13.88±7,06 51,20±1,37 242,00±2,02

4 Число омыления. ед. не нормируется 58.29±0,07 21.00±3.20 270.02±7.40

5 Перекисное число, ед. не нормируется 0Л6±0,02 0,78±0,02 0,49±0,01

6 Эфирное число, ед. не нормируется 55.30i2.70 20.40± 1.40 207,04±0.37

Таблица 2 - Степень нагрева воды биодизельным топливом. °С

№ Вид биодизеля Начальная тем- Конечная Разница темпера-

п/п пература температура тур

1 подсолнечное масло 24.3±0.3 60.6±0,8 36.3

2 ФуЗ 24,3±0.3 66.1±0,3 41.8

3 Соапсток 24.3±0.3 56.2±0,4 31.9

Следующей задачей являлось увеличение продукции и улучшение качества биодизельного топлива, как из растительного масла, так и из отходов жировых производств. Поэтому нами было изучено влияние на продукцию биодизеля возможных стимуляторов его выхода. Показано, что внесение в. исходное сырье соляной кислоты или сульфата натрия не влияет на продукцию биодизеля. В то же время введение щавелевой кислоты в технологию приготовления биодизеля.

например из соапстока, повышает его выход в среднем на 10,0 %. При этом продолжительность горения биотоплива увеличивается па 50,0 и. одновременно усиливается интенсивность горения и стабильность пламени. Обработка жирового сырья растворами редкоземельных элементов увеличивает длительность горения получаемого топлива в среднем на 21.5 %, а теплотворная способность такого биодизеля возрастает на 8,0 "о.

Наиболее существенное влияние па увеличение продукции биодизеля оказали пробиотичеекие препараты серии «Экофрэнд». Установлено, что внесение в растительное масло, фуз или соансток раствора любого энзимопробиотического препарата серии «Экофрэнд» повышает выход биодизеля па 2-17 %, а теплотворная способность такого биотрансформированного бнодизеля увеличивается, в среднем на 35 %. Инновашюпность полученных результатов подтверждена патентом РФ на изобретение.

В завершающих экспериментах этой направленности впервые показано, что современный катализатор камеры сгорания автомобилей MPG-CAPS, который используется для повышения качества бензина и минерального дизельного топлива, увеличивал продолжительность горения биоднзельного топлива, полученного из растительного масла, на 33,3 %, а его теплотвортто способность - на 56,8 %.

Важной экологической проблемой является разработка мер по эффективной утилизации побочных продуктов, образующихся при производстве биодизеля. Одним из таких продуктов является неочищенный (технический) глицерин, который представляет собой смесь глицерина, спирта, води, следов катализаторов, свободных жирных кислот, не вступивших в реакцию мотто-, ди- и трнпшцеридов, эфиров и др. (Дирина, 2008). Нами впервые предпринята попытка использования 0,1-0,5 % раствора технического глицерина как возможного стимулятора посевных свойств семян овса, пшеницы, салата, укропа. Установлено, что всхожесть семян овса под воздействием технического глицерина повысилась на 3.4 %, дружность -на 19,6 %, а сроки их прорастания уменьшились на 33,9 %. Что касается укропа, то энергия прорастания его семян под влиянием раствора технического глицерина увеличилась па 2,3 %. Обработка семян салата раствором глицерина привела к увеличению энергии и дружности прорастания семян, на 10.1 и 20,0 % соответственно. Посевные свойства пшеницы под влиянием глицерина как отхода

биодизельного топлива практически не изменились.

Таким образом, разработаны и представлены неизвестные области применения и оценены инновационные свойства иробиотических препаратов серии «')кофрэнд». Подученные результаты свидетельствуют о безопасности и экологичиости их иепользовнаия в местах содержания животных. Показана возможность применения пробиотических препаратов серии Окофрэнд» для повышения качества предпосевной обработки семян ряда зерновых культур, а также для повышения продукции биодизедьного топлива из жиросодержащего сырья.

ВЫВОДЫ

1. Согласно требованиям ГФ XI. в сравнительном аспекте изучены производственные растворы иробиотических препаратов серии «Экофрэнд». Установлено, что в этих растворах отсутствуют ионы тяжелых металлов, нитраты и нитриты: для стабилизатора стойла и очистителя стоила серии «Экофрэид» характерна отчетливо выраженная щелочная среда, а .для очистителя коровьих сосков и очистителя коровьих ног - нейтральная или слабокислая среда. Во всех препаратах обнаружено незначительное содержание общего белка и высокая концентрация небелкового азота.

