Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Интенсификация процесса твердофазной ферментации при выращивании гриба Pleurotus ostreatus на растительных субстратах

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Избранова, Светлана Иосифовна

1.1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Грибы- продуценты пищевого и кормового белка.

2.1.1. Использование микромицетов в производстве пищевого и кормового белка.

2.1.2. Использование базидиомицетов в производстве пищевого и кормового белка

2.1.3. Пищевая ценность грибного белка

2.1.4. Грибная биомасса-источник биологически активных веществ

2.1.5. Р1еиго1;ш оэ^еаШз -высший базидиальный гриб, продуцент грибного белка

2.2. Способы культивирования мице.лидльных грибов

2.2.1. Выращивание грибов глубинным способом

2.2.2. Твердофазная ферментация растительного сырья и ее особенности

2.2.3. Способы подготовки растительных материалов к процессу твердофазной ферментации

2.3. Ферментативный гидролиз целлюлозосодержащих материалов

2.3.1. Ферментативный гидролиз целлюлозы

2.3.2. Ферментативный гидролиз лигнина

2.3.3. Адсорбция ферментов

2.3.4. Состав полиферментной системы грибов

2.4. Способы промышленного выращивания съедобных грибов

2.4.1. Промышленное культивирование грибов рода Р1еигоШз

2.4.2. Факторы, определяющие морфогенез плодовых тел и урожайность грибов рода вешенка

2.4.2.1 .Влияние температуры.

2.4.2.2.Влажность

2.4.2.3.Освещенность

2.4.2.4.Газообмен

2.4.2.5.Посевной материал

2.4.2.6. Состав питательной среды 68 2.4.3. Способы интенсификации процесса выращивания грибов 71 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Объекты исследования

3.1.1. Р1еигоШз ОБйгеаШз — продуцент пищевого и кормового белка

3.1.2. Гидрооксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) - химический агент термической обработки

3.1.3. Целлюлозные и лигноцеллюлозные субстраты питательные среды для процессов ферментации

3.1.4. Химические вещества - источники микро- и макроэлементов

3.2. Методы исследования

3.2.1. Определение влажности субстратов

3.2.2. Приготовление рабочих растворов комплексонов

3.2.3. Гидробаротермохимическая обработка субстратов

3.2.4. Определение содержания редуцирующих веществ в экстракционной жидкости субстратов

3.2.5. Определение содержание полисахаридов в обработанных субстратах

3.2.6. Определение структурных свойств материалов

3.2.7. Подготовка субстратов к инокуляции и выращивание грибного мицелия на обработанных субстратах

3.2.8. Определение линейной скорости роста и времени полного обрастания субстрата грибом

3.2.9. Определение состава обросших субстратов: содержание протеина, полисахаридов, лигнина

3.2.10. Промышленное культивирование гриба РкигоШБ оз^еаШБ. Предообработка субстрата

3.2.11. Внесение раствора питательных солей в субстратные блоки на стадии плодоношения

3.2.12. Получение плодовых тел, съем грибов

3.2.13. Определение содержания белка в плодовых телах

3.2.14. Определение состава отработанных субстратов

3.2.15. Обработка полученных результатов 85 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

4.1. Гидробаротермохимическая обработка целлюлозосодержащих материалов

4.2. Гидробаротермохимическая обработка лигноцеллюлозных материалов

4.2.1. Влияние обработки соломы и опила в присутствии

ОЭДФ и Иа-ОЭДФ на образование редуцирующих веществ

4.2.2. Влияние гидробаротермохимической обработки на изменение химического состава лигноцеллюлозных материалов

4.3. Влияние гидробаротермохимической обработки хлопковой, технической целлюлозы и скопа в присутствии ОЭДФ на интенсивность процессов твердофазной ферментации при выращивании гриба Р1еиго1;ш оз^еаШБ

4.3.1. Влияние обработки и состава питательной среды на физиологическую доступность питательных веществ и активность роста гриба

4.3.2. Изменение химического состава субстратов в процессе ферментации

4.3.3. Эффективность биоконверсии и использования полисахаридов целлюлозных субстратов грибами

Р1еигоШз оз1хеа1:ш

4.4. Влияние гидробаротермохимической обработки соломы и опила в присутствии ОЭДФ и Ыа-ОЭДФ на интенсивность процессов твердофазной ферментации при выращивании гриба РЬигоШБ оБ^еаШБ

4.4.1. Влияние обработки и состава питательной среды на физиологическую доступность питательных веществ и активность роста гриба

4.4.2. Изменение химического состава субстратов в процессе ферментации

4.4.3. Эффективность биоконверсии и использования полисахаридов лигноцеллюлозных субстратов грибами Pleurotus ostreatus

