Биоконверсия зеленой массы и клубней топинамбура с. Скороспелка разными видами дрожжей с целью получения кормового белка тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.14, кандидат биологических наук Джанаев, Константин Игоревич

• Джанаев, Константин Игоревич
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Джанаев, Константин Игоревич

Оглавление

Введение

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

п

1.1. Характеристика топинамбура

1.2 Использование топинамбура

1.3 Характеристика дрожжей как вида и их использование

1.3.1 Общая характеристика дрожжей

17

1.3.2 Использование дрожжей

1.3.3 Культивирование дрожжей

1.3 Характеристика этилового спирта и технология его производства

Глава 2. Собственные исследования

2.1 Материал и методика исследования

2.2. Результаты собственных исследований

2.2.1 Результаты изучения химического состава зеленой массы и клубней

топинамбура сорта Скороспелка

2.2.2 Характеристика шдролизатов, полученных при гидролизе биомассы

топинамбура сорта Скороспелка

2.2.3 Результаты культивирования разных видов и штаммов дрожжей на гидролизатах из топинамбура сорта Скороспелка

2.2.4 Показатели состава биомассы дрожжей, культивируемых на питательных средах на основе гидролизатов из зеленой массы и клубней топинамбура

2.2.5 Показатели накопления тяжелых металлов в биомассе дрожжей

культивируемых на гидролизате из биомассы топинамбура сорта

^ in Скороспелка

2.2.6 Получение этилового спирта из биомассы топинамбура

2.2.7 Экономическая эффективность

2.2.8 Заключение

ВЫВОДЫ

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биоконверсия зеленой массы и клубней топинамбура с. Скороспелка разными видами дрожжей с целью получения кормового белка»

Введение

Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в топливо, кормовые и пищевые продукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленности рассматривается в настоящее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии.

Анализ показывает, что ситуация в этой области меняется к лучшему весьма быстрыми темпами. В изучение проблем биоконверсии растительной биомассы вовлекаются все новые виды растений (Бис^тв! 1987).

Важное значение в биоконверсии растительных субстратов имеет ферментативный гидролиз гемицеллюлоз, находящихся в клеточной стенке растений или в нерастворимых продуктах, полученных на их базе, где гемицеллюлозы тесно связаны с другими компонентами. Считают, что ферментативный гидролиз полисахаридов, в том числе гемицеллюлоз, в противоположность кислотному гидролизу, тормозится экранирующим действием лигнина, что делает необходимым использование предварительной обработки растительного сырья, используя химические или физические методы (В.К. Мамыкин и др., 1998).

Современные технологии глубокой переработки предоставляют большие возможности для получения целого спектра биопродуктов, включая различные виды биотоплива, так как в качестве основного сырья для таких видов топлива стремятся использовать целлюлозу. Дальнейшее развитие биотехнологий будет связанно именно с целлюлозным биотопливом. Перспективным сырьем для него сегодня служат энергетический тростник, жмых сахарного тростника, сорго, а также непосредственно и сама древесина или волокнистые, несъедобные части растений (Н.Павловская 2011).

Биотехнология - уникальная наука, которая использует живые организмы и биологические процессы в практических интересах человека.

Биотехнологические процессы, в частности брожение, применяются людьми с древних времен. На различных видах брожения основано

производство спирта, пива, вина, хлеба, кисломолочных продуктов (B.C. Шевелуха и др.,1998).

Важную роль в биоконверсии растительной биомассы играют дрожжи. Гидролизат на основе растительного сырья является прекрасным субстратом для жизнедеятельности дрожжей и возможна дальнейшая его переработка в зависимости от желаемого результата. При использовании дрожжей - продуцентов кормового белка, можно получить биомассу, богатую белком.

Гидролизные дрожжи вследствие высокого содержания в них полноценных, хорошо усвояемых белков, биологически активных веществ -витаминов, ферментов, гормонов и микроэлементов применяются в качестве корма для домашних животных и птиц. Добавка кормовых дрожжей к растительным кормам, богатым углеводами, значительно улучшает их качество и повышает биологическую ценность. Кормовые дрожжи по питательности и усвояемости не уступают кормам животного происхождения. В дрожжах содержится 46-55% белка, который, в свою очередь, содержит все жизненно необходимые аминокислоты. В золе кормовых дрожжей содержатся также ценные для животных и птиц макро- и микроэлементы (И. Мирошниченко и др, 1998).

Содержащиеся в дрожжах ферменты, гормоны и другие продукты микробиологического синтеза играют важную роль в улучшении обмена веществ в организме животных и птиц. При использовании штаммов спиртовых дрожжей на растительных гидролизатах возможно получение технического биоэтанола, для дальнейшего использования его в качестве биотоплива.

Цель диссертационной работы заключалась в биоконверсии зеленой массы и клубней топинамбура с. Скороспелка разными видами дрожжей.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Изучить химический состав надземной биомассы и клубней топинамбура с. Скороспелка.

2. Разработать режим получения гидролизатов из биомассы топинамбура сорта Скороспелка.

3. Отбор штаммов дрожжей, наиболее перспективных для использования в биоконверсии биомассы топинамбура.

4. Определить выход биомассы дрожжей при их культивировании на гидролизатах из зеленой массы и клубней топинамбура.

5. Изучить качество биомассы дрожжей, получаемой при их культивировании на гидролизатах из топинамбура.

6.Провести расчет экономической целесообразности получения биомассы дрожжей на гидролизатах из зеленой массы и клубней топинамбура сорта Скороспелка.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в первые, в условиях РСО-Алания, разработана технология биоконверсии зеленой массы и клубней топинамбура с. Скороспелка, с целью получения микробного белка, с использованием культур дрожжей как местной селекции, так и полученных из музея ВКПМ ФГНУ ГосНИИгенетика.

Практическая значимость работы заключается в обосновании целесообразности переработки биомассы топинамбура с. Скороспелка, выращиваемого в условиях РСО-Алания, с целью получения на гидролизатах из надземной и подземной биомассы данного растения микробного белка и биоэтанола. Предложены различные варианты получения гидролизатов из зеленой массы и клубней топинамбура сорта Скороспелка. Выявлены наиболее перспективные для использования в биоконверсии топинамбура сорта Скороспелка штаммы дрожжей, как селекции НИИ биотехнологии Горского ГАУ, так и из музея ВКПМ ФГНУ ГосНИИгенетика.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на ежегодных научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет» (2008-2012гг); на Международной научно-производственной

конференции «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих инновационных технологий», г.Владикавказ.

Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, обсуждения результатов, списка литературы. Работа изложена на 151 страницах компьютерного текста, содержит 38 таблиц. Библиография включает 230 источников, из них иностранных источников - 54.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертационной работы опубликованы 5 научных статей, в том числе в изданиях, рекомендованных в ВАК РФ - 3.

Глава 1.0бзор литературы 1.1.Характеристика топинамбура

Топинамбур - от латинского Heliânthus tuberôsus, это вид клубненосных растений рода Подсолнечник семейства Астровые.

Топинамбур известен также под названием «земляная груша» и «иерусалимский артишок». Родиной топинамбура является Северная Америка. (В.П. Гринь, C.B. Кузнецова, 1991).

Андреев Ю.М (2002), указывает на то, что топинамбур является многолетним травянистым растением высотой от 40 см до 4 метров с прямостоячим ветвящимся, опушённым короткими волосками, стеблем и подземными побегами, на которых развиваются клубни.

Листья топинамбура, по мнению Рейнгарта Э.С и Кочнева Н.К (2008), как правило, пильчато-зубчатые черешковые, нижние яйцевидные или сердцевидно-яйцевидные, супротивные, а верхние удлинённо-яйцевидные или ланцетные.

Великом В.Ф (1988), отмечено, что цветки топинамбура собраны в соцветия корзинки диаметром от 2 до 4 см. Срединные трубчатые цветки жёлтые, обоеполые. Краевые бесплодные ложноязычковые цветки золотисто-жёлтые, их количество колеблется от десяти до пятнадцати.

Цветение в европейской части России начинается в августе и заканчивается в октябре, плод созревает, начиная с сентября по октябрь (Губанов И. А., Киселёва К. В., Новиков В. С., Тихомиров В. Н. 2004).

Также В.М. Швецова (1991) указывает, что наиболее активный урожай клубней отмечен в конце сентября и октябре, вплоть до замерзания надземной биомассы.

В работе Краутера А.А и Соловьевой В.Г (1993) сделан вывод, что наиболее подходящим временем для посадки топинамбура являются конец апреля и начало мая. Также отмечено, что посадку следует проводить на глубину от 9 до 12 см и сохранять расстояние между рядами в 60 - 70 см. Расстоянием клубней в рядке должно быть около 30 см. Уборку зеленой

биомассы топинамбура начинают проводить в конце августа, начале сентября. Срез проводят на высоте не ниже 20 см.

А. Т. Лебедева, И.И. Ершов, М.С. Бунин, (1994) указывают на то что, топинамбур размножается главным образом вегетативно - клубнями, которые образуются на концах подземных побегов.

Метеорологические условия, как правило, оказывают существенное влияние на фотосинтетическую деятельность и продуктивность топинамбура, что было отмечено Усановой З.И и Осербаевым А.К (1993).

Внесение навоза и минеральных удобрений, как отмечено в исследованиях Гуцал А.И (1993), оказывает положительное влияние на урожайность топинамбура в течение трех лет.

В работах Галеева Р.Р и Варламова В.Н (1991) отмечено, что внесение 60 т/га навоза повышает в первый год урожайность зеленной биомассы топинамбура на 6,8 т/га, а клубней на 2,5 т/га. Ко второму году прирост зеленной биомассы возрастает на 9,3 т/га, клубней же - на 3 т/га.

По данным сайта www.nlogorod.ru (2010), в мире известно более 300 сортов и гибридов топинамбура, в том числе не менее 12 дикорастущих. Некоторые сорта отличаются большим урожаем клубней, другие приростом зелёной массы (при небольших клубнях), третьи - особой декоративностью ит. д.

В России наиболее известны ныне сорта топинамбура «Киевский белый», «Красный», «Веретеновидный», «Патат», «Майкопский», «Белый», «Скороспелка», «Находка», «Волжский 2», «Вадим», «Ленинградский», «Северокавказский», «Интерес» и другие (http://chudo-ogorod.ru, 2012)

Путём скрещивания топинамбура с подсолнечником на Майкопской опытной станции ВИР Н. М. Пасько вывел сорт «тописолнечника» Восторг (ЗМ-1-156). Клубни у этого сорта крупные, овальные, с гладкой поверхностью. Их урожай достигает 400 ц/га и более, зелёной массы — 600 ц/гаН.М. Пасько (1993).

Топинамбур отличается большой продуктивностью клубней (30-50 т/га) и зеленой массы (50-70 т/га). Высокая фотосинтетическая активность этой культуры, превышающая таковую лесных массивов почти в 2 раза, определяет и ее важное экологическое значение. В отличие от картофеля зеленая масса топинамбура хорошо силосуется и имеет значительную кормовую ценность (Scholz V., Ellerbrock V. 2002).

Дикие формы топинамбура имеют разнообразное расположение клубней в почве, тогда как культурные сорта характеризуются большей кучностью. Окраска клубня у сортов - белая, фиолетово-красная, светло-коричневая. Преобладающая форма клубня - грушевидная, но может быть продолговато-овальная и веретеновидная. Клубни некоторых сортов отличаются неровной поверхностью, обусловленной очень большим наличием наростов. Средний вес клубней в зависимости от сорта и района выращивания составляет от 10 до 90 г, чаще всего 30-50 г (www.bioforma.ru, 2012).

Уникальную ценность топинамбура, в первую очередь, определяет его химический состав. По химическому составу клубни топинамбура практически не отличаются от картофеля, но не имеют солонина - ядовитого вещества, образующегося в сыром картофеле. Химический состав топинамбура, как и других растений, изменяется в зависимости от биологических особенностей сорта и почвенно-климатических условий. Исследуя земляную грушу, было установлено наличие большого количества (около 20%) сухих веществ, среди которых полимерного гомолога фруктозы инулина содержится до 80% (Кахана Б.М., Арасимович В.В., 1974).

Надземная часть топинамбура, как отмечено в исследованиях Пустового В.Ф (2002) содержит 39,5% сухого вещества, от 9,8 до 18,4% сырого протеина, 42,3 - 53,4% БЭВ, 40,4 - 8,8% клетчатки, 0,3 - 1,9% жира, 0,5% кальция, 0,2% фосфора.

Выявлено, что углеводы надземной части топинамбура имеют особенность большей частью концентрироваться в нижней части стебля, что

отмечено в материалах исследований Р.И. Багаутдиновой и Г.П. Федосеевой (1998).

Прокопенко JI.C (1992) отмечает, что топинамбур является высокобелковым растением. В зеленной биомассе содержится 16 аминокислот, в клубнях насчитывается до 18 аминокислот, также и незаменимые, что имеет существенное значение.

Клубни топинамбура содержат около 77% углевода инулина,-который при хранении превращается во фруктозу, что делает корнеплод довольно сладким на вкус. Топинамбур - отличный источник клетчатки и железа, в нем содержатся в высоком количестве калий, витамин С и другие необходимые организму витамины и микроэлементы (SDA Agricultural Research Service, р.804: NDB No. 11226, Jerusalem-artichokes, raw. Helianthus tuberosus).

По сбалансированности аминокислотного состава, как отмечено в исследованиях Олоничевой Р.В и Прокопенко JI.C (1992), протеин клубней топинамбура превосходит протеин злаковых.

Скоблина В (2001) отмечает высокое содержание углеводов в клубнях - около 58-68%. Содержание перевариваемого белка относительно невысокое - около 2,5%, но в его состав входят все незаменимые аминокислоты.

Органические кислоты, по данным Зеленкова В.Н и Шаина С.С (2000), представлены в листьях топинамбура не только ди - и трикарбоновыми кислотами цикла Кребса, но и полиоксикислотами, которые являются кислотами первичного окисления Сахаров. Среди ди - и трикарбоновых кислот в ростках и листьях топинамбура содержатся яблочная, фумаровая кислоты, а также в значительно меньших количествах лимонная и янтарная кислоты.

В составе жира клубней топинамбура в исследованиях Т.С. Захаренко и Е.М. Потапова (1993) обнаружены имеющие важное значение

полиненасыщенные жирные кислоты, наибольшую ценность из которых представляет олеиновая.

При изучении химического состава клубней топинамбура Варламова К.А, Приходько Е.А и Кошелев В.И установили, что в клубнях топинамбура содержание сухого вещества колеблется от 23 до 27,3%. Содержание «сырого протеина» составляет около 9,14%. Инулина в сухом веществе клубней содержится до 41%.

1.2.Использование топинамбура

Топинамбур является нетрадиционной сельскохозяйственной культурой, которая представляет большой практический интерес для производства пищевых, кормовых продуктов и биоэтанола (Бобровник Л.Г., Лезенко Г.А. 1991., Голубев В.Н., Пасько Н.М., Волкова И.В. 1995., Емелина Т.Н., Рязанова Т.В., Чипрова Н.А. 2002).