2. Впервые установлено, что обработка семян пшеницы, ячменя и кукурузы вытяжками из навоза, биотраисформированного лробиотиками серии «Зкофр >ид», повышает ик посевные свойства: дружность, всхожесть а энергию прорастания, при одновременном сокращении сроков прорастания.

3. Впервые показано, что препараты серии Окофрэнд» не оказывают аллергенного и раздражающего действия на кожные покровы и слизистые оболочки мышей, практически не изменяют метаболический статус, вызывают тенденцию к снижению потребления глюкозы мышечной и жировой тканями. Эти препараты, кроме универсального очистителя стойла, не влияют на физико-химические свойства и ферментный спектр молока коров.

4. Установлено, что растворы редкоземельных металлов (лантана, празеодима. неодима) в концентрации 5-Ю*9 г/л повышают всхожесть, энергию и дружность прорастания пшеницы, ячменя и кукурузы и сокращают сроки их прорастания.

5. Впервые установлено, что нробиотические препараты серки «Экофрэнд». особенно универсальным очиститель стойла, стимулируют образование биодизельного топлива, увеличивая его продукцию из растительного масла на 17 %, а из отходов жировых производств (соаистока, фуза) - па 2-3 %.

6. Эффективными стимуляторами продукции биодизелыюго топлива и улучшения некоторых его физических характеристик являются растворы редкоземельных металлов, а повышения качества биодизеля - биокатализатор камеры сгорания автомобилей MPG-CAPS.

7. Выявлено, что неочищенный глицерин как отход при получении биодизеля из масла млн фуза может быть использован для предпосевной обработки семян зерновых культур (овса, пшеннцы) и пищевой зелени (салата, укропа).

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Водную вытяжку из навоза, биотрапсформирванного пробиотиками серии «Экофрчнд», растворы редкоземельных металлов (лантана, празеодима или неодима) в концентрации 5-10"4 г/л, а также 0,1-0,5 % растворы технического глицерина как отхода производства биодизеля, следует использовать для предпосевной обработки семян зерновых.

2. Отходы жирового (фуз, соапсток) и маслоэкстракционного производства (жмыхи) рекомендуется использовать в качестве дополнительного сырья для биодизелыюго топлива.

3. Растворы препаратов серки «Экофрэнд» рекомендуется применять для стимуляции трансформации растительных масел и отходов жировых производств (фуз. соапсток) в биодизельное топливо (патент РФ на изобретение «Способ получения биодизелыюго топлива» № 24-10416). Полученные результаты подкреплены актами о внедрении научно-исследовательской работы на двух масложировых предприятиях г. Саратова и г. Энгельса.

4. Материалы диссертационной работы могут быть использованы в процессе обучения специалистов высших учебных заведений при чтении лекций и проведении практических занятий по биотехнологии, а также при подготовке учебников п учебно-методических пособий.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шапулипа Е.А.. Ковалева C.B. Оценка аллсргенности и токеичностн средств «Экофрэнд» // Актуальные проблемы развития АПК: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2006. С. 120 - 121.

2. Шаиулина H.A., Ковалева C.B. Некоторые аспекты влияния средств «Экофрэнд» на организм лабораторных, мышей // Вавиловские чтения-2006: материалы конф.. посвященной 119-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова. Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». 2006. С. 119- 120.

3. Шаиулина Е.А., Исимбеков A.C., Ковалева C.B. Биотические проявления «Экоф-рэнда» // Актуальные проблемы ветеринарной патологии, физиологии, биотехнологии. селекции животных: сб. материалов Всероссийской конф. Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». 2007. С. 126- 129.

4. Шаиулина Е.А.. Ковалева C.B. Изменение гематологических показателей мышей под влиянием пробиотика «Экофрэнд» // Материалы конф, по итогам научно-исследовательской и производственной работы студентов за 2006 год. Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». 2007. С. 146- 147.

5. Блинов В.А., Шапулина H.A.. Ковалева C.B. Влияние пробиотического препарата «Экофрэнд» на организм лабораторных животных // Вавиловские чтеиия-2008: материалы междупар. науч.-практ. коиф. Саратов: Наука. 2008. С. 257.