4.5. Влияние гидробаротермохимической обработки на структурные свойства растительных материалов

4.5.1. Влияние обработки ОЭДФ на сорбционные свойства целлюлозных и лигноцеллюлозных материалов

4.5.2. Взаимосвязь биоконверсии грибами растительных материалов с изменением их структурных свойств

4.6. Промышленное культивирование грибов Pleurotus ostreatus

4.6.1. Влияние гидробаротермохимической обработки на физиологическую доступность питательных веществ на стадии обрастания субстратных блоков грибницей

4.6.2. Влияние введения источников минерального питания в субстратные блоки на стадии плодоношения на сьем грибов, содержание протеина в плодовых телах и отработанном субстрате

4.7. Разработка рекомендаций по интенсификации технологии промышленного выращивания грибов Pleurotus ostreatus

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Интенсификация процесса твердофазной ферментации при выращивании гриба Pleurotus ostreatus на растительных субстратах"

Актуальность работы. Съедобные грибы с давних пор используются человеком в качестве пищевого продукта. В биомассе грибов содержится 22-57% белка, 18-40% углеводов, 1,8-5,0% жиров, минеральные вещества и другие биологически активные вещества. В плодовых телах содержатся все незаменимые аминокислоты, а по аминокислотному скору грибы не уступают зерновым культурам и приближаются к животному. Жирно-кислотный состав липидов сходен с составом растительных масел, содержание витаминов превосходит их содержание во многих овощах, в минеральный состав входят все микроэлементы, необходимые в питании человека. Кроме этого, грибы содержат ферменты, незаменимые жирные кислоты, фосфолипиды, углеводные соединения, ароматические вещества. Это позволяет рассматривать грибы как ценный пищевой продукт и источник биологически активных веществ.

Произрастание грибов в природе зависит от территориальных, погодных, сезонных и других факторов. Выращивание съедобных грибов в промышленных условиях позволяет получать свежие грибы круглогодично со стабильной урожайностью.

Наиболее широко распространено культивирование в промышленных условиях Agaricus Ы8рогш-(шампиньон), Р1еигоШз об^еашб (вешенка обыкновенная), БЬттиНпа уеГийреэ (зимний грйб).В последнее время все большее распространение получает культура грибов рода вешенка, которая по объему промышленного производства занимает 2-е место в Европе. Интерес к культуре вызван тем, что гриб обильно плодоносит, имеет хорошие вкусовые и питательные качества. Промышленное культивирование гриба вешенки имеет ряд преимуществ: высокая скорость роста, конкурентоспособность к посторонней микрофлоре, относительная простота выращивания. Но на ряду с этим, существует ряд проблем, в частности, интенсификация технологии производства, подбора состава питательных сред, повышения питательной и биологической ценности грибной биомассы.

В этой связи представляет научный и практический интерес разработка интенсивной технологии получения грибного белка путем повышения доступности питательных веществ субстрата действию полиферментной системы грибов, т.е. способа предобработки растительных материалов.

Актуальным является также создание сбалансированных по минеральному составу питательных сред, что является важным условием повышения питательной ценности получаемых микопродуктов.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка на основе экспериментальных исследований научно обоснованных рекомендаций по интенсификации процесса твердофазной ферментации при выращивании гриба РкигоШБ ОБ^еаШБ на растительных субстратах.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1 .Установить влияние условий гидробаротермохимической обработки на изменение структурных свойств и химического состава целлюлозного и лигноцеллюлозного сырья, скорость роста мицелия гриба Р1еигоШз овйеаШз и эффективность биоконверсии.

2.Установить влияние источников минерального питания, вносимых на стадии предподготовки растительных субстратов и стадии плодоношения гриба Р1еиго1ш ОБ^еаШБ на урожайность плодовых тел и содержание протеина в плодовых телах и отработанном субстрате.

3.Разработать рекомендации по интенсификации выращивания плодовых тел гриба РкигоШБ оБ^еаШз (вешенки) и получению растительно-белкового корма с освоением технологии в цехе опытнопромышленного производства ОАО «Волжский гидролизно-дрожжевой завод».

Научная новизна. Впервые установлено влияние параметров гидробаротермохимической обработки, в присутствии гидрооксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ) и натриевой соли гидрооксиэтилидендифосфоновой кислоты (Иа-ОЭДФ) на изменение структурных свойств и химического состава растительных субстратов. Определены области концентраций ОЭДФ и Ыа-ОЭДФ, при которых предварительная обработка растительных материалов обеспечивает повышение скорости роста биомассы гриба Р1еиго1;ш оз^еаШэ и содержания протеина в субстратах.