По сведениям источников Advances in Biochemical engineering and Biotechnology (1985), Applied Biochemistry and Biotechnology (1988), Biomass (1985) и Animal Feed Science and technology (1986) представлен вариант биоконверсии топинамбура в качестве сырья для получения моторного топлива, биогаза, глицерина, ацетона, бутанола, ацетоно-бутанольно-спиртовых смесей.

Топинамбур, как отмечает Ходарев А.А (1993), является перспективным сырьем переработки его в спирт, получение фруктозы. Также топинамбур широко применяется в медицине и питании.

В связи с началом использования топинамбура не только на кормовые цели животным, но и для промпереработки, и исходя из агробиологических критериев, по мнению Устименко Г.В (1960), для средней полосы европейской части России наиболее перспективным является сорт "Скороспелка", а для южных регионов, как считает Пасько Н.М (1987), сорт "Интерес".

По данным Шаина С.С (2000), имеются сведения, что топинамбур может быть одним из активных фитомелиорантов с одновременным

использованием продукции для кормовых, пищевых и технических целей, клубни топинамбура значительно меньше накапливают нитраты, тяжелые металлы, радионуклиды.

Пащенко Л.П и Мустафаевым Р.М (1991) предложена ферментативная переработка топинамбура, как технология для безотходной утилизации ценного для сельского хозяйства сырья. В результате биоконверсии ферментными препаратами получаются гидролизаты, имеющие определенную ценность для дальнейшего использования.

По мнению Л. Г. Антоняна, А. М. Балаяна, Э. Г. Африкяна (2005), благодаря высокому содержанию в клубнях инулина, топинамбур является потенциально наиболее ценным источником получения сахаристых продуктов и этанола, превышая продуктивность сахарной свеклы более чем в 1,5 раза.

Разработка из топинамбура лекарственных средств, как считают Зеленков В.Н и Богидаев С.В (1992), является перспективным направлением в биотехнологии. Основными целями является восстановление иммунологической реактивности, стимуляции процессов регенерации, кроветворения и клеточного метаболизма.

Сотрудниками института микробиологии НАЛ Армении Абеляном В.А и Манукяном Л.С (1988; 1989) был выполнен большой комплекс научно-исследовательских и опытно-производственных работ по разработке эффективной технологии микробиологического получения из клубней топинамбура фруктозы, фруктозо-глюкозного сиропа, инулина и пищевого спирта.

Калюжным С.В, Пузанковым А.Г и Варфоломеевым С.Д (1988), была изучена возможность использования метанового брожения для утилизации побочных продуктов переработки топинамбура как наиболее эффективного способа обезвреживания и использования отходов органической природы.

По мнению Чупаченко О. (2008), грамотное использование топинамбура может стать основой для производства биоэтанола ("зеленого

бензина"), кормового белка, диетических и диабетических продуктов питания. В США и Китае давно работают целые НИИ по изучению свойств топинамбура. По требованию европейского сообщества к 2020 году 20% содержимого каждого бензобака должен составлять спирт, полученный из биомассы топинамбура.

Варламов Г.П и Долгошеев А.М (1999) утверждают, что продукция, приготовленная из сушеных клубней и порошка топинамбура, по своему качеству не уступает продукции из свежих клубней. Это дает возможность для перерабатывающего предприятия полностью использовать сырье.

Чепчурнов И.П (2001) считает, что инулин из клубней топинамбура может использоваться в качестве добавки в продукты питания. Также данная продукция может применяться в лечебно-профилактическом питании для больных сахарным диабетом и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Голубев В.Н., Волкова И.В и Кушлаков Х.М (1995) предлагают использование клубней топинамбура в качестве сырья для приготовления высокофруктозного сиропа. Канадские специалисты также предлагают технологию получения высокофруктозного сиропа, которая позволяет сохранить 70 - 80% сухих веществ (Пат. №1283100, Канада, 1991). Технологическая схема получения кристаллической фруктозы из клубней топинамбура предложена и в работе венгерского ученного Байртойя И. (1986).

Кочнев Н.К и Московцев Н.Г (1991) установили, что проведенные опыты по использованию зеленой массы топинамбура в качестве сырья для получения целлюлозы и ДВП, позволят значительно уменьшить объемы затрат древесины для производства ДВП.

Новоселовой Г.Н и Мариной Н.В (1997) отмечено возможное использование топинамбура, как пищевой продукт повышенной биологической ценности, в основе которого лежит использование натурального растительного сырья без искусственных добавок. Данная технология позволяет расширить не только ассортимент, но и разнообразить

сырьевую базу пищевой промышленности для получения высококачественных продуктов питания.

В ходе исследований JI.C. Прокопенко и Я.В. Олоничева (1991) была установлена возможность использования концентрата из мезофильных тканей листьев топинамбура в сочетании с концентратами на основе мезофильных тканей листьев других растений, например люцерны и амаранта, что позволяет обогатить аминокислотный состав, получаемых из них кормовых добавок.

Топинамбур, как отмечает Павловская Н (2011), является перспективным сырьем для производства биотоплива, так как культура служит хорошим источником сбраживаемых Сахаров. Эффективность превращения углеводов составляет 80-95%. Средний выход спирта из клубней составляет от 7 до 10 л/ц, что в свою очередь, превышает в 1,5 - 3,5 раза выход спирта из сахарной свеклы, картофеля, пшеницы. Также себестоимость 1 л спирта из топинамбура ниже, чем из картофеля или зерна вследствие высокой урожайности и меньших производственных затрат. Для выгонки спирта может быть использована и надземная часть топинамбура, которая также богата редуцирующими сахарами и дает выход спирта 3-4 т/га. Один гектар посевов топинамбура обеспечит 10 тонн спирта.

1.3.Характеристика дрожжей как вида и их использование.

1.3.1. Общая характеристика дрожжей. Дрожжи имеют большое практическое значение, особенно пекарские или пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). К настоящему времени, по данным Б.Глика и Д.Ж.Пастернака (2002), полностью расшифрован геном дрожжей Saccharomyces cerevisiae и Schizosaccharomyces pomble.

Размеры дрожжевых клеток обычно составляют 3—7 мкм в диаметре. По данным авторов Уолкера, Скелтона и Смита (Walker К, Skelton Н, Smith К., 2002) некоторые виды способны вырастать до 40 мкм.

Дрожжи представляют собой наиболее древних «домашних организмов». Тысячи лет люди использовали их для ферментации и выпечки.

Археологи нашли среди руин древнеегипетских городов жернова и пекарни, а также изображение пекарей и пивоваров. Предполагается, что пиво египтяне начали варить за 6000 лет до н. э., а к 1200 году до н. э. овладели технологией выпечки дрожжевого хлеба, наряду с выпечкой пресного (Бабьева И. П., Чернов И. Ю., 2004).

Для начала сбраживания нового субстрата люди использовали остатки старого. В результате в различных хозяйствах столетиями происходила селекция дрожжей, и сформировались новые физиологические расы, не встречающиеся в природе, многие из которых даже изначально были описаны как отдельные виды. Они являются такими же продуктами человеческой деятельности, как сорта культурных растений (Liti G, Carter DM, Moses AM., 2009).

В 1680 году голландский натуралист Антони ванн Левенгук впервые увидел дрожжи в оптический микроскоп, однако не распознал в них из-за отсутствия движения живых организмов. Лишь в 1857 году Луи Пастер в работе «Mémoire sur la fermentation alcoholique» доказал, что спиртовое брожение не просто химическая реакция, как считалось ранее, а биологический процесс, производимый дрожжами (James А., 2003).

В 1881 году Эмиль Христиан Хансен в лаборатории датской компании Карлсберг выделил чистую культуру дрожжей, а в 1883 впервые использовал её для получения пива, вместо нестабильных заквасок (Бабьева И. П., Чернов И. Ю., 2004).

В конце XIX века создаётся первая классификация дрожжей, а в начале XX века появляются определители и коллекции культур дрожжевых грибов.

До середины XX века учёные наблюдали только половой цикл аскомицетных дрожжей и рассматривали их всех как обособленную таксономическую группу сумчатых грибов. Японскому микологу Исао Банно в 1969 году удалось индуцировать половой цикл размножения у Rhodorotula glutinis, которая является базидиомицетом. Современные молекулярно -

биотехнологические исследования показали, что дрожжи сформировались независимо среди аскомицетных и базидиомицетных грибов и представляют собой не единый таксон, а скорее жизненную форму (Morrow С A, Fraser J. А., 2009).

В 1996 году было отмечено, что Saccharomyces cerevisiae стал первым эукариотическим организмом, чей геном (12 млн пар оснований) был полностью секвенирован. Секвенирование заняло 7 лет, и в нём принимали участие более 100 лабораторий. Следующим дрожжевым организмом и шестым эукариотом с полностью расшифрованным геномом в 2002 году стал Schizosaccharomyces pombe с 13,8 млн пар оснований (Williams N., 1996).

Различить дрожжи, принадлежащие к разным отделам грибов можно как по характеристикам их жизненного цикла, так и без его наблюдения по признакам аффинитета. К ним относится: синтез каратиноидов (встречается только у базидиомицетных дрожжей), тип убихинонов (с 5— 7изоприноедными остатками у аскомицетных и с 8—10 у базидиомицетных, хотя есть исключения), тип почкования содержание ГЦ пар в ДНК (26—48 % у аскомицетных, 44—70 % у базидиомицетных), наличие уреазы (характерна за несколькими исключениями только базидиомицетным) и др. (N. J. W. Kreger-van Rij, 1984).

Г.Шлегель (1987) приводит данные о том, что дрожжи являются хемоорганогетератрофами и используют органические соединения, как для получения энергии, так и в качестве источника углерода. Им необходим кислород для дыхания, однако при его отсутствии многие виды способны получать энергию за счёт брожения с выделением спиртов (факультативные анаэробы). В отличие от бактерий, среди дрожжей нет облигатных анаэробов, гибнущих при наличии кислорода в среде. При пропускании воздуха через сбраживаемый субстрат, дрожжи прекращают брожение и начинают дышать (поскольку этот процесс эффективнее), потребляя кислород и выделяя углекислый газ. Это ускоряет рост дрожжевых клеток (эффект Пастера). Однако даже при доступе кислорода в случае

высокого содержания глюкозы в среде дрожжи начинают её сбраживать (эффект Кребтри).

Местообитания дрожжей связаны преимущественно с богатыми сахарами субстратами: поверхностью плодов и листьев, где они питаются прижизненными выделениями растений, нектаром цветов, раневыми соками растений, мёртвой фитомассой и т. д.

Отличительной особенностью дрожжей является способность к вегетативному размножению в одноклеточном состоянии. При сопоставлении с жизненными циклами грибов это выглядит как почкование спор или зиготы. Многие дрожжи также способны к реализации полового жизненного цикла, в котором могут быть и мицелиальные стадии. У некоторых дрожжеподобных грибов, образующих мицелий, возможен его распад на клетки (артроспоры). Это роды Endomyces, Galactomyces, Arxula, Trichosporon. У последних двух артроспоры после образования начинают почковаться. Trichosporon также образует вегетативные эндоспоры внутри клеток мицелия (Жизнь растений. Энциклопедия в шести томах. Т.1., 1976 ).

1.3.2. Использование дрожжей. Шарков В.Н, Сапотницкий С.А, Дмитриева O.A. (1973) приводят сведения о том, что переработка возобновляемого растительного сырья методом кислотного гидролиза, с последующим выращиванием дрожжевых культур, является перспективным направлением как при производстве биоэтанола, так и для получения кормового белка.

В гидролизатах растительного сырья Немировским В. Д. и Рахмилевичем Я.Д., (1986) было выявлено и идентифицировано 18 органических производных, простейшие из которых были ранее обнаружены в кормовых дрожжах (Костенко В.Г, Гусарова JI.A, Румянцева В.А, 1983).

В работах Хэруига (Herwig С., 2001) Денисена (Dynesen J., 1998) и Алексиняна Е.З. (1986) отмечена способность дрожжей синтезировать фермент инвертазу, который находит широкое применение в различных

отраслях пищевой промышленности. Наиболее хорошо изученным видом из них является Saccharomyces cerevisiae.

Жеребцов H.A., Корнеева О.С и Мальцева Т.В (2003) установили, что дрожжи К. marxianus синтезируют фермент, активность которого в 2 - 3 раза выше, чем у инвертазы S. cerevisiae. В нормальной дрожжевой клетке инвертаза прочно связана с клеточными структурами и переходит в водные экстракты в незначительных количествах (Катанаева A.A., Байер Н.И., 1966).

Возможность использования автолизатов дрожжей в качестве продуцентов для получения смесей аминокислот предлагает А.А.Покровский (1965), так как они содержат полный набор аминокислот и могут быть использованы как в пищевой промышленности и медицинской практике, так и в сельском хозяйстве и микробиологической отрасли промышленности.

Продолжительность автолиза у Candida valida почти вдвое выше, чем у Saccharomyces cerevisiae, причем при автолизе пекарских дрожжей содержание белка в клетке снижается более чем на 50%, в то время как при автолизе кормовых дрожжей содержание белка снижается, только на 30%, что, по мнению Поповой В.А. и Петрейковой М.М. (1979) делает их наиболее перспективными.

При автолизе кормовых дрожжей Candida guilliermondii, выращенных на средах с н-алканами, наблюдалось увеличение концентрации свободных аминокислот до 24% (Паршина С.Н., Стеркин В.Э., Гулько М.А., 1983).

Лобанок А.Г, Бабицкая В.Г, Богдановская Ж.Н (1988) считают перспективным использование в качестве продуцентов белка дрожжи, имеющие в своем составе незаменимые аминокислоты. Кроме того дрожжи богаты витаминами группы В, количество которых колеблется в зависимости от вида, состава питательной среды и условий культивирования.

Андреев А.А и Брызгалов Л.И (1986) отмечают наличие в дрожжах до 8% витамина В12, до 60% парааминобензойной кислоты и следов витамина Е.

Дрожжи способны с высокой скоростью накапливать биомассу, они генерируют каждые 1-6 часов (Межниня Г.Р и др., 1982).

Злашко M.B (1967), Беккер М.Е (1982) и Олешко В.С (1986) также считают дрожжи наиболее перспективными продуцентами белка. Чаще всего для этих целей применяют дрожжевые культуры родов Candida, Trichosporon, Rhodotorula, Saccharomyces, Torulopsis, Hansenula и др.

В технологии спиртового производства, как отмечают Крикунова Л.Н., Пономарева М.С., Шабурова Л.Н., (2010) эффективность процесса сбраживания главным образом связана с особенностями применяемых рас дрожжей, а также физиологической активностью засевных дрожжей.

В последнее время, как отмечают Гусева Т.И., Калинина O.A., Мартыненко H.H. (2004), в производстве этанола для ускорения стадии сбраживания предлагаются дрожжевые подкормки, предназначенные для получения засевных дрожжей, используемых при сбраживании традиционного сусла.