6. Ковалева C.B. Влияние пробиотических препаратов «Экофрэнд» на организм лабораторных мышей // Сб. науч. тр.. посвященных 80-летию биотсхнолопмсского факультета. Саратов, 2009. С. 40-43.

7. Результаты ПИР кафедры биотехнологии, органической и биологической химии (1997-2007 г.г.) / В.А. Блинов. В.И. Латышев. Н.Б. Огаренко. С.П. Буршина, E.H. Зеленцова. О.В. Пилипчеико, Е.А. Шаиулина. И.А. Сазонова. 10.В. Платонова. O.A. Суркова, Е.Г. Потемкина. П.В. С.му1нсв, М.А. Коновалова. C.B. Ковалева // Актуальные проблемы зоотехнии, биотехнологии, аквакультуры и биоэкологии: материалы междунар. науч.-практ. конф., посвященной 80-легию со дня основания биотсхнологического факультета. Саратов, 2009. С. 26-39.

8. Платонова 10.В., Ковалева C.B. Влияние «Экофрэнда» на физико-химические и ферментативные свойства молока коров // Актуальные проблемы зоотехнии, биотехнологии. аквакультуры и биоэкологии: материалы междунар. науч.-практ.

конф., посвященной 80-летию со дня основания биотехнологического факультета. Саратов, 2009. С. 45 - 47.

9. Блинов В.А., Ковалева C.B. Характеристика биодизеля на основе этиловых эфире в жирных кислот// Актуальные проблемы ветеринарной патологии, физиологии, биотехнологии, селекции животных: еб. материалов Всероссийской науч.-практ. конф., посвященной 90-летию факультета (института) ветеринарной медицины. Саратов: Наука, 2009. С. 147 - 148.

10. Блинов В.А., Ковалева C.B. Характеристика пробиотического препарата «Экофрэнд» и его применение в агропромышленном комплексе // Вестник- Саратовского госагроуннверситета им. H.H. Вавилова. 2009. № 6. С. 9-13.

П. Ковалем C.B.. Блинов В.А. Стимуляция синтеза биодизеля пробиотическтгм препаратом // Вавиловскис чгения-2009: материалы междунар. науч.-практ. конф. Саратов. 2009. С. 32.

12. Ковалева C.B., Иванов A.B. Влияние редкоземельных металлов па продукцию биодизеля // Вавиловские чтения-2009: материалы междунар. науч.-практ. конф. Саратов, 2009. С. 33.

13. Блинов В.А., Ковалева C.B.. Лызин H.A. Получение биодизеля из отходов пищевой промышленности // Вопросы норматнвно-правового регулирования в ветеринарии. 2009. N« 4. С. 91 - 92.

14. Лызин H.A., Ковалева C.B. Физико-химическая характеристика фуза и его использование в качестве сырья для производства биодизеля // Материалы конф. по итогам научно-исследовательской и производственной работы студентов за 2009 год. Саратов, 2009. С. 13S - 139.

15. Ковалева C.B. Влияние лантана на посевные качества пшеницы // Актуальные проблемы ветеринарной патологии, физиологии, биотехнологии, селекции животных: сб. материалов иауч.-практ. копф. Саратов: Наука. 2010: С. 140 - 141.

16. Блинов В.А., Ковалева C.B. Стимуляция продукции биодизеля нробиотическим препаратом «Экофрэнд» // Вестник Саратовского госагроуннверситета им. H.H. Вавилова. 2010. № 10. С. 10- 12.

17. Ковалева C.B.. Гришин E.H. Технология получения биодизельного топлива из жмыхов и его особенности // Материалы конф. по итогам научно-исследовательской и производственной работы студентов за 2010 г., посвященной

80 -лстию доктора ветеринарных наук, профессора, заслуженного деятеля науки РФ Демкина Г.П. Саратов. 2011. С. 31 - 32.

18. Блинов В.Л., Ковалева C.B. Некоторые аспекты получения биодизельиого топлива из подсолнечного масла и жировых отходов // Материалы иитсрнет-конф. «Приоритетные направления модернизации аграрной экономики: тенденции, проблемы. перспективы». 2011. [Электронный ресурс]. URL: http:/Avvvw.suaii.rti/asx<?ts/files/kon(CTcm:/loternet/l/hlinov.d<>c mvw.seau.ru/ (дата обращения: 10.11.2011).