Выявлена взаимосвязь эффективности биоконверсии грибом Р1еигоШз ОБ^еаШБ растительных материалов с изменением их структурных свойств в процессе гидробаротермохимической обработки.

Установлено влияние минерального питания, вводимого на стадии плодоношения гриба РЬигоШв оБ^еаШБ, на урожайность плодовых тел и содержание белка в плодовых телах и обросших мицелием субстратов. Определен наиболее благоприятный период времени внесения минерального питания в субстратные блоки.

Практическая значимость. В цехе опытно-промышленного производства ОАО «Волжского гидролизно-дрожжевого завода» согласно разработанным рекомендациям по интенсификации технологии получена опытная партия грибов Р1еигоШз ОБ^еаШБ - вешенки обыкновенной с содержанием белка в плодовых телах на 36,2% больше, чем в контроле. Отработанный субстрат представляет собой растительно-белковый продукт, который содержит 11,2% белка, и по химическому составу, соответствует растительно-белковым кормовым добавкам, полученным при культивировании дереворазрушающих грибов на твердых растительных субстратах.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология", Избранова, Светлана Иосифовна

ВЫВОДЫ

1. Установлена целесообразность гидробаротермохимической обработки лигноцеллюлозного материалов - соломы и опила с использованием в качестве химического агента гидрооксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ).

2. Установлено, что гидролиз полисахаридов до моносахаров и степень деполимеризации и делигнификации соломы и опила возрастает с повышением температуры и увеличением концентрации химических реагентов.

3. Установлено, что обработка опила и соломы в присутствии ОЭДФ в концентрации 0,1-0,5%масс. при Т=132°С обеспечивает наибольшее содержание белка и эффективность биоконверсии растительных материалов грибами РкигоШБ озйгеаидБ.

4. Показана взаимосвязь изменений удельной поверхности целлюлозных и лигноцеллюлозных материалов после гидробаротермохимической обработки с процессом их биоконверсии. Определены коэффициенты корреляции изменения удельной поверхности и эффективностью биоконверсии, для соломы - 0,85, для опила - 0,88, для технической целлюлозы - 0,90, для скопа - 0,82.

5. При промышленном выращивании грибницы гидробаротермохимическая обработка соломоопилистого субстрата при Т=:1320С в присутствии ОЭДФ в концентрации 0,25% масс, позволяет сократить период полного обрастания субстратного блока грибницей и появления зачатков плодовых тел на 11,5%, снизить инфицирование посторонней микрофлорой субстратных блоков на стадии обрастания до 2%.

6. Показано, что внесение подпитки в субстратные блоки перед первой волной плодоношения повышает содержание протеина в плодовых

155 телах с 24,8 % в контроле до 33,8% опыте, урожайность с 0,390 кг/кг до 0,547 кг/кг субстрата.

7. Гидробаротермохимическая обработка растительных материалов и дробная подпитка минеральными веществами субстратных блоков улучшает качество отработанных субстратов и позволяет использовать их в качестве кормового продукта.

8. Разработаны рекомендации по интенсификации процессов твердофазной ферментации при промышленном выращивании грибов с использованием на стадии предподготовки субстратов ОЭДФ и внесением питательных веществ на стадии плодоношения. Получена промышленная партия грибов.

Результаты выращивания грибов с использованием химического агента на стадии термической обработки растительных субстратов и внесения питательных веществ на стадии плодоношения подтверждены актами опытно-промышленных испытаний на ОАО «Волжский гидролизно-дрожжевой завод» (приложение 2).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Избранова, Светлана Иосифовна, Казань

1. Бисько H.A., Бухало A.C., Вассер С.П. и др. Высшие съедобные базидиомицеты в поверхностной и глубинной культуре. Киев, 1983, с. 312.

2. Тутельянц В.А. Кравченко JT.B. Микотоксины. M.: Медицина,. 1985.С.319.

3. Лобанюк А.Г., Бабицкая В.Г., Богдановская Ж.Н. Микробный синтез на основе целлюлозы. Белок и другие ценные продукты-Минск: Наука и техника, 1988.-с.260 .

4. Лебедев Е.И. Комплексная переработка сырья в пищевой промышленности. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, С.115.190-227.

5. Псурцева Н.Ю., Белова Н.В. Перспективы использования высших грибов//Биотехнология. 1994, №7.-с.35-39.

6. Кушнарев С. Грибоводство промышленную основу.// Вестник агропрома. 1989.№9.-с.-4-5.