По мнению Василенко З.В., Цед Е.А и др. (2010) в производстве спирта немаловажное значение, как источник питания для дрожжей, имеет характеристика сырья по содержанию белка и аминного азота.

Дрожжи для своего размножения и жизнедеятельности нуждаются, кроме сахара и минеральных элементов, в органических стимуляторах роста - аминокислотно-витаминно-микроэлементном комплексе. При нарушении, каких-либо факторов нарушается обмен веществ, прекращается рост и размножение культуры (Бекер М.Е., 1978).

Гусев М.В. и Минеева Л.В. (2003) описали дрожжи, способные развиваться на простых синтетических средах. Они способны синтезировать все необходимые им сложные органические соединения. Ими также приводятся виды, нуждающиеся в витаминах группы В.

К средам для дрожжей, требующим добавления стимуляторов роста, относятся, прежде всего, синтетические среды с сахарозой, глюкозой и с небольшим количеством минеральных солей. Древесные гидролизаты, содержащие глюкозу, маннозу, ксилозу и арабинозу, и сульфитные щелока также очень бедны стимуляторами роста.

Автор Забродский А.Г. (1989) установил, что при недостатке в культуральной среде фосфора и зольных элементов выход клеточной массы дрожжей и количество в ней белка уменьшаются. Для восполнения стимуляторов роста к культуральным средам Кольцова Е.В. (1986) предложила добавлять небольшие количества продуктов, содержащих аминокислоты, витамины группы В, микроэлементы: кукурузный экстракт, мелассу, солодовые ростки, соевый шрот, автолизат или отвар дрожжей микробной биомассы, картофельный сок.

Особую роль приобретает применение стимуляторов при культивировании кормовых дрожжей на средах с очищенными парафинами. Одним из стимуляторов в данном случае является упаренная отработанная культуральная жидкость - отход производства гидролизных кормовых дрожжей, содержащий биомассу дрожжей и бактерий, не выделенных на стадии сепарации, и продукты их гидролиза при упаривании (Соловьев В.Н., Ксенофонтов Б.С., 1986).

При добавлении 0,32% упаренной последрожжевой мелассной барды выход кормовых дрожжей увеличивался на 8,3-11%, как следствие более быстрого прироста дрожжевых клеток и более полной ассимиляции ими Сахаров культуральной среды (Забродский А.Г., Осовик А.Н., Пищеварская В.И., 1976).

Для рассева и поддержания чистой культуры спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae на сусло-агаре, Калужина О.Ю., Зайнулин P.A., Кунакова Р.В. (2010) предложили метод обработки питательной среды озоном.

В работах Поповой Л.Ю, Тушковой Г.И, Фуряева А.В (1986), а также Печуркина Н.С (1988) показана возможность роста дрожжей на щелочных вытяжках из бурого угля в условиях периодического и непрерывного культивирования.

Субстрат из бурого угля является смесью сложных соединений и труднодоступен для полной утилизации одним видом микроорганизмов. Для

решения этой проблемы было предложено использовать ассоциацию дрожжей с разными пищевыми потребностями (Попова Л.Ю., Шендеров А.Н. 1983).

Также Градова Н.Б, Давидова Е.Г и Волкова Л.В (1984) при культивировании микроорганизмов на труднодоступных средах сложного химического состава предложили использовать смешанные культуры, характеризующиеся широким спектром пищевых потребностей.

Для высокого выхода биомассы и скорости роста микроорганизмов на труднодоступных субстратах Loewen P.C., Richter Н.Е. (1983) также предлагали использовать стимуляторы роста: кукурузный экстракт, отходы пищевой промышленности, глюкозу, ацетат, аскорбиновую кислоту и др.

Печурин Н.С., Попова Л.Ю., Тушкова Г.И. (1990) установили, что добавки в низких концентрациях дрожжевого автолизата, гидролизата древесины и глицерина оказывают положительное действие на выход биомассы дрожжей, растущих на субстрате из бурого угля.

В мировом океане ежегодно продуцируется более 550 млрд. тонн сырой массы водорослей и трав. Однако в настоящее время утилизируется лишь незначительная доля морской растительности. Кондратьева Л.М., Гаретова Л.А., (1989) предложили использовать штормовые выбросы: во первых, как источник для изыскания активных штаммов микроорганизмов и, во вторых, как сырье для биоконверсии.

Морские растения на 74-88% состоят из органических веществ, из которых 80-87% представлены полисахаридами. При водно-термической обработке бурых водорослей в отвар переходят альгиновая кислота, маннит и другие углеводные соединения. На таких отварах могут расти и накапливать биомассу различные группы микроорганизмов. Так же отмечается активный рост дрожжей и дрожжеподобных грибов, особенно розоцветных штаммов. Развитие пигментированных дрожжей сопровождается накоплением биомассы и синтезом каратиноидов (Вечер A.C., Корабава Г.Я., Куликова А.Н., 1967).

Гидролизаты морской растительности, по мнению Залашко М.В (1978), имеют некоторое преимущество перед гидролизатами древесины, заключающееся в содержании ряда таких стимуляторов роста, как аминокислоты, микроэлементы и другие компоненты морской воды. Среди аминокислот найдены лизин, глицин, и валин, которые могут служить как дополнительный источник углерода, стимулирующий синтез белка. Данные гидролизаты являются хорошими стимуляторами оста дрожжей.

Бабьева И.П. и Голубев В.И. (1979) описали два типа питательных сред для дрожжей - это стандартные полноценные среды и дифференциальные среды. Стандартные применяют для наиболее полного учета и выделения большинства видов дрожжей. Часто используемой полноценной средой является солодовое сусло. Дифференциальные среды используют при выделении дрожжей из субстратов, сильно загрязненных другими микроорганизмами.

1.3.3.Культивирование дрожжей. Дрожжи, как и любые другие живые микроорганизмы, нуждаются в питании и предъявляют определенные требования к окружающей среде. Для их нормальной жизнедеятельности необходимы фосфор, азот, углерод, калий микроэлементы, витамины кислород, вода. Поэтому как показали Дорош А.К., Лисенко B.C. (1995) размножение дрожжей необходимо производить в богатой питательной среде, не содержащей посторонней микрофлоры.

Воробьева Г.И., Глухих С.А., Максимова Г.Н. (2003) подчеркивают, что исходная концентрация и рН сред для культивирования могут оказывать определенное влияние на накопление дрожжевой биомассы физиологическое состояния засевных дрожжей.

Яровенко В.А. (1999) приводит три способа культивирования дрожжей: периодическое культивирование; полунепрерывное культивирование и непрерывное культивирование.

Бирюков В.В (2004) в своей работе подразделяет непрерывный способ культивирования на турбулярный - процесс полного вытеснения и

хемостатный - процесс полного перемешивания, тем самым отдавая предпочтение хемостатному.

Как отметила Градова Н.Б.,(1980) еще во второй половине XX столетия процесс непрерывного культивирования нашел широкое применение в производстве кормовых дрожжей.

Сущность способа периодического культивирования дрожжей состоит в том, что все манипуляции, то есть подготовка питательной среды, внесение посевных дрожжей, их выращивание, вывод дрожжей, промывка стенок и их стерилизация, охлаждение и повторение наполнения осуществляют последовательно в одном дрожжевом аппарате (Яровенко B.JI.,1999).

По мнению В.А.Мариниченко, Б.Д.Метюшева и В.Н.Швец (1975) по производительности, выходу продукции из единицы сырья, эффективности использования оборудования, периодическое культивирование уступает непрерывному.

Важным фактором в процессе культивирования, по мнению Уотсона и Артура (Watson К., Arthur H., 1976) является соблюдение температурного режима, так как температура обусловливает жирнокислотный состав мембран дрожжей.

Хантер и Роуз (Hanter К., Rose А.Н., 1972), Уотсон и Блэкей (Watson К., Blakey M., 1980) установили, что уровень ненасыщенности липидов у термофильных и мезофильных дрожжей при изменении температуры не меняется, в то время, как Кэйтс и Бакстер (Kates M., Baxter R.M., 1962), Макмароут (McMurrougt I., Rose A., 1973), Шиптон (Shipton W.A., Watson K., 1976) указывают на повышение уровня полиеновых жирных кислот при снижении температуры роста в клетках психрофильных дрожжей и в меньшей степени мезофильных.

Кузнецов В.M и Чурилова И.В (1990) предложили использовать полученные в ходе гидролиза растительного лигноцеллюлозного сырья сахарные растворы для культивирования дрожжей рода С. Scotti.

Неверова O.A., Гореликова Г.А., Позняковский В.М., (2007) считают, что жесткий кислотный гидролиз целлюлозосодержащего сырья лежит в основе технологии гидролизных дрожжей, то есть дрожжей выращиваемых на гидролизатах древесины. Авторы также предлагают использовать гидролизаты для получения высокобелковой биомассы дрожжей рода Candida.

1.4. Характеристика этилового спирта и технологии его

производства

Этиловый спирт - это продукт, который находит широкое применение. Его основными потребителями являются пищевая, микробиологическая, парфюмерно-косметическая, фармацевтическая, медицинская, химическая промышленности, медицина, ветеринария и т.д. Получение спирта, как самостоятельного продукта, относится к более позднему времени, чем приготовление алкогольных напитков посредством брожения, что было известно с глубокой древности. О строительстве винокурни в России упоминалось в Вятской летописи в 1174 году. В Италии впервые спирт становится товаром в 13 веке. Спустя два века его стали вырабатывать и в других странах. Однако до второй половины 19 века способы получения спирта были примитивными и технологии, как науки, еще не существовало (B.JI. Яровенко, В.А. Марченко, В.А. Смирнов, 1999).

В России производство и продажа спиртных напитков еще в 18-19 веках давала в бюджет государству от четверти до трети всех доходов (A.A. Кухаренко, А.Ю. Винаров, 2001).

В начале 20 века, в связи с перепроизводством и низкими ценами на крахмал из картофеля, была отработанна промышленная технология получения из него спирта. В 30-е годы XX столетия была успешно отработанна технология получения спирта из топинамбура (Дорошев А.К., Лысенко B.C., 1995)

С начала антиалкогольной кампании в 1985 году за три года объем вырабатываемого спирта был сокращен до 70 млн дал в год, а многие заводы перепрофилированы на выпуск другой продукции и частично закрыты. Резко сократился выпуск вина и водочной продукции, расширилось самогоноварение. В конце 1988 года антиалкогольные ограничения начали постепенно отменяться, увеличивалось производство спирта, ликероводочных изделий, вина и другой продукции. В 1990 году восстанавливается производство спирта на ранее закрытых заводах и выработка его за весь год составила, более 146 млн дал. (B.JI. Яровенко, В.А. Марченко, В.А. Смирнов, 1999).

Разработаны биотехнологии, обеспечивающие переработку этанола не только из пищевого сырья, но и отходов, содержащих лигнинцеллюлозу, что значительно расширяет и удешевляет сырьевую базу (A.A. Кухаренко, А.Ю. Винаров. 2001).

Во время и после Великой Отечественной войны были построены большие заводы в Сибири и на Урале (А.К.Сляванский, В.И.Шарков,

A.А.Ливеровский и др., 1962).

Производство спирта на основе гидролиза целлюлозосодержащих материалов минеральными кислотами разрабатывалось в нашей стране в конце 19 начале 20 века. А.Г.Лобанок, В.Г.Бабицкая и Ж.Н.Богдановская (1988) указывают на то, что все исследования были направлены на разработку экономичного процесса, на поиск более активного продуцента целлюлаз и подбор, с помощью методов селекции микроорганизмов, сбраживающих глюкозу в этанол с максимальным выходом.

Поиск анаэробных бактерий - продуцентов спирта из целлюлозы был начат в нашей стране в 1930 году во ВНИИ спиртовой промышленности.

B.В.Первозванский для экспериментов использовал элективные культуры бактерий, выделенные из конского навоза, которые поддерживались регулярным пересевом в жидкую питательную среду с фильтровальной бумагой в течение трех-шести дней при температуре 50°С на среде с 4%-ой

целлюлозой. При этом сбраживалось до 90% целлюлозы, выход спирта составил 15-20%, а органических кислот 30-40% (Первозванский В.В, Чельцова Ю.С, 1933).

В 1811 году впервые систематические исследования по гидролизу растительного полисахарида— крахмала провёл в Петербурге Константин Кирхгоф. При гидролизе крахмала 0,5%-ным раствором С2Н5ОН при кипячении в течение 24—25 ч из 100 кг крахмала им было получено 75 кг кристаллической глюкозы (ru.wikipedia.org. 2010).

Производство спирта из топинамбура в промышленных масштабах налажено во многих странах.

Как указывает А.М.Долгошев (2000), первые производственные опыты в России в этом направлении относятся к началу 30-х годов.

Созданием предприятий по переработке топинамбура в последние 10 лет начали заниматься многие специализированные организации и учебные заведения пищевой промышленности.

По сведениям В.С.Зимина (1997) один из наиболее удачных проектов мини - спиртзаводов мощностью ЮОдал/сутки в 1993 году разработан в Гипробиопроме. Универсальный мини-спиртзавод предназначен для производства спирта из корнеплодов, в том числе из топинамбура, зерна и мелассы. Стоимость его строительства на 1996 году составляла 7,6 млн рублей.

Перечень непищевого сырья для изготовления спирта (технического) включает древесную щепу и опилки, гидролизные субстраты и щелоки сульфитно-целлюлозного производства, отходы сельскохозяйственных культур (кукурузная кочерыжка, хлопковая и подсолнечная шелуха, рисовая, просяная и гречневая лузга), а также попутные газы, образующиеся при добыче нефти и производстве нефтепродуктов (Приказ Росалкогольрегулирования №18н, Роспотребнадзора № 726 от 09.12.2009 «О перечне пищевого и непищевого сырья, используемого для производства

этилового спирта, в том числе денатурата». Зарегистрировано в Минюсте РФ. 15.01.2010. № 15991).

В настоящее время основным сырьем при производстве этилового спирта служат различные виды фуражного зерна, в первую очередь пшеница и рожь.

По данным В.П.Лебнева (2001) затраты на основное сырье в себестоимости спирта при переработке зерна составляют 60-65% от общих затрат. Расширение сырьевой базы спиртовой отрасли за счет вовлечения нетрадиционных видов сырья - весьма перспективно.

По мнению Крикуновой Л.Н и Сидякина М.Э (2011) одним из новых перспективных видов сырья может послужить возвратный продукт хлебопекарной отрасли.

Использование растительного сырья и постоянно образующихся углеводсодержащих отходов перерабатывающей промышленности позволяет считать, как утверждают А.А.Кухаренко и А.Ю.Винаров (2001), что сырьевая база для обеспечения существующего уровня и дальнейшего развития производства этанола в России достаточно надежна.

Как считает В. Швец (2009), использование уже имеющихся в растениях функциональных групп создает более простой и дешевый путь получения биотоплива и других рентабельных продуктов.