19. Смутнев П.В., Ковалева C.B. Влияние нробиотических препаратов «Ветом-1.1» и «Экофрэнд» на метаболизм сельскохозяйственных и лабораторных животных // Актуальные проблемы ветеринарной патологии, физиологии, биотехнологии и селекции животных. Саратов, 2011. С. 65 - 66.

20. Ковалева C.B., Желтенко О.В. Влияние гдицерин-содержащего отхода биодизеля на посевные качества семян овса // Организационно-экономические аспекты модернизации агропродовольственного сектора: материалы междунар. науч.-практ. конф. / под ред. В.В. Бугырина. Саратов: КУБиК, 2011. С. 54 - 55.

21. Блинов В.А., Ковалева C.B. Биотехнологическая стимуляция продукции биодизельного топлива из отходов жировых производств II Каталог IV Российского Форума «Российским инновациям - российский капитал». Оренбург, 2011 С. 162-163.

22. Смутнев П.В.. Ковалева C.B. К вопросу о возможностях применения иробиоти-ков в животноводстве // Материалы науч.-практ. конф. второй специализированной агропромышленной выставки «САРАТОВ-АГРО. 2011» / под ред. И.Л. Воротникова. Саратов: ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2011. С. 64-65.

23. Блинов В.А., Ковалева C.B., Буршина С.Н. Пробиотики в пищевой промышленности и сельском хозяйстве: монография. Саратов: Наука 2011. 171 с.

24. Блинов В.Л., Ковалева C.B. Пат. 2440416 Рос. Федерация. МПК С 2Р 1/00: C10L 1/08. Способ получения биодизельного топлива. № 2010139915/10 заявл. 28.09.10: опубл. 20.01.12. Бюл. № 2. 8 с.

Подписано к печати 22.02.2012г. Тираж 100. Заказ № 1040 Отпечатано в типографии ООО «Принт-клуб» по адресу: 410026, г. Саратов, ул. Московская, 160. Тел.: (845-2) 338-300

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ковалева, Светлана Валерьевна, Саратов

61 12-3/841

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

На правах рукописи

// 7

Ковалева Светлана Валерьевна

ХАРАКТЕРИСТИКА НОВЫХ СВОЙСТВ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ СЕРИИ «ЭКОФРЭНД»

03.01.06 - биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Блинов Валерий Анатольевич

Саратов-2012

Оглавление

Введение............................................................................................^

1. Обзор литературы........................................................................................10

1.1. Современные представления о пробиотиках и механизмы их действия..............................................

1.2. Применение пробиотиков в сельском хозяйстве............................................19

1.3. Характеристика пробиотиков серии «Экофрэнд»..........................................31

2. Собственные исследования..................................................................................36

2.1. Объект, материалы и методы исследований................................................36

2.2. Результаты и их обсуждение............................................................................51

2.2.1. Характеристика препаратов серии «Экофрэнд»....................................51

2.2.2. Изменение посевных характеристик зерновых культур под влиянием пробиотиков и растворов редкоземельных металлов................57

2.2.2.1. Влияние навоза, биотрансформированного пробиоти-

ками серии «Экофрэнд»..........................................................................................5 9

2.2.2.2. Влияние растворов редкоземельных металлов............. 63

2.2.3. Влияние препаратов серии «Экофрэнд» на некоторые показатели крови и молока животных..............................................................................67

2.2.3.1. Оценка аллергенности и острой токсичности............... 67

2.2.3.2. Влияние препаратов серии «Экофрэнд» на вес тела и массу внутренних органов мышей......................................... 70

2.2.3.3. Влияние пробиотиков на гематологические показатели мышей........................................................................................................у ^

2.2.3.4. Влияние пробиотиков на биохимические показатели

крови мышей........................................................................................77

2.2.3.5. Влияние пробиотика серии «Экофрэнд» на транспорт углеводов........................................................................................gJ

2.2.3.6. Влияние препаратов на составные части и ферментный спектр молока коров........................................

2.2.4. Изменение продукции и качества биодизельного топлива под влиянием пробиотиков, коллоидного золота и растворов редкоземельных металлов..........................................................................................2 0Ф

2.2.4.1. Физико-химическая характеристика биодизельного топлива.....................................................