7. Билай В.И., Билай Т.Н., Мусич Е.Г. Трансформация целлюлозы грибами. Киев, 1982. 296с.

8. Морозова Г.Р., Высоцкий В.Г., Сафонова Н.В., Мамаева Е.М. Промышленное получения мицелия высших грибов.// Обзор НТИ, серия 4. М.,1978. С.56.

9. Высоцкий В.Г. Медико- биологические проблемы пищевого белка микробиологического синтеза. // Использование биомассы микроорганизмов для пищевых целей. Пущино, 1985.с.89-96.

10. Быков В.А., Монаков М.Н., Панфилов В.И. и др. Производство белковых веществ. М., 1987, 141с.

11. Statets P. Growing gourmet medical mushrums. Hong Kong : Ten Speed Press, 1993. P.552.

12. Решетникова И.А. Мицелий грибов как источник кормового и пищевого белка. М.: Изд-во МГУ, 1986. С.55.

13. Васюкова, А.Т, Трискоба С.Д. //Методические основы познания биологических особенностей грибов продуцентов физиологически активных соединений и пищевых продуктов. Донецк.: Изд-во Нац. акад. наук Украины, 1997, с.37-38.

14. Копытова Т.И., Бережной A.A., Леванова В.П. и др. Получение растительно-белковой кормовой добавки путем культивирования высших дереворазрушающих грибов на твердых растительных субстратах.// Всесоюз. Конф. Мицелиальные грибы. Пущино,1983, с. 173

15. Гарибова JI.B. //Биотехнология наших дней. М.: Знание,1987.Вып.2.с.115-135.

16. Гарибова JT.B., Лекомцева С.Н. // Тезисы докладЛУ Совещания « Промышленное культивирование сьедобных гибов» Донецк : ДГУ, 1993.С.5-6.

17. Сивочуб O.A., Белова Н.В.//Тез.доклад. IV Совещания « Промышленное культивирование сьедобных грибов» Донецк:ДГУ, 1993, с.8.

18. Бисько H.A., Дудка H.A. Биология и культивирование сьедобных грибов рода вешенка. Киев : Наукова Думка, 1987,147с.

19. Дудка И.А., Бухало A.C., Соломко Э.Ф. и др. //Тез.доклад. IV Совещания « Промышленное культивирование сьедобных грибов» Донецк:ДГУ.1993.с.З-4.

20. Климовецкий H.H. //Тез.доклад. IV Совещания « Промышленное культивирование сьедобных грибов» Донецк:ДГУ. 1993.с.26.

21. Федоров Н.И, //Тез.доклад. IV Совещания « Промышленноекультивирование сьедобных грибов», Донецк: ДГУ, 1993, с.4-5.

22. Белова Н.В.,Ефремова И.Я. //Микология и фитопаталогия.1992.Т.26. Вып.4, с. 321-324.

23. Белова Н.В. //Растительные ресурсы.1991.Вып.2.с.8-17.

24. Gill М.Steiglich W.//Pigments of fungi ( macromycetes): Progress in the chemistry of organic natural products. 1987, V. 51. P. 1-175.).

25. Жуковский П.П. Ботаника. M., Высшая школа, 1964, с.259-297.

26. Дудка И.А., Щепа В., Вассер С.П. Вешенка обыкновенная. Киев, Наукова думка, 1985.

27. Шнырева A.B., Ломов A.A., Медников Б.М., Дьяков Ю.Т. Дифференциация видов и сортов вешенки с помощью скрещивания и молекулярных маркеров. //Микология и фитопатология. 1996, т.ЗО, вып. 5-6, с.37-43.

28. Дьяков Ю.Г., Камзолкина О.В. Грубе Е.Т. Проблемы генетики и селекции съедобных грибов. // Прикл. биохимия и микробиология 1996, т.32, №4, с.380-385.

29. Морозова Г.Р., Поправко С.А., Макарова М.А. и др. Биоконверсия углеводов грибами для получения белка пищевого назначения.//Использование биомассы микроорганизмов для пищевых целей. Пущино, 1985, с.21-39.

30. Trandaf V. Rezultate preliminare privind cultura ciupercii comestiblle Pleurotus.// An. Inst. Cere. Legumin. Cult. Si floricult. 1974, 3, №2, p.259-264.

31. Колтунов Б.П., Фомина В.И., Лысенкова A.B. Формирование урожая вешенки обыкновенной и ее пищевая ценность.//Пути интенсификации овощеводства в западных районах Украины. 1988, №3, с.121-132.

32. Varju Р. Elteko okologiai iginyil Pleurotus. //Micol. kozl.1978, 10, № 1/2, p.87-91.33