Растительное сырье является источником двух наиболее ценных Сахаров: глюкозы и ксилозы. Переработка древесины, основанная на предварительном фракционировании ее основных компонентов с последующим использованием ферментативного гидролиза позволяет получать индивидуальный сахар (Lamed R., Setter Е., Kening R., 1983; Lee S. В., Kim I. H., Ryu D. D. Y. et al., 1983).

Сырье, по мнению В.Л.Яровенко и В.А.Маринченко (1999) применяемое для получения спирта, должно ежегодно воспроизводится в количествах, достаточных для промышленной переработки, иметь высокое содержание крахмала или сахара и хорошо сохраняться.

А.А.Кухаренко и А.Ю.Винаров (2001) отмечают, что очень важен момент снижения себестоимости получения этанола и выбор различных видов сырья - наиболее дешевого и доступного.

Главное преимущество растительной массы как сырья, состоит в том, что для ее переработки можно использовать экологически чистые технологии, основанные на природных процессах и механизмах конверсии веществ ферментами микробного происхождения (Wiegel J., 1980).

В качестве углеводсодержащего субстрата для производства этанола используют зерно пшеницы, ржи и кукурузы, молочную сыворотку, томатную пасту, древесные отходы, сахарный тростник, багассу, газетную массу, зеленную массу растений (стебли, листья) (Кухаренко A.A., Винаров А.Ю., Сидоренко Т.Е., Бояринов А.И., 1999).

Этанол производится также из отходов субтропического плодо-овощеводства, например побочных продуктов переработки цитрусовых. В Сан-Пауло с 1984 года действует первый завод по выработке этанола из этих продуктов, ежесуточная производительность которого 6,9-7,1 тыс. л. этанола. По данным А.А.Чичкина в том же году вышел на проектную мощность завод по производству метанола из древесины и отходов лесопереработки (путем гидролиза), его годовая производительность 28-30 млн. л. (A.A. Чичкин, 1988).

В Малайзии уже созданы плантации, специализирующиеся на выработке пальмового спирта. Эти плантации ежегодно вырабатывают до 15,64 тыс. л/га (в расчете на 95% спирт). Производство этанола из сахарного тростника (багассы) измеряется 3,35-6,7 тыс. л, из маниоки - 3,24- 8,64 тыс. л, из батата - 6,75 - 18,0 тыс. л, из сока кокосовых орехов - 5 тыс. л/га в год ЮНЕСКО, 1984).

Получение этанола (биотоплива) из растительной биомассы с помощью микроорганизмов вызывает огромный интерес, так как эта технология, как отмечено ещё в работах М.Е.Беккера (1984) и Минкевича И.Г (1976), может внести вклад в восполнение энергетических ресурсов. Для

получения этанола используют недефицитное сырье, в том числе целлюлозосодержащие отходы. Кроме того, биоконверсия растительной биомассы в этанол энергетически выгодна.

Производство спирта из гидролизатов целлюлозосодержащего сырья более энергоемко, чем из глюкозо - и крахмалсодержащего, так как для получения сбраживаемого сахара необходимы более высокая температура и затраты на выделение и очистку спирта, содержание которого в бражке значительно ниже (1,0 - 1,5% об.), чем в бражке из крахмалосодержащего сырья (6-12% об.). Несмотря на это в ряде стран сочли целесообразным усовершенствовать способ получения спирта из целлюлозосодержащего сырья. (Bhatia, 1980; Mendelsohn, 1981).

Процесс, предложенный Wilke et al (1976) состоит в том, что целлюлозосодержащее сырье - древесину, хлопчатобумажные ткани, рисовую и пшеничную солому, бумагу измельчают, а затем осахаривают целлюлазой и культуральной жидкостью микроорганизмов Trichoderma viride или Т. Reesei. Полученный раствор глюкозы сбраживают до спирта, используя дрожжи Saccharomyces cerevisiae, Pichia или микроскопические грибы Rhizopus javanirus (Wilke C.R., Cysewski G.R., 1976).

В качестве сырья испытаны древесные опилки, кора деревьев и стоки целлюлозно-бумажного производства (Hymphrei, 1980; Black, 1980).

Россия располагает большим потенциалом растительной биомассы, которая является ценным энергетическим и химическим сырьем. По расчетам специалистов, биологическая конверсия 130 млн. тонн соломы позволяет получить до 13 млн. тонн этанола. В перспективе запасы биомассы оцениваются в 500 млн.тонн. Комплексная их переработка может ежегодно давать до 90 млрд. м3 метана, 35 млн. тонн этанола, 20 млн. тонн удобрений. В предстоящие годы имеется возможность использовать примерно 30 млн. тонн биомассы (Т.Алимов, 1984).

Особое значение, по мнению Т.С.Хачатурова (1985) имеет утилизация отходов лесопереработки, значительная часть которых не

используется, а между тем они могли бы служить сырьем для производства топливных спиртов.

В настоящее время основным сырьем, используемым отечественными спиртовыми предприятиями, служит фуражное зерно отдельных культур. (Л.Н.Шабурова, М.Э.Сидякин, Л.Н.Крикунова, 2010).

Что касается топинамбура, то перспективность его использования для производства этанола давно доказана (Калочи И., Фазенаш М., Вене Ш., Храплин Д., 1989).

Благодаря высокой урожайности данной культуры выход спирта из топинамбура составляет 3,3-5,1 дал/га, против 1,6-2,4дал/га при использовании картофеля (Wieczorek А., 1988).

Топинамбур также отличается от других видов сырья содержанием крупных легко разрушаемых клеток с большим количеством инулина, что предполагает более мягкие режимы подработки сырья перед сбраживанием (Патент РФ2144081, 10.01.2000 г.). Все это позволило характеризовать топинамбур как важнейшее биоэнергетическое сырье 21 века (Голубев В.Н., Волкова И.В., Кушалаков Х.М. 1995).

Биомасса топинамбура признана авторами Н.К.Кочневым, А.В.Плахотниковым и А.Н.Сутуриным (1990), как один из многообещающих видов энергоресурсов, для последующей переработки в биотопливо.

В перспективе целесообразно расширение сырьевой базы спиртового производства из нетрадиционных видов сырья, в связи с организацией в нашей стране производства топливных спиртов (В.А.Поляков, Л.В.Римарев, 2010).

В настоящее время во многих странах этанол производится из отходов переработки молока. В Великобритании сыворотка сбраживается с использованием дрожжей Torulopsis sphaerica или Kluyveromyces fragilis с выходом 22 тыс. л этанола в сутки (Chemical Engineering, 1984).

Сбраживание сыворотки до этанола позволяет использовать для получения кормового продукта барду, обогащенную дрожжами. Так же в

следующих работах авторы указывают на возможность получения из этанола уксусную кислоту (Липицкая Н.В., Дубнов А.И., 1981; Дубнова А.И., Устинников Б.А., Пыхова C.B., 1983; Дубнов А.И., Хрычева А.И., 1983).

Существует возможность получения этанола из творожной сыворотки. Сложность заключается в том, что расы дрожжей, усваивающие лактозу, отличаются низкой бродильной активностью по сравнению со спиртовыми расами, которые не способны усваивать лактозу без предварительного гидролиза. Ранее (Володько А.Е., 1947; Еремин Г.Е., Орлова О.П., Мешкова H.H., 1979; Еремин Г.Е., Мешкова Н.М., 1981) был разработан способ получения водки из подсырной сыворотки. Однако этот метод получения этанола не нашел применения в промышленности из-за малой эффективности сбраживания молочного сахара, а так же трудностей, связанных с получением спирта - ректификата (Матвеевская Н.И., Кравченко Э.Ф., Громова Т.М., 1978).

Приоритетные направления развития спиртового производства на современном этапе - интенсификация технологических процессов получения высококачественного этанола, обеспечивающих увеличение выхода продукта и повышение рентабельности производства (З.В. Василенко, Е.А. Цед, C.B. Волкова и др., 2010).

Высокое качество сырья служит показателем успешного проведения технологического процесса и получения конечного продукта с заданными физико-химическими и органолептическими свойствами (Римарева Л.В., 2003).

Весьма значимая роль при производстве спирта отводится механико-ферментативному способу, в основе которого лежат процессы, протекающие при температурах до 100°С (Римарева Л.В, Оверченко М.Б, Игнатова Н.И, Абрамова И.М., 2003).

В производстве спирта ферментные препараты обеспечивают расщепление крахмала и некрахмальных полисахаридов до углеводов,

ферментируемых дрожжами в этиловый спирт (B.C. Григоров, Г.П.Шуваева, 2010).

При получении этанола из традиционного крахмалосодержащего сырья в последнее время отдают предпочтение низкотемпературным схемам его переработки, основанным на выдержке замеса при определенных температурно-временных режимах (Л.Н.Шабурова, М.Э. Сидякин, Л.Н. Крикунова, 2010).

А.Я.Панкратов, В.С.Григоров и С.К.Сванидзе предложили использовать ферментный препарат глюкопигмауесин Пх, который обладает глюкоамилазной активностью и предназначен для осахаривания полимерных молекул крахмала. Его основной действующий компонент, как отмечают авторы, глюкоамилаза, гидролизующая а- 1,4- и а- 1,6- гликозидные связи в молекуле крахмала, декстринов, олигосахаридов с образованием глюкоз (А.Я. Панкратов, B.C. Григоров, С.К. Сванидзе, А.с, СССР № 486044,1975).

B.C. Григоров и Г.П.Шуваева (2010) так же указывают на способность глкжоамилазы, без участия других ферментов, расщеплять крахмал и декстрины на 98-99% до глюкозы. Однако для лучшей атакуемости субстрата ферментом авторы рассуждают о целесообразности предварительного разжижения крахмала а-амилазой, и отмечают высокую эффективность брожения с использованием комплекса ферментных препаратов (глкжоамилазы, а-амилазы, эндо-(3-глюканазы, и протеиназы) при температуре 55-62°С, рН 4,0-5,5.

Известно, что интенсивность брожения осахаренных масс зависит от физиологической активности дрожжей, которая проявляется в том случае, если в среде содержится не только достаточное количество углеводов, но и усвояемых азотистых веществ. Для накопления в среде необходимого количества пептидов и аминокислот глюкопигмауесин Пх обладает протеиназами, активными при рН 4,5-5,0 (Григоров B.C., Жеребцов Н.А., Щеголев В.В., 1982).

Сотрудниками лаборатории эколого-биологических основ рационального использования биологических ресурсов под руководством проф. Ш.А.Абрамова было установлено, что мелассная питательная среда, в состав которой входит геотермальная вода нефенольного класса, богатая минеральными и органическими соединениями, благоприятна для роста и развития дрожжей, способствует увеличению выхода биомассы, усилению активности ферментов, синтезу белка, резервных углеводов и других важных компонентов клетки (С.Н Котенко, Э.А.Халилова, Э.А.Исламмагомедова, 2010).

Ш.А.Абрамовым, Э.А.Халиловой и Э.А.Исламмагомедовой разработана высокоэффективная биотехнология активного синтеза этанола, которая позволяет увеличить выход его в сбраживаемой среде на 25% со значительным снижением весьма не желательных примесных соединений, по сравнению с традиционной технологией. Стало актуальным изучение ряда факторов, обусловливающих активизацию этого процесса (Патент РФ №2329302, 2008).

В настоящее время проводятся исследования по синтезу этанола на основе использования подземных вод фенольного класса. В.Н.Лукерченко (2000) приводит данные по использованию низких концентраций динитритфенола для повышения бродильной активности при выращивании дрожжей с целью получения спирта.

Огромное значение в технологии производства спирта имеет гидролиз. Как отмечают В.И. Огарков и О.И. Киселев (1990) именно с помощью гидролиза возможна переработка растительного сырья и древесины, переход труднодоступных полисахаридов в сбраживаемые сахара.

Эффективность ферментного гидролиза лигноцеллюлозного сырья определяет его подготовка к процессу (Каткевич Ю.Ю., Громов B.C., 1985).

Первые исследования методов гидролиза водно-тепловой обработки провели Арановский и Гортнер (Aranovsky S.I., Gortner R.A., 1930). Они

обрабатывали водой древесные опилки лиственных пород при гидромодуле 38:1 и различной температуре в интервале от 100 до 186°С. Они определили, что максимальный выход Сахаров наступает через 4-8 часов при температуре 148°С. При этом в раствор переходит около 25% сухих веществ древесины.

В своих работах Лаймед и др. и Ли и др. (Lamed R., Setter Е., Kening R 1983; Lee S.B., Kim I.H., Ryu D.D.Y, et al., 1983) предложили метод переработки древесины, основанный на предварительном фракционировании ее основных компонентов с последующим использованием ферментов.

Жеребов Л.П., Гордон Л.В. (1934) обнаружили, что после водной обработки различных растительных материалов при температуре 80°С в течение одного часа в остатке присутствует около 20% пентозанов от их начального содержания. При повышении температуры до 200°С степень разрушения пентозанов достигает 90-94%.

Гретлейн (Gretlein Н.Е.,1984) предлагает использовать метод автогидролиза - взрыва в качестве подготовки сырья. Процесс состоит в обработке лигноцеллюлозного сырья паром при 120-250°С и соответствующем давлении, с последующей его дефибрацией путем резкого сброса давления.

В качестве сырья Садлер (1983) и Хемингсон (1985) предлагают использовать различные виды лиственной древесины, а Деккер (1985) и Танигучи (1985) подсолнечниковую и рисовую лузгу.

Некоторые исследователи при осахаривании подготовленного сырья использовали целлюлолитические грибы, которые выращивали на лактозных смесях (Warzywoda M., Chevron F., Ferre V., 1983), или на лигноцеллюлозном сырье (Saddler J.N., Mes-Hartree M. 1984).

Арановский и Гортнер (Aranovsky S.I., Gortner R.A., 1934) установили, что вода при повышенных температурах оказывает гидролитическое воздействие. Однако, как было выявлено П.Н. Одинцовым (1936) гидролитическое воздействие воды на древесину имеет место и при

сравнительно невысоких температурах, но с предварительным использованием органических растворителей.

Арановский и Гортнер (Aranovsky S.I., Gortner R.A., 1934) провели ряд опытов, добавляя избыток осажденного карбоната кальция для нейтрализации органических кислот, но не обнаружили при этом никаких изменений в ходе реакции и выходе продукта. Однако работами других ученных, была доказана ошибочность этого мнения. Так Харис (Harric Е.Е., 1936) установил, что древесина, из которой ацетильные группы были удаленны экстракцией разбавленной щелочью, подвергалась при нагревании меньшей деструкции, чем древесина, не обработанная этим способом.

Шарков В.И. и Ефимов В. А., (1945) констатировали, что в присутствии органических кислот процесс гидролиза значительно ускоряется.

Как считают Деккер и Гретлейн (Dekker R.F 1983.; Grethlein Н.Е 1984) для обеспечения оптимизаций условий ферментативного гидролиза целлюлозы, необходимы следующие изменения свойств целлюлозы: разрыв лигно-углеводных связей с удалением основной массы лигнина; максимальное развитие поверхности и размера пор субстрата; снижение индекса кристалличности с ограничением рекристаллизации; снижение степени полимерности с высоким выходом растворимой фракции целлодекстринов; низкое содержание агентов, выводящих целлюлазы из реакционного цикла или инактивирующих ферменты другими путями.