2.2.4.2. Некоторые физические характеристики биодизеля................113

2.2.4.3. Стимуляция продукции биодизельного топлива............117

Заключение................................................................................................122

Выводы....................................................

Практические предложения............................................................................................132

Список использованных литературных источников....................................133

Приложения......................................................

Введение

Актуальность темы. В настоящее время производится множество продуктов функционального питания, лекарственных средств, биологически активных добавок и других объектов, которые содержат микроорганизмы пробиотического действия [87, 88, 110, 116]. Такие препараты, например, созданные на основе бактерий рода Bacillus, используются для профилактики микотоксикозов, в качестве компонентов вакцин и минерально-витаминных добавок, при переработке и биологическом обеззараживании органических отходов, для получения биоорганических удобрений и пр. [100, 103].

Пробиотические препараты способны улучшать процессы пищеварения, обмен веществ, продуктивность животных, получать экологически безопасные продукты питания [41, 103, 169, 177, 193, 201].

В последнее время особую актуальность для сельского хозяйства и пищевой промышленности приобрели пробиотические препараты липолитиче-ского действия, так называемые моющие или чистящие пробиотики. Они используются для удаления жировых отходов на различных технологических стадиях производства продуктов питания, обеспечивают комфортные условия в местах содержания скота и птицы, препятствуют возникновению незаразных и заразных болезней, легко биоразлагаемы, безвредны для окружающей среды, не требуют специальных технологий утилизации, способствуют трансформации навоза, птичьего помета, остатков кормов, отработанной подстилки и пр., и, в конечном счете, повышают продуктивность.

Представителями подобной группы пробиотиков являются препараты серии «Экофрэнд», которые сравнительно недавно поступили на российский рынок, и ряд их возможных биотических свойств, а также механизмов действия еще не привлек должного внимания [63]. Исходя из этого, оценка ранее

неизвестных, но практически значимых эффектов указанных пробиотических препаратов является весьма актуальной задачей.

Цель исследования - изучить физико-химические свойства препаратов серии «Экофрэнд» и оценить их влияние на биотрансформацию навоза крупного рогатого скота, посевные качества семян, показатели крови и молока животных и продукцию биодизельного топлива.

Для достижения этой цели были поставлены и решались следующие задачи:

1. В сравнительном аспекте изучить физико-химические характеристики препаратов серии «Экофрэнд» (очиститель коровьих сосков, очиститель коровьих ног, универсальный стабилизатор стойла, универсальный очиститель стойла).

2. Изучить влияние навоза крупного рогатого скота, биотрансформиро-ванного пробиотиками, на посевные качества зерновых культур.

3. Исследовать влияние препаратов серии «Экофрэнд» на организм лабораторных мышей по некоторым параметрам системы GLP;

4. Выявить изменения качественного состава молока коров под действием пробиотических препаратов;

5. Изучить влияние пробиотиков, коллоидного золота и нанорастворов редкоземельных металлов на продукцию и качество биодизельного топлива, полученного из отходов жировых производств.

Научная новизна. Впервые установлено, что обработка семян пшеницы, ячменя и кукурузы вытяжками из навоза, биотрансформированного пробиотиками серии «Экофрэнд», или растворами редкоземельных металлов (лантана, празеодима, неодима) в концентрации 5-10"9 г/л, существенно, в среднем, на 31,5 % или 13,0 % соответственно повышает дружность их прорастания. Под влиянием указанных воздействий наблюдается тенденция к увеличению всхожести и энергии прорастания указанных зерновых культур.

Впервые показано, что пробиотические препараты серии «Экофрэнд», изученные по некоторым параметрам Good Laboratory Practice (GLP), не из-

меняют основные параметры жизнедеятельности белых лабораторных мышей, т. е. являются биобезопасными. Установлено, что эти препараты, за исключением универсального очистителя стойла, не влияют на физико-химические свойства и ферментный спектр молока коров.

На основе этиловых и метиловых эфиров подсолнечного масла, а также отходов масложирового и маслоэкстракционного производства (фуз, соап-сток, жмыхи подсолнечника, льна, рыжика, расторопши) получено биодизельное топливо и определены его основные физико-химические параметры. Впервые установлено, что пробиотические препараты серии «Экофрэнд», особенно универсальный очиститель стойла, стимулируют образование биодизеля из растительного масла, фуза или соапстока. Новизна предложенного способа увеличения продукции биодизельного топлива из жиросодержащих продуктов и отходов жировых производств подтверждена патентом РФ на изобретение № 2440416.