Основными физическими методами предварительной подготовки и деструкции древесины, по мнению Леймда и др. (Lamed R., Setter Е., Kening R 1983); Клесова A.A. (1985), Синицын А.П., Ковалев Г.В. и Меса-Макреса С.Р.(1984), Шимитса и др. (Shimizu К., Ishihara М., Sudo К., 1983) и Танахаши и др. (Tanahashi М., Higuchi Т., Kobayashi Н., 1985) являются измельчение, облучение и паровой автогидролиз - взрыв. Процесс заключается в обработке древесины паром при 270° и давлении 14-60 атмосфер в присутствии химических агентов или без них. Метод позволяет в предельно

коротком цикле обработки достигнуть комбинированного воздействия на все основные компоненты растительного сырья.

Во ВНИИ пищевой биотехнологии РАСХН разработана перспективная экструзионно-гидролитическая технология с максимальной интеграцией термомеханического и биохимического процессов переработки зернового сырья на спирт в единой реакторной системе - экструдере-гидролизаторе (Степанов В.И., Иванов В.В., Поляков В.А., Римарева JI.B. Патент РФ №2264473).

На основе новых принципов физического и биохимического воздействия на зерновое сырье в единой реакторной системе разработана инновационная технология комплексной переработки зерна и жидкофазных вторичных сырьевых ресурсов спиртового производства (Степанов В.И Римарева Л.В., Иванов В.В Шариков А.Ю. Патент РФ №2382082, 2007).

Применение в спиртовом производстве ресурсосберегающих технологий, предусматривающих комплексное использование всех компонентов сырья и выработку нескольких ценных продуктов, позволяет снизить себестоимость целевого продукта и устранить имеющиеся недостатки и издержки в производстве этилового спирта (Галкина Г.В, Иларионова В.И., Куксова Е.В. и др., 2006).

Саксен, Гарг и Верма (Saxena A., Garg S.K., Verma J., 1992) предложили схему одновременного осахаривания углеводсодержащего субстрата и сбраживание его в спирт. Суть метода заключается в обработке биомассы 1,1% раствором серной кислоты при температуре 100°С в течение 10 минут, нейтрализация кислоты щелочью, внесение целлюлолитических ферментов и спиртовых дрожжей. Бэйшир и Ли (Bashir S., Lee S., 1994) предложили осуществлять гидролиз растительного сырья концентрированными кислотами (7,65%) при температуре 100°С в течение 2 часов, с последующей нейтрализацией и брожением. Технология основана на многократном гидролизе субстрата.

Астером и Канном (Asther M., Khan A.W., 1984) была предложена обработка растительной биомассы аммиаком при высоком давлении в течение 30 минут при температуре от 25 до 90°С.

Жуков Н.А, Булдакова H.JI, Грейманис А.Н (1988) отмечают возможность получения этанола с помощью парового взрыва целлюлозного комплекса.

В США предложен метод кислотного разрушения клетчатки и брожения с помощью генетически измененных микроорганизмов (Patent USA №5000000, 1991).

Изучение механизма синтеза летучих примесей, образующихся при брожении и плохо удаляемых при ректификации, имеет важное значение при разработке новых технологий получения высококачественного этилового спирта (Василенко З.В., Цед Е.А., Волкова C.B. и др., 2010)

Наряду с задачей повышения выхода спирта из зерносырья и продуктивности процесса биосинтеза важными и взаимосвязанными задачами являются получение качественного готового продукта и утилизация образующихся отходов (Кухаренко A.A., Сорокодумов С.Н., Бельчиков И.В., 2000).

Любая промышленная технология спирта, независимо от способа его производства, включает стадию очистки конечного продукта от нежелательных примесей, образующихся при его получении, а также поступающих с исходным сырьем (Холланд Ч.Д., 1969).

В настоящее время основной зерновой культурой, перерабатываемой белорусскими спиртовыми предприятиями, является рожь, доля которой по отношению к общему количеству используемого сырья составляет 95% и только 5% приходится на применение других зерновых культур. Однако при ее использовании возникает ряд технологических трудностей обусловленных особенностями химического состава данной культуры. Промышленная переработка ржи на спирт очень часто сопровождается снижением выхода

готового продукта и ухудшению его органолептических свойств (Халецкий С.П., Сороко C.B., Ковтун В.Н., 2007).

Сбраживание сусла в технологии получения спирта, является основным этапом, так как на этом этапе идет образование конечного продукта под действием ферментного комплекса и дрожжей. В процессе сбраживания, наряду с основными продуктами брожения, образуются побочные: высшие спирты, эфиры, альдегиды, кислоты и др. (Крикунова Л.Н., Пономарева М.С., Гернет М.В., 2010).

От качественного и количественного состава примесей спирта зависит качество готового продукта. На образование примесей влияет вид и качество сырья, вспомогательные материалы, условие проведение технологического процесса, в частности, способ тепловой обработки замеса, раса используемых дрожжей и связанный с ней азотный обмен (Востриков C.B., 2001).

Процесс образования примесных соединений определяется как технологическими факторами, так и специфическими особенностями используемых рас дрожжей (Крикунова Л.Н„ 2001).

Василенко З.В, Цед Е.А (2010) установили, что наиболее интенсивное образование уксусного альдегида, происходит при сбраживании пшеничного (0,00485) и просяного (0,00379) сусла. Меньше всего его накапливается при сбраживании сусла из овса голозерного (0,00132) и пленчатого (0,00186).

Как отмечает Лихтенберг Л.А. (2010) при сбраживании сусла, приготовленного из зерна, устойчивого при хранении, дрожжи образуют этиловый спирт, двуокись углерода и примеси преимущественно из аминокислот.

В работе Василенко З.В (2010) отмечено, что наиболее активный синтез сложных эфиров - производных метанола и муравьиной кислоты -метилформиата, метанола и уксусной кислоты - метилацетата наблюдается при сбраживании кукурузного сусла.

Яровенко В. Л, Мариниченко В. А и Смирновым В. А (2002) установлено, что содержание метанола и пропанола не влияет на

органолептическую оценку спирта, однако эти вещества обладают высокой токсичностью.

Шелехова Т.М., Веселовская О.В. (2010) отмечают, что примеси могут быть внесены в ходе технологического процесса с сырьем и вспомогательными материалами, или образовываться в результате химических и биохимических превращений в ходе технологических процессов, брагоректификации и хранении конечной продукции.

На основании проведенных исследований Цед Е.А и Волковой C.B. (2007) установлено, что процессы синтеза этилового спирта и его побочных примесей в значительной степени зависят от вида перерабатываемой зерновой культуры.

Переработка как новых зерновых культур, так альтернативных видов позволяет обеспечить повышенное образование этанола при одновременном снижении примесей, что дает возможность получить продукт с высокими органолептическими свойствами.

Таким образом, в результате проведенного обзора и обобщения результатов научных публикаций многочисленных авторов установлено, что топинамбур представляет собой огромный интерес как сырье для получения многих продуктов, в том числе и для производства кормового белка и этилового спирта, что обосновано богатым химическим составом как подземной, так и надземной биомассы топинамбура.

Установлено, что топинамбур является перспективным сырьем для биоконверсии. Топинамбуру посвящено множество научных работ не только в России, но и во всем мире. По своему химическому составу топинамбур не уступает другим растениям, которые используются в качестве сырья для переработки на различные конечные продукты.

Важно учитывать и тот факт, что топинамбур является легко возобновляемым источником сырья и что немало важно технологический процесс практический безотходный, так как используются и клубни и надземная часть.

Как следует из обзора литературы, на производство этанола используют различную сырьевую базу, в соответствии с которой разработано множество технологических приемов для его получения.

Также показана огромная роль дрожжей в биотехнологических производствах.

РОССИЙСКАЯ 1 ГОСУДАРСТВЕННАЯ 41 j БИБЛИОТЕКА____j

Заключение диссертации по теме «Биологические ресурсы», Джанаев, Константин Игоревич

128 Выводы:

1.Установлено, что как зеленая масса, так и клубни топинамбура сорта Скороспелка, культивируемого в РСО-Алани, представляют собой ценное сырье для биотехнологических производств, в том числе и для производства кормового белка микробного происхождения. Зеленая масса данного растения накапливает до 9,76% редуцирующих Сахаров и до 34,34% безазотистых экстрактивных веществ. В клубнях содержание редуцирующих Сахаров составляет до 11,24%, а безазотистых экстрактивных веществ -84,34%.

2.0пределено, что наиболее эффективными режимами гидролиза зеленой массы топинамбура с.Скороспелка, при котором в гидролизате накапливается наибольшее количество общего сахара, являются параметры: а) давление 1,5 атм, время выдержки 40 мин + Н3РО4, гидромодуль 2000:300, при котором концентрация Сахаров в гидролизате составляет 9,2 г/100см ; б) давление 1,5 атм, выдержка 40 мин + Н3РО4 при гидромодуле 2500:260 с накоплением Сахаров в гидролитате, равном 8,027 г/ЮОсм .

3.При гидролизе клубней топинамбура гидролизаты характеризуются значительно большим содержанием Сахаров. Наилучшие результаты получены при режимах гидролиза: а) давление 1,5 атм, выдержка 40мин + Н3Р04при гидромодуле 180:1550 с концентрацией Сахаров в гидролизате 19,5 г/100см3; б) давление 1,5 атм, выдержка 40 мин + Н3РО4 при гидромодуле 200:1500 с концентрацией Сахаров в гидролизате 19,2 г/100см .

4.Установлено, что гидролизаты из зеленой массы топинамбура с.Скороспелка являются благоприятной средой для получения кормового белка микробиологического происхождения. Наиболее активными продуцентами биомассы на данной питательной среде являются Trichosporon cutaneum ВКПМ Y-437 (25,65 г/л), Candida tropicalis ВКПМ Y-440 (29,42 г/л) и Metscnikowia pulcherrima ВКПМ Y-3151 (27,14 г/л).

5.На питательной среде из клубней топинамбура с.Скороспелка лучшими продуцентами биомассы являются дрожжи Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3415 (20,37 г/л), Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3414 (21,02 г/л), Sacharomyces cerevisiae, штамм К-7 (19,89 г/л) и Candida guffliermondii ВКПМ Y-438 (18,59 г/л).

6.Анализом химического состава биомассы, полученной на гидролизатах из клубней топинамбура при культивировании разных видов дрожжей установлено, что содержание в ней протеина колеблется от 48,21% (Sacharomyces unisporis ВКПМ Y-3416) до 52,54% (Candida parapsilosis ВКПМ Y-439).

7.Анализом биомассы, полученной при культивировании разных видов дрожжей на гидролизатах из зеленой массы топинамбура выявлено, что наименьшим содержанием протеина в биомассе отличается Sacharomyces unisporis ВКПМ Y-3416 (38,45%), а наивысшим - Candida tropicalis ВКПМ Y-440 (50,24%).

8.Рассматривая концентрацию свинца в биомассе дрожжей, выращиваемых на гидролизатах из топинамбура, установлено, что только в биомассе двух видов дрожжей: Candida tropicalis ВКПМ Y-440 и Metscnikowia pulchenima ВКПМ Y-3151 концентрация данного тяжелого металла превышает ПДК для кормовых дрожжей (ГОСТ 28179-89) и составляет 7,18 и 9,42 мг/кг соответственно. Содержание кадмия в кормовых дрожжах не должно превышать 0,3 мг/кг. Биомасса дрожжей Candida guffliermondii ВКПМ Y-438 и Metscnikowia pulchenima ВКПМ Y-3151, культивируемых на питательной среде из клубней топинамбура сорта Скороспелка соответствуют требованиям ГОСТа и содержат <0,0001 и 0,26 мг/кг кадмия соответственно.

Полученные нами данные подтверждают, что топинамбур представляет собой фитомелиорант и выносит из почвы в составе своей зеленой массы тяжелые металлы, что обосновано значительно меньшей концентрацией тяжелых металлов в клубнях.

9.Установлено, что выход биоэтанола составляет 50 миллилитров из одного килограмма зеленой массы топинамбура с.Скороспелка, что соответствует литературным данным.

Предложение производству

На основании полученных нами данных рекомендуем предприятиям биотехнологической промышленности использовать топинамбур сорта Скороспелка для производства кормового белка и биоэтанола, так как данное растение обладает высоким биоресурсным потенциалом, обеспечивающим высокую урожайность и значительный выход продукции с единицы посевной площади.

2.2.8. Заключение

Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в топливо, кормовые и пищевые продукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленности рассматривается в настоящее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии.

Одно из направлений этой отрасли предусматривает способы превращения непищевого сырья, с помощью гидролиза, в сырье для дальнейшего производства тех или иных продуктов.

Гидролизное превращение целлюлозы перспективно, так как сырьевые ресурсы углеводов из целлюлозы огромны и постоянно возобновляются.

На практике, широко распространена технология химической конверсии, которая предполагает превращение целлюлозы в сахаристые вещества.

Технология химической конверсии предполагает гидролиз целлюлозосодержащих материалов разбавленными и концентрированными кислотами при температуре 150-180 °С и при избыточном давлении 1,5 - 2,0 атмосферы.

Недостатком процесса гидролиза растительного сырья является образование отхода, в частности лигнина, но при соблюдении технологической последовательности и режимов гидролиза лигнин легко удаляется фильтрованием.

Биоконверсиию растительного сырья, путем кислотного гидролиза, рационально использовать для извлечения труднодоступных Сахаров, которые невозможно извлечь традиционными технологиями переработки растительного сырья с использованием ферментов.

На данный момент одним из наиболее подходящих и легкодоступных углеводсодержащих источников сырья для гидролиза является биомасса топинамбура.

Проведенные нами установлено, что ценность представляют и клубни и зеленная масса топинамбура, химический состав которых свидетельствует о целесообразности переработки зеленой массы и клубней топинамбура, в частности, на спирт и с целью получения кормового белка.

По химическому составу зеленная биомасса топинамбура характеризуется высоким содержанием полисахаридов, таких как лигнин, клетчатка и несколько меньшим содержанием гемицеллюлоз. Это говорит о том, что в процессе гидролиза с использованием кислот мы получаем питательную среду, богатую сахарами.

Клубни топинамбура характеризуются высоким содержанием инулина, который широко применяется в различных отраслях.

В ходе исследования нами был изучен химический состав зеленой биомассы топинамбура сорта Скороспелка в трех фазах развития растения: стеблевания, бутонизации и полного цветения. Также изучен химический состав клубней данного растения.

Исходя из полученных результатов, была разработана технология биоконверсии путем кислотного гидролиза паром под давлением, с применением ортофосфорной кислоты.

При использовании данной технологии удалось получить удовлетворяющие нас результаты: при гидролизе зеленой биомассы при гидромодуле 2000:300 содержание общего сахара составило 9,2%, сахарозы. При гидролизе клубней содержание общего сахара в гидролизате при гидромодуле 180:1,550 содержание общего сахара составило 19,5%.