Практическая значимость. Предложено использовать навоз, био-трансформированный пробиотиками серии «Экофрэнд», а также нанораство-ры редкоземельных металлов для повышения посевных качеств семян пшеницы, ячменя и кукурузы. Показана возможность получения биодизельного топлива не только из растительного масла, но и отходов (фуз, соапсток) жировых производств, разработаны ранее неизвестные приемы увеличения продукции биодизеля. На основании этих данных предложен способ увеличения продукции биодизельного топлива из жиросодержащих продуктов и отходов жировых производств (патент РФ № 2440416).

Результаты научных исследований включены в каталог разработок Саратовского центра научно-технической информации (информационный листок № 006-2010, 2010 г.), используются на предприятиях ЗАО «Жировой комбинат» г. Саратова и ООО «Энгельсторгсервис» г. Энгельса, что подтверждено актами о внедрении научно-исследовательской опытно-конструкторской работы (2011 г.).

По материалам диссертационной работы опубликована монография «Пробиотики в пищевой промышленности и сельском хозяйстве» (в соавт. с Блиновым В.А., Буршиной С.Н.). Полученные научные данные используются в учебном процессе при чтении лекций, проведении лабораторных работ для студентов и слушателей ФПК, при написании дипломных работ в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В препаратах серии «Экофрэнд» отсутствуют ионы тяжелых металлов, нитраты и нитриты; для стабилизатора стойла и очистителя стойла характерна отчетливо выраженная щелочная среда, а для очистителя коровьих сосков и очистителя коровьих ног - нейтральная или слабокислая среда. В препаратах содержится незначительное содержание общего белка и высокая концентрация небелкового азота.

2. Обработка семян пшеницы, ячменя и кукурузы вытяжками из навоза, биотрансформированного пробиотиками серии «Экофрэнд», или растворами редкоземельных металлов (лантана, неодима, празеодима) в концентрации 5-10"9 г/л улучшает их посевные свойства.

3. Препараты серии «Экофрэнд» не оказывают аллергенного и раздражающего действия на организм лабораторных мышей, не изменяют их этологию, массу внутренних органов и метаболический статус. Все препараты, за исключением универсального очистителя стойла, не изменяют физико-химический состав и ферментативную активность молока коров.

4. Разработана технология получения биодизельного топлива из отходов жирового (фуз, соапсток) и маслоэкстракционного (жмыхи масличных культур) производства. Такие отходы являются перспективными сырьевыми источниками для получения биодизельного топлива.

5. Энзимопробиотические препараты серии «Экофрэнд», растворы редкоземельных металлов увеличивают продукцию биодизельного топлива из отходов жировых производств.

Апробация работы. Результаты научных исследований представлены на: Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК» (Саратов, 2006); ежегодных Всероссийских и Международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения» (Саратов, 2006; 2008; 2009); ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского ГАУ (Саратов, 2007; 2009; 2010; 2011); Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня основания биотехнологического факультета Саратовского ГАУ (Саратов, 2009); III Международном конкурсе научных работ молодых ученых в области нанотехнологий (Москва, 2010); Всероссийском конкурсе «Поддержка высокотехнологичных инновационных молодежных проектов» (Москва, 2011); Международной научно-практической конференции «Организационно-экономические аспекты модернизации агропродовольственного сектора» (Саратов, 2011); первой Интернет-конференции Саратовского ГАУ «Приоритетные направления модернизации аграрной экономики: тенденции, проблемы, перспективы» (Саратов, 2011); IV Российском Форуме «Российским инновациям - российский капитал» и IX ярмарке бизнес-ангелов и инноваторов (Оренбург, 2011); научно-практической конференции «Роль молодежи в инновационном развитии АПК Саратовской области» второй специализированной агропромышленной выставки «САРАТОВ-АГРО. 2011» (Саратов, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и 1 патент.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, двух глав: обзора литературы и собственных исследований, включающей объект, материалы и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, а также заключения, выводов, практических предложений и списка использованных литературных источников. Работа изложена на 157 страницах, иллюстрирована 25 таблицами, 24 рисунками, содержит 3 прило-

жения. Список использованных литературных источников включает 203 наименования, в том числе 34 зарубежных.

1. Обзор литературы

1.1. Современные представления о иробиотиках и механизмы их

действия

В 2002 г. рабочей группой ВОЗ было предложено следующее определение пробиотиков - это живые микроорганизмы, которые при применении в адекватных количествах вызывают улучшение здоровья организма-хозяина. Российский терминологический стандарт ГОСТ Р 52349-2005 определяет пробиотик как физиологически функциональный ингредиент в виде препаратов, БАД или в составе пищевых продуктов, состоящий из полезных живых организмов, оказывающий благоприятное воздействие на макроорганизм, благодаря нормализации состава или повышения активности нормофлоры кишечника. Однако сейчас к пробиотикам предложено относить не только живые микроорганизмы, но и компоненты их клеток, а также бактериальную ДНК [72, 79, 87, 163, 168, 181]. Следовательно, пробиотиками являются как живые, специально подобранные штаммы микроорганизмов, так и специфические субстанции микробного, растительного или животного происхождения [15].

Пробиотики представляют собой весьма обширную группу микроорганизмов, различающихся по культуральным, морфологическим, физиологическим, энзиматическим и другим признакам. Исходя из этого, в настоящее время единой классификации пробиотиков не существует. Хотя попытки к этому предпринимались неоднократно. Так, в зависимости от нормализации кишечной микрофлоры пробиотики разделяются на 4 поколения:

I - классические монокомпонентные препараты, содержащие один штамм бактерий: бифидумбактерин, лактобактерин, колибактерин;

II - самоэлиминирующиеся антагонисты: бактисубтил, биоспорин, спо-робактерин и др.;

III - комбинированные препараты, состоящие из нескольких штаммов бактерий (поликомпонентные) или включающие добавки, усиливающие их действие: аципол, ацилакт, линекс, бифилиз, бифи-форм;

IV - иммобилизованные на сорбенте живые бактерии, представители нормофлоры. В настоящее время к ним относятся сорбированные бифидосо-держащие пробиотики: бифидумбактерин форте и пробифор [55, 87].

В основу современных классификаций пробиотиков положено: количество микроорганизмов, входящих в препарат, их родовая принадлежность, наличие дополнительных компонентов в составе препарата. В соответствии с этим пробиотики разделяются (табл. 1) на монокомпонентные (монопробио-тики), поликомпонентные (полипробиотики), комбинированные пробиотики (синбиотики); рекомбинантные (генно-инженерные); бифидосодержащие, включающие бифидобактерии, лактосодержащие, содержащие лактобацил-лы, колисодержащие пробиотики, а также состоящие из споровых бактерий и сахаромицет, так называемые самоэлиминирующиеся антагонисты [55, 87, 88].

Исходя из механизма действия, выделяют три группы пробиотиков:

- аутопробиотики - действующим началом являются штаммы нормальной микрофлоры, они эффективны для поддержания микробиоценоза только тех животных, из которых были выделены;

- гомопробиотики - действующим началом являются штаммы, выделенные от конкретного вида животных, и для них же использующиеся;

- гетеропробиотики - предназначены для животных и человека без учета видовой принадлежности хозяина, первоначального носителя пробиотиче-ских бактерий.

С учетом направленности действия различают пробиотики, используемые для обеспечения функционального питания животных; для реабилитационной терапии и нормализации микробиоценоза после длительного применения антимикробных средств; для коррекции иммунитета, стимуляции

роста и развития молодняка, повышения качества продукции; терапии при заболеваниях бактериальной и вирусной этиологии [72, 99].

Таблица 1 - Классификация пробиотиков

Монокомпонентные

Бифидосодержащие Бифидумбактерин

Лактосодержащие Лактобактерин, биобактон, лактобацил, нутролин

Колисодержащие Колибактерин, мутафлор

Спорообразующие (самоэлиминирующиеся антагонисты) Энтерол, бактисубтил, споробакте-рин, бактиспорин, биоспорин

Поликомпонентные Бифилонг, бификол, окарин, ацилакт, линекс, бифидин, бифиноом

Комбинированные (синбиотики) Бифидумбактерин форте, бифилиз, бифиформ, бактистатин, примадофили-ус, полибактерин, пробифор, кипацид, аципол

Рекомбинантные (генно-инж