Полученные гидролизаты в последующем использовались для культивирования дрожжей, с целью получения микробной биомассы и для производства биоэтанола.

При культивировании дрожжей использовалось десять различных штаммов: селекции НИИ биотехнологии Горского ГАУ: Metscnikowia pulcherrima ВКПМ У - 3151, Sacharomyces cerevisiae ВКПМ У - 3414, Sacharomyces cerevisiae ВКПМ У - 3415, Sacharomyces unisporis ВКПМ У - 3416 и Rhodotorula glutmis ВКПМ У -3469 и селекции Института микробиологии АН Казахстана: Trichosporon cutaneum ВКПМ У - 437, Candida guilliermondii ВКПМ У - 438, Candida parapsilosis ВКПМ У - 439 и Candida tropicalis ВКПМ У - 440, также спиртовые дрожжи Sacharomyces cerevisiae, штамм К-7, широко используемый при производстве этанола многими спиртовыми заводами.

Наиболее высоким выходом микробной биомассы на питательной среде из зеленной массы отличается штамм селекции института микробиологии АН Казахстана Candida tropicalis ВКПМ У- 440. В среднем выход биомассы составил 29,42г/л.

Штамм Metscnikowia pulcherrima ВКПМ У-3151 селекции НИИ биотехнологии Горского ГАУ по выходу биомассы не уступает предыдущему штамму, обеспечивая выход биомассы, равный 27,14 г/л.

Следует отметить штаммы Sacharomyces cerevisiae ВКПМ У-3414, Sacharomyces cerevisiae ВКПМ У- 415 и Rhodotorula glutinis ВКПМ У-3469 также селекции НИИ биотехнологии Горского ГАУ, которые тоже являются перспективными продуцентами кормового белка, обеспечивая выход биомассы, равный 21,15; 20,24 и 22,44 г/л.

Штаммы Trichosporon cutaneum ВКПМ У-437, Candida guilliermondii ВКПМ У- 438 и Candida parapsilosis ВКПМ У-439 селекции института микробиологии АН Казахстана в среднем накапливают биомассы 25,65; 23,19 и 21,36 г/л.

При культивировании на питательной среде из клубней топинамбура способными накапливать максимальное количество биомассы оказались дрожжи селекции НИИ биотехнологии Горского ГАУ Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3414 - среднем выход биомассы составил 21,01 г/л и Sacharomyces cerevisiae ВКПМ Y - 3415 - с выходом биомассы 20,37 г/л.

Дрожжи селекции института микробиологии АН Казахстана Trichosporon cutaneum ВКПМ Y - 437, Candida guilliermondii ВКПМ Y -438, Candida parapsilosis ВКПМ Y - 439 и Candida tropicalis ВКПМ Y -440 обеспечили выход биомассы, равный 17,43; 18,59; 18,52 и 17,61г/л соответственно.

В результате изучения химического состава биомассы выращиваемых на гидролизатах топинамбура видов и штаммов дрожжей, установлено высокое содержание в ней питательных веществ, в том числе и протеина, среднее содержание которого в биомассе составляет более 50%.

Установлена высокая рентабельность производства этилового спирта из биомассы топинамбура при выходе спирта 50 - 80 мл с 1 кг клубней и зеленой массы.

Таким образом, в результате проведенных нами исследований установлено, что топинамбур сорта Скороспелка представляет собой высококачественное сырье для производства кормового белка и биоэтанола.

Также выявлено, что по своей продуктивности при синтезе кормового белка дрожжи селекции НИИ биотехнологии проявили себя как активные, высокопродуктивные продуценты, как кормового белка, так и биоэтанола.

Выявлено, что биомасса дрожжей, культивируемых на гидролизатах из клубней топинамбура, в своем составе содержат значительно меньшие концентрации тяжелых металлов. Чем при культивировании на гидролизатах из зеленой массы. Этим подтверждается мнение ряда авторов, считающих топинамбур фитомелиорантом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Джанаев, Константин Игоревич, 2012 год

Список использованной литературы.

1. А. С. N - 486044. Штамм Rizopus pugmaues - продуцент глюкоамилазы / Панкратов А.Я, Григоров В.С, Сванидзе С.К. Заявка №1992087 с приоритетом от 25.01.1974, опубликовано 30.09.1975. Бюл. №36.

2. Абелян В .А, Манукян Л.С - ACSU1607391,1988.

3. Абелян В .А, Манукян Л.С - ACSU1683324,1989.

4. Алексинян Е.З. Прикладная биохимия, микробиология // Т. 22, № 2 - 1986 -С.163-176.

5. Алимов Т. Что такое биогаз. / Алимов Т // «Известия» от 1984. - С.4-5.

6. Андреев A.A. Производство кормовых дрожжей. / Андреев А.А, Брызгалов Л.И // М.: -1986 - С.27.

7. Андреев Ю.М «Овощеводство» Учебник для начального профессионального образования // М.: ПрофОбрИздат, 2002. - С.256

8. Антонян Л.Г. «Использование метанового брожения для переработки и утилизации отходов топинамбура» / Антонян Л.Г, Балаян А.М, Африкян Э.Г, 2005.

9. Бабьева И.П. «Методы выделения идентификации дрожжей». / Бабьева И.П, Голубев В.И // Пищевая промышленность, Москва -1979. - С.11-12.

10. Бабьева И.П. Биология дрожжей. / Бабьева И.П., Чернов И.Ю // Товарищество научных изданий. М,- КМК - 2004.

И.Багаутдинова Р.И. Углеводный обмен у топинамбура. / Багаутдинова Р.И, Федосеева Г.П // Сборник трудов «Инновационные технологии и продукты», Новосибирск, -1998. - С.84.

12. Барта Й. «Технология производства кристаллической фруктозы» Пищевая и перерабатывающая промышленность. 1986. - №12

13.Бекер М.Е. «Введение в биотехнологию». / Бекер М.Е // Пищевая промышленность, М.: - 1978. - С.52.

14.Бекер МБ. «Трансформация продуктов фотосинтеза». / Бекер М.Е // Рига -1984.

15.Бекер М.Н. «Жури Всесоюзного общества химиков им. Д.И Менделеева». / Бекер М.Н, Бекер В.Ф // Т.37 - №6 -1982. - С.57-60.

16.Биогаз - 85. Проблемы и решения. Материал Российско-Финского симпозиума. М, -1985. - С.9Д 1. Институт биохимии, ЮНЕСКО.

17.Бирюков В.В «Основы промышленной биотехнологии». / Бирюков В.В // М.: «Колос». - 2004. - С.161-162.

18.Бобровник Л.Г. Углеводы в пищевой промышленности. / Бобровник Л.Г, ЛезенкоГ.А. Киев. Изд. «Урожай» 1991

19. Варламова К.А. Топинамбур в кормопроизводстве юга Украины. / Варламова К.А, Приходько Е.А, Кошелев В.И // Материалы 1-ой Международной научно-практической конференции «Растительные ресурсы для здоровья человека (возделывание переработка, маркетинг)» М. - Сергеев-Посад, - 2002. - С.431 - 435.

20. Варламов Г.П.. «Технология и оборудование для переработки клубней топинамбура на порошок» / Варламов Г.П, Долгошеев А.М // Тракторы и сельхоз машины. №5 - 1999. - С.20

21.Василенко З.В. «Влияние видовых особенностей зерновых культур на выход и качество пищевого этилового спирта. / Василенко З.В, Цед Е.А // «Могилевский государственный университет продовольствия». Производство спирта и ликероводочных изделий. №1. 2010. - С.27-28.

22. Василенко З.В. «Влияние видовых особенностей зерновых культур на выход спирта. / Василенко З.В, Цед Е.А, Волкова С.В, Колпакова В.В, Мыслицкая А.Н // Журнал «Технология спирта и ликероводочных изделий». №1. - 2010. -С.26.

23.Василенко З.В. Влияние видовых особенностей зерновых культур на выход и качество этилового спирта. / Василенко З.В, Цед Е.А, Волкова С.В,

Колпакова В.В, Мыслицкая А.Н // Производство спирта и ликероводочных изделий.- №1. - 2010. - С.26.

24.Василенко З.В. Влияние видовых особенностей зерновой культуры на выход и качество пищевого этилового спирта. / Василенко З.В, Цед Е.А, Волкова С.В, Колпакова В.В, Мыслицкая А.Н // «Могилевский государственный университет продовольствия». - №1. - 2010. - С.27.

25.Вечер А.С, Корабаева Г.Я, Куликова А.Н. // Вестник АН БССР, сер. Биология. - №3. -1967. - С.87-90.

26. Володько А.Е. Мясная и молочная промышленность // Т. 1.-1947. - С. 11.

27. Воробьева Г.И. Интенсификация производства спирта на основе применения композиционных биологических стимуляторов. / Воробьева Г.И, Глухих С.А, Максимова Г.Н, Римарева Л.В // №2. - 2003. - С. 14-15.

28.Востриков C.B. Влияние температуры на образование побочных продуктов при сбраживании осветленного зернового сусла / Востриков С.В, Губрий Г.Г, Горшков Е.А. // Известия вузов. Пищевая технология, №1. 2001. - С.36-38.

29.Галеев P.P. Пути повышения продуктивности и качества топинамбура. / Галеев Р.Р, Варламова В.H // Тезисы докладов третьей Всесоюзной научно-производственной конференции «Топинамбур и топинсолнечник -проблемы возделывания и использования». Одесса, 1991. С - 38.

30.Галкина Г.В. Спиртовая и ликероводочная промышленность / Илларионова В .И, Куксова Е.В, Волкова Г.С, Горбатова Е.В // 2006. - С.5

31.Глик Б. Молекулярная биотехнология./ Глик Б, Пастернак Д.Ж II - 2-е издание. М.: Мир. - 2002. - С.27.

32.Голубев В.Н. Топинамбур. Состав, свойства, способы переработки, области применения. / Голубев В.Н, Волкова И.В, Кушлаков Х.М // М.: 1995. - С.21.

33.Голубев В.Н. Хранение и переработка с/х сырья. / Голубев В.Н, Пасько Н.М, Вожова И.В // №5,1995. - С.41-46.

34. Голубев В.Н., Вожова. Топинамбур. Состав, свойства, способы переработки, область применения. / Голубев В.Н, Вожова И.В, Кумалаков Х.М//М.: -1995.-С.11.

35.Градова Н.Б. Теория и практика непрерывного культивирования. / Градова Н.Б // «Всесоюзный научный институт биосинтеза бежовых веществ» - М, -1980.-С.91.

36. Градова Н.Б. Прикладная биохимия. Микробиология. / Градова Н.Б, Давидова Е.Г, Вожова ЛВ // -1984. - Т.20. - №4. - С.503.

37.Григоров B.C. Исследование свойств глюкоамилазы термотолерантного штамма Rizopus pugmaues Р / Григоров В.С, Жеребцов Н.А, Щеголев В.В // Микробиологическая промышленность. №1. -1982. - С.37-39.

38.Григоров B.C. «Использование ферментного препарата «Глюкопигмаусин» при производстве этанола» / Григоров В.С, Шуваева Г.П // «Воронежская государственная технологическая академия». Производство спирта и ликероводочных изделий. №1. - 2010. - С.14.

39.Гринь В.П. Редкостные овощные и пряные культуры. Гринь В.П, Кузнецова С.В. Киев. «Урожай» 1991.

40. Губанова И.A. «Heliantus tuberosus - подсолнечник клубненосный или топинамбур» / Губанова И.А, Киселева К.В, Новиков В.С, Тихомиров В.Н // Иллюстрированный определитель растений. В 3-х томах. М.: т-во науч. изд. КМК, Институт технологических исследований, 2004. - С.405.

41. Гусев М.В. «Микробиология»/ Гусев М.В, Минеева Л.А // М,- 2003. - С.223.

42. Гусева Т.Н. Использование дрожжевой подкормки «Ист Лайф Экстра» в спиртовом производстве / Гусева Т.Н, Калинина О.А, Мартыненко Н.Н // -№3. - 2004. - С.15-16.

43.Гуцал А.И. Влияние удобрений на формирование урожая и его качество // Тезисы докладов пятой межрегиональной межотраслевой научно-производственной конференции «Топинамбур и топиподсолнечник -проблемы возделывания и использования» Тверь, 1993. - С. 24-25.

44.Долгошев А.М. Механизация возделывания уборки и переработки топинамбура. /Долгошев А.М // М, - 2000. - С.261.

45.Дорошев А.К. «Производство спиртных напитков». / Дорош А.К, Лисенко В.С//-Киев-1995.-С.111.

46.Дорошев А.К. Производство спиртных напитков / Дорошев А.К, Лысенко

B.С//Киев-1995.-С.33-41.

47. Дубнов А.И, Хрычева А.И. / ЦНИИТЭИпищепром, -1983. - С.З.

48.Егоров Н.С «Руководство к практическим занятиям по микробиологи» // М.: 1995. - С.48-50.

49.Емелина Т.Н. Химия растительного сырья. / Емелина Т.Н, Рязанова Т.В, Чипрова Н.А // №2,2002. - С.117-119.

50.Еремин Г.Е. Труды ВНИИМС. / Еремин Г.Е, Мешкова Н.М // М.- 1981. -

C.55-58.

51. Еремин Г.Е. Труды. ВНИИМС. / Еремин Г.Е, Орлова О.П, Мешкова Н.Н // М. - «пищевая промышленность»,- вып. 31.1979. - С.18-21 и 22-24.

52. Ермакова А.И «Методы биохимических исследований растений» // «Колос», 1972-С.181 -184.

53.Жеребов Л.П. Получение фурфурола из древесины / Жеребов Л.П, Гордон Л.В // ТР. Центр научно-исследовательского лесохимического института. -Вып №3, - 1934. - С.41-70.

54. Жеребцов Н.А. Влияние условий культивирования на синтез инвертазы дрожжами ИиууеготусеБ татапш. / Жеребцов Н.А, Корнеева О.С, Мальцева Т.В // Воронежская государственная технологическая академия, №1. - 2003. - С.63-64.

55. Жизнь растений. Энциклопедия в шести томах. Том 2. Грибы. Изд. Просвещение, 1976.-С.480.

56. Жуков Н.А. Конверсия растительного сырья при размоле в среде водяного пара. / Жуков Н.А, Булдакова Н.Л, Грейманис А.Н // «Химия древесины». -1988. - С.56-60.

57.3абродский А.Г. Использование меласной барды в биотехнологии. ВНИИ новых видов пищевых продуктов и добавок. / Забродский А.Г // Киев.-«Биология». Т.5. - №3. - 1989. - С.4.

58. Забродский А.Г. Ферментативная и спиртовая промышленность. / Забродский А.Г, Осовик А.Н, Пщеварская В.И // №3. - 1976. - С.6-8.

59.3ахаренко Т.С. Технология производства высркокачественных концентрированных продуктов направленного действия на основе нетрадиционных видов растительного сырья. / Захаренко Т.С, Потапова Е.М // Тезисы докладов V межрегионной межотраслевой научно-производственной конференции «Топинамбур и тописолнечник - проблемы возделывания и использования» - Тверь, - 1993. - С.36.

бО.Зеленков В.Н. Изучение иммуномодулирующей активности препарата Топике в экспериментах in vitro./ Зеленков В.Н, Богидаев С.В // Тезисы докладов Четвертой межрегиональной научно-производственной конференции «Проблемы возделывания и использования топинамбура и топинсолнечника», Воронеж, - 1992. - С.9-10.

61. Зимин B.C. Экономическая эффективность механизации возделывания и перерабтки топинамбура // Автореф. дис. Кэн. М.: ВНИИГИМ, - 1997.

62.3лашко М.В. Продукты микробного синтеза на торфяных субстратах. // Минск: - Наука и техника, -1978. - С.С.234.

бЗ.Злашко М.В. Микробный синтез на молочной сыворотке. / Злашко М.В, Злашко JI.C // Минск, 1967. - С. 51.

64.Имшеницкий A.A. Микробиология целлюлозы // М., 1953 - С. 145

65.Исламмагомедова Э.А. Влияние минеральных веществ на физиологические функции дрожжей Saccharomycec cerevisiae. // Хранение и переработка сельхозсырья, №7, - 2008. - С.59-61.

66.Калочи И. Интенсивное возделывание топинамбура и использование его в спиртовой промышленности./ Калочи И, Фазенаш М, Вене Ш, Храплин Д // Междунар. агропром. Журнал. №1. - 1989.

67.Калужина О.Ю. «Обработка спиртового сусла озоном и его влияние на процесс дрожегенерирования» / Калужина О.Ю, Зайнулин Р.А, Кулакова Р.В. // Производство спирта и ликероводочных изделий. - №2. - 2010. -С.25.

68.Катанаева А.А. Способы получения фермента (3 - фруктофуроназидазы и его применение./ Катанаева А.А, Байер Н.И // М.: ЦНТИП - Пищепрома, 1966.-С.45.

69.Каткевич Ю.Ю. Тез. доклад второго научного семинара: Превращение древесины при энзиматическом и микробиологическом воздействиях. / Каткевич Ю.Ю, Громов В.С, Вевере П.Я // Рига. -1985. - С.5-13.

70. Качмазов Г.С. Дрожжи бродильных производств. Методы. Практическое руководство // Владикавказ. - 2010. - С.18.

71.Кахана Б.М. Биохимия топинамбура. Кахана Б.М, Арасимович В.В Кишинев. 1974.-С.79

72.Клесов А.А // Прикладная биохимия. Микробиология. - 1985. - Т. 21. - №2 -С.269-284.

73.Кольцова Е.В. «Проблемы сырьевого обеспечения микробиологических производств. Обзор. - М.: ВНИИСЭНТИ, 1986. - С.32.

74. Кондратьева Л.М. Штормовые выбросы морских водорослей и трав как сырье для биоконверсии. / Кондратьева Л.М, Гаретова Л.А // Биотехнология. - Т.5, №1. - 1989. - С.78.

75.Костенко В.Г, Гусарова Л.А, Румянцева В.А. Сборник трудов ВНИИ гидролиз. Выпуск № 31. - 1983. - С.86.

76.Костенко В.Г. Гидролизное производство. / Костенко В.Г, Левитин Б.М // №6.-1972- С.13.

77.Костенко В.Г, Румянцева В.А. // Прикладная химия. Т.53. - №6. - 1980 -С.370.

78.Котенко С.Н, Халилова Э.А, Исламмагомедова Э.А. / Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ, РАН, г. Махачкала. Патент №

2084519, 2151795, 2188232. 2008 - Использование геотермальной воды фенольного класса в технологии синтеза этанола.

79. Кочнев Н.К. Топинамбур биоэнергетическая культура 21 века. / Кочнев Н.К, Плахотников А.В, Сутурин А.Н // Киев, Иркутск, издательство полиграф книга. 1990. - С. 12

80. Кочнев Н.К. Переработка зеленой массы топинамбура на целлюлозу. / Кочнев Н.К, Московцев Н.Г // Тезисы докладов Ш Всесоюзной научно-производственной конференции «Топинамбур и тописолнечник - проблемы возделывания и использования». Одесса, -1991. - С.116.

81.Краутер A.A.. Приемы и методы возделывания топинсолничника в Северном Казахстане. / Краутер A.A., Соловьева В.Г // Тезисы докладов Пятой межрегиональной межотраслевой научно-производственной конференции «Топинамбур и топи подсол нечни к - проблемы возделывания и использования» - Тверь, -1993. - С.28-29.

82.Крикунова JI.H. Энерго - и ресурсосберегающая технология этанола из топинамбура. Характеристика показателей качества бражки. / Крикунова JI.H, Крикунова М.М // Хранение сельсхозсырья. 2001. - №4, С.48-50.

83.Крикунова JI.H. Исследование процесса сбраживания осветленного сусла из топинамбура. / Крикунова JI.H, Пономарева М.С // МГУ пищевых производств // Производство спирта и ликероводочных изделий, №3, 2010-С. 12.

84. Крикунова JI.H. «Способ производства засевных дрожжей для сбраживания осветленного сусла из топинамбура». / Крикунова JI.H, Пономарева М.С, Шабурова JI.H // Московский государственный университет пищевых производств, №1,2010. - С.12.

85.Крикунова JI.H. Новое нетрадиционное сырье для спиртовой отрасли. / Крикунова JI.H, Сидякин М.Э Московский государственный университетпищевых производств // Производство спирта и ликероводочных изделий, №1,2011. - С.10-11.

86.Кузнецов В.М.. Биотехнология. Влияние условий паровой обработки древесины березы на ее ферментативное осахаривание. / Кузнецов В.М, Чурилова И.В, Петрушко Г.М, Карачун Е.Ю, Сигунова Е.Б // НПО Гидролизпром. Ленинград №2,1990. - С.43.

87.Кухаренко А.А. «Безотходная технология этилового спирта» / Кухаренко А.А, Винаров А.Ю // М.: Энергоатомиздат. 2001. - С. 5.

88. Кухаренко А. А. «Интенсификация микробиологического процесса получения этанола из крахмал - и целлюлозосодержащего сырья» / Кухаренко А.А, Винаров А.Ю, СидоренкоТ.Е, Бояринов А.И // М.: 1999. -С.93.

89. Кухаренко А.А. Экологические проблемы получения этилового спирта / Кухаренко А.А, Сорокодумов С.Н, Бельчиков И.В // Пищевая промышленность. №8,2000. - С.23-25.

90. Лебедев А.Т, Ершов И.И, Бунин М.С. Ваш огород. Изд. «Колос», 1994.

91.Лебенев В.П. Комплексная переработка зерна - эффективный путь повышения рентабельности спиртового производства: состояние и перспективы развития биотехнологических процессов в пищевой промышленности //М.: пищевая промышленность, 2001- С.61-65.

92. Липицкая Н.В, Дубнов А.И. - М.: ЦНИИТЭИпищепром. 1981.

93. Лихтенберг Л.А. Влияние качества сырья на технологию спирта // №1,2010. -С. 10.

94.Лобанок А.Г. «Микробный синтез на основе целлюлозы» Лобанок А.Г, Бабицкая В.Г, Богдановская Ж.Н // Минск. «Наука и техника» 1988. - С.80-81.

95. Логинова Л.Г. «Микробиология» / Логинова Л.Г, Головачева Р.С, Егорова Л.А // т.35, №5, -1966. - С.796 - 799.

96.Лукерченко В.Н. Активация роста дрожжей в производстве спирта. Пищевая промышленность. №10,2000. - С. 77.

97.Мамыкин В.К. «Использование ферментативных систем препарата целлюлазы для биоконверсии растительного сырья». / Мамыкин В.К, Мазур Н.С, Бершова Т.М // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья, №5,-1998.-С.56.

98.Мариниченко В.А. Технология спирта из мелассы / Мариниченко В.А, Метюшев Б.Д, Швец В.Н И Киев. -1975. - С. 126-127.

99. Матвеевская Н.И. Труды ВНИИМС. / Матвеевская Н.И, Кравченко Э.Ф, Громова Т.М. - М.6 -1978. - Вып - 26.

100. Материалы Всесоюзной научно - практической конференции. «Совершенствование природоохранной работы в народном хозяйстве». Тбилиси / под редакцией Хачатурова Т.С, М., 1985. - сс. 17-19,180-184,194195,203-204.

101. Межиня Г.Р. Битехнология белковых препаратов для кормопроизводства. / Межиня Г.Р, Кристансоне М.Ж, Калныня Д.Э // М.: 1982.-С.91-92.

102. Меркурьева Е.К. Генетика с основами биометрии // Москва, - Высшая школа,-1970.-С.382

103. Минкевич И.Г. Успехи современной биологии. / Минкевич И.Г, Ерошин В .К // Т.82, №1,1976. - С.103-116.

104. Мирошниченко И.И. «Технология производства углеводно-белкового концентрата и перспективы его использования»./ Мирошниченко ИИ, Студенцова Н.А, Скляров В.Я // Пищевые технологии, №2 - 3 -1998. - С.53-54.

105. Неверова O.A. «Пищевая биотехнология продуктов из сырья растительного происхождения» / Неверова О.А, Гореликова Г.А, Позняковский В.М // Новосибирск: сибирский университет, 2007. - С. 190191 и 194.

106. Немировский, В.Д. Химия древесины / В.Д. Немировский, Я.Д. Рахмилевич.- 1986. - С. 157

107. Новоселова Г.Н. Новые пищевые продукты из топинамбура./ Новоселова Г.Н., Марина Н.В.// Материалы второго международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования». Пущино, 1997. - С.872.

108. Огарков В.И. «Автогидролиз взрыв растительного сырья» / Огарков

B.И, Киселев О.И, Пршценко Ю.Е, Погорелый П.А, Грудинин М.И, Клкжанов А.В, Лебский В.К, Могутов М.А // Биотехнология ВНИИ биотехнологии, Москва 113545 1990. - С.66.

109. Одинцов П.Н. Сравнительное изучение лигнина в древесине. Лесохимическая промышленность, №10,1936г, с. 16-21.

110. Олешко B.C. Биотехнология. / Олешко В.С, Стахеев И.В, Батурина Т.Я. //1986. - С.24-28.

111. Паршина С.Н. Прикладная биохимия. / Паршина С.Н, Стеркин В.Э, Гулько М.А//Микробиология. Т. 19, выпуск 1, С.929.

112. Олоничева Р.В. Аминокислотная питательность клубней топинамбура. / Олоничева Р.В, Прокопенко Л.С // Тезисы докладов IV межрегионной научно-производственной конференции «Проблемы возделывания и использования топинамбура и тописолнечника». Воронеж, -1992.-С.54.

113. Павловская Н. Биоконверсия отходов растительного и животного происхождения // ОРЦСХБ, - 2011. - С.43.

114. Павловская Н. Биоконверсия растительного и животного происхождения для получения биогаза и биоэтанола // ОРЦСХБ, 2011. -

C.17-21.

115. Пасько Н.М «Топинамбур - кормовое, техническое и пищевое растение». // Охрана природы Адыгеи, - №3- 1987. - С.72-75.

116. Пасько Н.М. Работа с топинамбуром на Майкопской опытной станции ВИР // Тезисы докладов 5-ой межрегиональной межотраслевой

научно-производственной конференции «Топинамбур и тописолнечник -проблемы возделывания и использования». Тверь, 1993. - С. 16 - 17.

117. Патент РФ № 2264473 «Способ получения гидролизата из крахмалсодержащего сырья и установка для его осуществления» Степанов

B.И, Иванов В.В, Поляков В.А, Римарева JI.B.

118. Патент РФ № 2382082 «Способ получения гидролизата из крахмалсодержащего сырья» Степанов В.И, Иванов В.В, Шариков А.Ю, Поляков В.А, Римарева JT.B.

119. Патент №1283100, Канада, 1991.

120. Патент РФ №2329302. Способ сбраживания меласного сусла. Абрамов Ш.А., Халилова Э.А. Б.И. №20,2008г.

121. Патент РФ 2144081,10.01.2002г, БИ №1.

122. Пащенко Л.П. О пищевой ценности осахаренных гидролизатов из мезги топинамбура./ Пащенко Л.П., Мустафаев P.M. // Тезисы докладов Ш Всесоюзной научно-производственной конференции «Топинамбур и тописолнечник - проблемы возделывания и использования». Одесса,-1991.-

C. 107.

123. Первая международная конференция «Грейтек». // Национальная биотопливная ассоциация. Москва, Ц.М.Т, 26-27 ноября 2009.

124. Первозванский В.В. «Бродильная промышленность» / Первозванский В.В., Чельцова Ю.С // №3, -1933. - С.7-12.

125. Печурин Н.С. Изучение условий роста и развития смешанной культуры дрожжей на субстрате из бурого угля./ Печурин Н.С, Попова Л.Ю, Тушкова Г.И // Институт биофизики сибирской академии. Крсноярск, №5. -1990. - С.41-42.

126. Покровский A.A. О возможных путях использования аминокислот в медицине и питании. //Аминокислоты. Производство и применение. М.: ОНТИ, ВНИИсинтезбелок, 1965. - С.71.

127. Поляков В.А. О перспективе развития спиртовой отрасли. / Поляков

B.А., Римарев JI.B // М.: 2010. - С.4.

128. Попова Л.Ю. Управляемое культивирование микроорганизмов / Попова Л.Ю, Тушкова Г.И, Фуряева А.В // Тезисы доклады всесоюзной конференции - Пущино, 1986. - С. 127.

129. Попова В.А. Гидролизное производство. / Попова В.А., Петрейкова М.М//№1,1979.-С.15.

130. Попова Л.Ю. Биотехнология. / Попова Л.Ю, Шендеров А.Н // 1988. -

C. 110.

131. Приказ Росалкогольрегулирование №18н, Роспотребнадзора №726 от 09.12.2009 « О перечне пищевого и непищевого сырья, используемого для производства этилового спирта, в том числе денатурата. Зарегистрировано в Минюсте РФ. 15.01.2010.-№15991.

132. Природа и ресурсы» ЮНЕСКО, №2,1984г, с.8-9.

133. Прокопенко Л.С. Аминокислотный состав зеленой массы топинамбура и возможность использования для производства белковых добавок из мезофильных тканей листьев. / Прокопенко Л.С, Олоничева Р.В // Тезисы докладов третьей Всесоюзной научно-производственной конференции «Топинамбур и тописолнечник - проблемы возделывания и использования», Одесса, -1991. - С.62-66.

134. Прокопенко Л.С. Аминокислотная питательность листьев топинамбура и возможность использования ее для производства белковых добавок. \ Прокопенко Л.С, Олоничева Р.В, Келивник А.И // Тезисы докладов IV межрегионной научно-производственной конференции «Проблемы возделывания и использования топинамбура и тописолнечника». Воронеж,-1992. - С.57.

135. Пустовой В.Ф. Перспективы использования топинамбура в кормлении лошадей. / Пустовой В.Ф // Материалы 1-ой Международной научно-практической конференции «Растительные ресурсы для здоровья

человека (возделывание переработка, маркетинг)» М. - Сергеев-Посад, -2002.-С.50-51.

136. Рейнгарт Э.С. «Топинамбур - выращивание, уборка, получение биоэтанола». / Рейнгарт Э.С, Кочнев Н.К // Журнал «сельский механизатор» №11,2008. - С.45-47.

137. Римарева JI.B. Повышение эффективности биотехнологических процессов спиртового производства. // Производство спирта и ликероводочных изделий. №4,2003. - С.13-18.

138. Римарева JI.B. Теоретические и практические основы ферментного катализа полимеров зернового сырья в спиртовом производстве. / Римарева JI.B, Оверченко М.Б, Игнатова Н.И, Абрамова И.М // Производство спирта и ликероводочных изделий. №3,2003. - С.4-9.

139. Ротмистров М.Н. «Микробиология» // Т.8, №1, -1939. - С.56 - 63.

140. Селиванов A.C. Малоотходная технология биоконверсии растительного сырья: // Автореферат диссертации канд. тех. наук. М., 1992. -С.27.

141. Синицин А.П. // Химия древесины / Синицин А.П, Ковалев Г.В, Meca - Макреса С.Р. и др. - №5, -1984. - С.60-71.

142. Скоблина В. «Топинамбур» // изд. Армада-пресс, - 2001. - С.З.

143. Славяновский А.К. «Химическая технология древесины» / Славяновский А.К., Шарков В.И., Ливеровский A.A., Буевской A.B., Медников Ф.А., Лямин В.А // Москва, гослесбумиздат, 1962. - С.82-84

144. Соловьев В.Н. Интенсификация технологических процессов и охрана окружающей среды при производстве кормовых дрожжей. / Соловьев В.Н, Ксенофонтов Б.С // Обзор. - М.: ВНИИСЭНТИ, 1986.1989. - С.ЗЗ.

145. Степанов В.И. «Метод переработки крахмалсодержащего сырья при олучении концентрированного зернового сусла». / Степанов В.И, Римарева Л.В, Иванов В.В, Шариков А.Ю // Производство спирта и ликероводочных изделий. №3,2007. - С.16-17.

146. Тоичкина A.B. Методические указания к практическим занятиям по зоотехническому анализу / Тоичкина А.В, Зинченко Л.И // «Ленинград» - 1985. - С. 17-30, 31-34.

147. Усанова З.И. Влияние биогумуса на продуктивность топинамбура. / Усанова З.И, Осербаев А.К // Тезисы докладов Пятой межрегиональной межотраслевой научно- производственной конференции «Топинамбур и топиподсолнечник - проблемы возделывания и использования» Тверь, 1993. -С.21-22.

148. Устиненко Г.В «Земляная груша» // М.: «Сельхозгиз», 1960. - С. 101.

149. Фараджева Е.Д. «Производство хлебопекарных дрожжей». / Фараджева Е.Д, Болотов H.A. // Практическое руководство: изд. Профессия, Санкт - Петербург, 2002. - С.28-29.

150. Халецкий С.П. Технология получения высокой урожайности овса. / Сороко С.В, Ковтун В.Н, Сороко Л.И // Сборник научных материалов. Современные ресурсосберегающие технологии производства растеневодческой продукции в Белоруссии. Минск, 2007. - С.158-164.

151. Хачатуров Т.С. Экономика природопользования // М.: Экономика, 1983.-С.198-253.

152. Ходарев A.A. Тверской с.-х. институт участник V межрегионной научно-производственной конференции по топинамбуру. // Тезисы докладов V межрегионной межотраслевой научно-производственной конференции «Топинамбур и тописолнечник - проблемы возделывания и использования». Тверь, -1993. - С.З.

153. Холланд Ч.Д. Многокомпонентная ректификация. / Под ред. Платонова В.М. // М.: Химия, 1969. - С.3-9.

154. Цед Е.А. Влияние режимов разваривания на формирование спиртового сусла из зернового сырья белорусской селекции. / Цед Е.А, Волкова С.В, Королева Л.М, Яромич Л.П, Халецкий С.П // Известия вузов. Пищевая промышленность. №4,2007. - С.70-71.

155. Чепурной И. П. Проблемы создания инновационного производства по переработки топинамбура для выработки лечебно-профилактических препаратов и пищевых продуктов // Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты: Сборник научных трудов. Вып. 5. -М.: Изд-во РАЕН, 2001. - С.93.

156. Чичкин А.А. Энерго - экологические и экономические аспекты замены нефтяного топлива на биотопливо // Биология, Том №4, - 1988. -С.513.

157. Чупаченко О. Топинамбур - топливо и лекарство // Мониторинг СМИ, министермтва с/х. 2008. - С.6-7.

158. Шабурова JI.H Микробиологические характеристики сырья спиртового производства. / Шабурова JI.H, Сидякин М.Э, Крикунова А.Н Московский государственный университет пищевых производств // Производство спирта и ликероводочных изделий. №3,2010. - С.24.

159. Шаин С.С. «Топинамбур: новый путь к здоровью и красоте» // 2000. -С.128

160. Шарков В.И. Гидролизное производство // Т.1 Москва, Гослесхозиздат, 1945. - С.287.

161. Шарков В.Н. «Технология гидролизных производств» / Шарков В.Н, Сапотницкий С.А, Дмитриев О.А // М.: Лесная промышленность, 1973. -Сю267.

162. Шатурова Л.Н. Микробиологические характеристики сырья спиртового производства. / Шатурова Л.Н, Сидякин М.Э, Крикунова Л.Н.Журнал «Производство спирта и ликероводочных изделий» // №3,2010. -С.4.

163. Швецова В.М. Формирование урожая наземной массы и клубней топинамбура в условиях северо-востока Европейской части СССР. Тезисы докладов 3-й научно-производственной конференции «Топинамбур и

тописолнечник - проблемы возделывания и использования» // Одесса, 1991. -С.37-38.

164. Шевелуха B.C. «Сельскохозяйственная биотехнология» / Шевелуха

B.С, Калашникова Е.А, Дектярев С.В // изд. «Высшая школа» -1998. - С.3-5

165. Шегель Г. Общая микробиология // М.: Мир. 1987. - С.567.

166. Шелехова Т.М. Спирт этиловый сырец из пищевого сырья. Газохроматографический метод определения содержания летучих органических примесей. / Шелехова Т.М, Веселовская О.В, Скворцова Л.И, Алексеев В.П // ГНУ ВНИИ пищевой биотехнологии РАСХН. №3, 2010. -

C.21.

167. Элисашвили В.И. Биоконверсия растительного сырья высшими базидомицетами // Микология и фитопатология, Т.27, №6. -1993- С.83- 94.

168. Яровенко В.Л. «Технология спирта» / Яровенко В.А, Маринченко В.А //М.: Колос, 1999.-С.229.

169. Яровенко В.Л.. Технология спирта. / Яровенко В.Л, Маринченко В.А, Смирнов В.А // М.: - Колос - 1999. - С. 128.

170. Яровенко В.Л..Технология спирта. / Яровенко В.Л, Маринченко В.А, Смирнов В .А // М.: «Колос - пресс», - 2002. - С.464.

171. 1. Advences in Biochemical engineering and Biotechnology. - 1985. -V.32-P.1-24.

172. Animal Feed Science and technology. - 1986. - Vol. 15. - №3. - P. 197213.

173. Applied Biochemistry and Biotechnology. - 1988. - №17.-P.45-54. Biomass. -1985. - Vol.7. - № 2. P.85-97

174. Aranovsky S.I. Paper industries. / Aranovsky S.I., Gortner R.A // - 1934. -V.16.-P.413 - 427.

175. Aranovsky S.I. The cooking process. Role of water in the cooking of wood industry. / Aranovsky S.I, Gortner R.A // Eng. Chem. - 1930. - V.20, №3 P.254-274.

176. Arthur H. Bacteriology. / Arthur H., Watson K // 1976. - V.128. - №1. P.56-68.

177. Asther M. Direct conversion of all the sugars produced from the hydrolysic of lignocellulosic materials to ethanol bu coculture. / Asther M, Khan A.W // 5 Can. Bioenergy symp, Ottava, 26 - 28 mach, 1984. L.N.Y. 1984.- P.483 - 486.

178. Bashir S. Fuel ethanol production from agricultural lignocellulosic feedocts. Bashir S, Lee S. // Fuel GCI and technol. Int. 1994.-V.12. №11 - 12. P. 1427 -1473.

179. Bhatia J. A. «Indian chem» // - 1980. - V. 15. - №15 - P.31 - 36.

180. Black C. Chem. Eng. Progress. //1980. V.76. №9. P 78 - 85.

181. Chemical Engineering. - 1984. - V.91. - №6. - P.28.

182. Dekker R.F. Biotech. Bioengin // - 1983. - V.25. - №5. - P. 1127 -1146.

183. Dekker R.F., Wallis A.F. // Biotechnology letters. - V.5. - №5. - p. 311316.

184. Dynesen J. Appl. Microbiology. Biotechnology // - 1998 - V.50. - №5. -P.579 - 582.

185. Grethlein H.E. Biotech. Advances // - 1984. - V.2 - P. 43 - 62.

186. Grethlein H.E. Biotechnology advances // - 1984. - V.2. - P.53-62.

187. Hanter K. Bioochem. Biophys. Acta. / Hanter K., Rose A. H // - 1972. -V.260. - №4. - P.639 - 653.

188. Harris E.E. The effect of mild treatment on wood carbohydrates. / Kansas citi //1936.-P. 117.

189. Hemmingson J.A. Wood chem. and technology // 1985. - V.5. - №4. - P. 513-534.

190. Herwing C. et al Biotechnology, Bioeng - 2001, v.76 - №.3 - p.247 - 258.

191. Hymphrey A. 2 int. symp. Bioconversion and biochemical engineering // Bere. 1980.-P.5.

192. James A. Beginnings of microbiology and biochemistry; the contribution of yeast research. / Microbiology // 2003. - P.557 - 567.

193. Kales M. Can. J. Biochem. Physiol. / Kales M., Baxter R.M // - 1962. -V.40. - №9. - P. 1213 - 1227.

194. Kening R. Biotech. Bioengin. Symp. / Kening R, Setter E II - 1984. -V.25. -№14.-P.123-131.

195. Lamed R, // Biotech. Bioengin. Symp. - 1983. - V.25. - 13. - P.163 -181.

196. Lamed R. Biotech. Bioengin. Symp. / Lamed R, Setter E, Kening R // -1983. - V.25 №13 -P.163-181.

197. Lee S.B. Biotech. Bioegin. / Lee S.B., Kim I.H., Ryu D.Y. et al // - 1983. -V.25. - №1. -p.33 - 51.

198. Lee S.B. Biotech bioengen. / Lee S.B., Kim I.H., Ryu D.Y. et al II - 1983. -V. 25.-№1.P. 33-51.

199. Liti G. « Population genomics of domestic and wild yeasts» / Liti G, Carter D.M, Moses A.M, Warringer J, Parts L, et al // Nature 2009 March: 19, 458 (7236), P.337-341.

200. Loewen P.C. Arch. Biochem and Biophys. / Loewen P.C., Richter H.E // -1983. - V.226. - №2. P.657.

201. McMurrough I.. / J. Bacteriology. / McMurrough I., Rose A.N // - 1973. -V.114.-№l-p.451-452.

202. Mendelssohn H.R. / Chem. Eng, /. Mendelssohn H.R., Wettshtein. P II -1981. V.88 - №12. - P.62 - 65.

203. Morrow C.A. Sexual reproduction and dimorphism in the pathogenic basidomucetes. / Morrow C.A, Fraser J.A // 2009, March 9, - P.121 - 128.

204. Patent USA №5000000,1991.

205. Saddler J.N. Biotechnology advances. / Saddler J.N., Mess - Hartree M. et al//-1984.-V.2 P.161 -181.

206. Saddler J.N. Biotechnology and bioengineering symp. / Saddler J.N, Mess -Hartree M. et al // -1983. - №13. - P.5-13.

207. Saxsena A. Simultaneous Saccharification and fermentation of waste newspaper to ethanol bioresour / Saxsena A, Garg S.K, Verma J // Tehnol. 1992. -№1.P.13-15.

208. Schoz V. Biomass and Bioenergy. / Schoz V, Ellerbrock V // 2002. - V.23. Issue 2. P.81-82.

209. SDA Agricultural research service, P.804, NDB No. 11226, Jerusalem-artichokes, raw. Helianthus tuberosus.

210. Shimizu K. In intern symp on wood and pulping chemistry. / Shimizu K, Ishihara M, Sudo K // - 1983. - P.3. Tsukuba science city. May 23 - 27, Japan -P.67-72.

211. Shipton W.A. J. Gen. Microbiology / Shipton W.A, Watson K // - 1976. -V.97.-№1.-P.ll -18.

212. Sudguist. J The role of biotechnology in the wood-processing industry of the future \\ Kemia-Kemi, 1987.- V.14, №100, P.984

213. Tanahashi M. / Celluloce chem. tehnol. Tanahashi M, Higuchi T, Kobayashi H. et al //- 1985. - V.19. - P.687 - 696.

214. Taniguchi M. Agricultural and Biolog. Taniguchi M., Tanaka M., Goto T. et al // Chem. - 1985.- V.49. - №5. - P 1243-1249.

215. The yeasts: A taxonomic study. N.J.W. Kreger - Van Ris. 3rd ed -Amsterdam: Elsevier science publishers B.V., 1984. - P. 1 - 44. ISBN 0.444 -80421-81.

216. Walter K. Cutaneous lesions showing giant yeast forms of Blastomycec dermatidis / Walter K., Skelton H., Smith K J // Cutan Pathol. 2002.- Nov: 29. P.616-618.

217. Warzywoda M. Biotechnology and bioengineering symp. / Warzywoda M, Chevron F, Ferre V. et al //1983. - №13. - P.577-580.

218. Watson K. J. Bacteriology. / Watson K, Arthur H, Blarey M // 1980. -v.143. - №2. - p.693 - 702.

219. Weczorek A. Heleantus Tuberosae. Topinambur as a potential energy source. // Actoaliment. Pol. 1988. - V.14. №2. P. 22 - 24.

220. Wiegel J. // Experiential. 1980. - V.3. p. 1434 - 1436.

221. Wilke C.R. / Biotehnol. Bioeng Wilke C.R, Cysewski G.R, Yang R.D // -1976. - v.18 - №9. - p.1315 -1323.

222. Williams N. «Genome projects: Yeast genome sequence ferments new research» // April 26,1996. - Science 272, p.481 -490.

223. Yeast. The Contemporary review -1971, Collected Essays - 8.

224. www.bioforma.ru

225. www.nlogorod.ru

226. www.chudo-ogorod.ru

227. www.bioethanol.ru

228. www. Bio - energetic, ru.

229. ru. wikipedia. org/ wiki/ 2010.

230. www.biotoplivo.ru