CC BY
4
БИОТРАНСФОРМАЦИЯ ПИЩЕВЫХ ОТХОДОВ В ОРГАНИЧЕСКОЕ УДОБРЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ МИЦЕЛИАЛЬНЫХ ГРИБОВ СИАЕТОМШИ
вЬОБО8иМ (¥-323)
Ю.А. Скачкова, магистрант
Российский биотехнологический университет
(Россия, г. Москва)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-6-3-217-220
Аннотация. В данной работе рассматриваются актуальные проблемы современности, обусловленные увеличением доли пищевых отходов в составе твердых бытовых отходов (ТБО), а также низкими показателями урожайности и ограниченным ассортиментом сельскохозяйственных культур. Предлагается комплексный подход к решению этих проблем, основанный на применении метода микробной биотрансформации отходов растительного происхождения. В результате биоконверсии образуется биоорганическое удобрение, обладающее комплексом свойств, перспективных для применения в сельскохозяйственном производстве. Практическая значимость исследования заключается в разработке инновационного метода утилизации растительных отходов и одновременном получении ценного органического удобрения, которое может способствовать повышению урожайности и расширению ассортимента сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: биотрансформация, мицелиальные грибы, культивирование, пищевые отходы, органическое удобрение, сельскохозяйственные культуры.
В контексте рыночных отношений сельское хозяйство остро нуждается в наращивании объемов производства агрокультур. Решение этой задачи является ключом к стойкому развитию агропромышленного комплекса Российской Федерации [3].
В условиях нарастающей угрозы изменения климата и деградации окружающей среды, повышение производительности сельского хозяйства и расширение ассортимента овощной продукции приобретают особую актуальность. Это позволит не только удовлетворить растущий спрос на продовольствие, но и снизить нагрузку на экосистемы, оптимизировать использование природных ресурсов и минимизировать негативное воздействие сельскохозяйственной деятельности на окружающую среду.
Зачастую недооцениваемые пищевые отходы, на деле, представляют собой одну из самых серьезных угроз окружающей среде. Неконтролируемое их сброс на несанкционированные свалки создает благоприятную среду для размножения опасных микроорганизмов, способных спровоциро-
вать вспышки инфекционных заболеваний [1].
Растительная биомасса, изобилующая пищевыми волокнами, такими как целлюлоза, гемицеллюлоза и пектин, служит идеальной питательной средой для микроорганизмов, обладающих высокой целлю-лолитической активностью, обусловленной их ферментной системой. Помимо богатого содержания пищевых волокон, растительные ткани также содержат легкоусвояемые сахара, разнообразные полисахариды и минеральные вещества, которые дополнительно подпитывают микроорганизмы в процессе компостирования [2]. Сочетая экологическую безопасность, эффективность и экономическую выгоду, биологическая переработка бытовых отходов с использованием растительной биомассы является образцом устойчивого подхода к утилизации.
Внедрение инновационных технологий, применение экологически чистых методов ведения сельского хозяйства, а также поддержка фермеров и инвестиции в агросек-тор - все это станет решающими факторами на пути к устойчивому развитию аграрной сферы и обеспечению продоволь-
ственной безопасности страны в контексте глобальных экологических вызовов.
Цель данного исследования - внедрить биотехнологический подход, позволяющий перерабатывать пищевые отходы в экологически безвредные и высокоэффективные органические удобрения для сельского хозяйства.
Методы исследования. В рамках настоящего исследования был проведен комплексный анализ потенциала повсеместно встречающихся в бытовых отходах растительных и животных остатков в качестве компонентов питательных сред. На начальном этапе исследования содержание влаги в этих субстратах было тщательно определено и оптимизировано с помощью метода сушки до постоянной массы. Затем, используя потенциометрическое титрование, с высокой точностью был установлен рН питательных сред. В качестве биоконверсионного агента был выбран мицели-альный гриб Chaetomium globosum (штамм Б-323), обладающий высоким потенциалом биоконверсии. Его метод культивирования был тщательно оптимизирован для достижения максимального выхода биомассы, что позволило значительно увеличить ее продуктивность. На заключительном этапе исследования содержание "сырого" протеина в полученном удобрении
было тщательно оценено методом Кьель-даля, что позволило провести количественную оценку его питательной ценности.
Результаты. В рамках данного исследования была успешно продемонстрирована методика культивирования отобранных штаммов микроорганизмов на искусственно созданных субстратах с использованием метода поверхностного культивирования. Визуальная оценка грибных культур в чашках Петри стала ключом к идентификации штаммов с исключительной продуктивностью биомассы. Ввиду критической роли азота в вегетативном развитии растений, в базовую питательную среду были интегрированы минеральные соли, направленные на стимуляцию накопления азота в грибной биомассе.
Количественная оценка содержания «сырого» протеина в выращенных культурах грибов, проведенная методом Кьель-даля, продемонстрировала значительное накопление органического азота в биомассе, являющееся результатом его трансформации из неорганических источников.
Рисунок 1 представляет собой сравнительную оценку содержания «сырого» протеина в питательной среде до и после биоконверсии.
Исходная питательная среда ПС после культивирования С. £1оЪоэшп (Т-244)
■ Содержание "сырого" протеина
Рис. 1. Оценка влияния биоконверсии грибами C. globosum (Б-323) на содержание «сырого» протеина в питательной среде
28,7
3,2
Биоконверсия обусловила существенное увеличение содержания азота в грибах на 25,5%, что отражает трансформацию азота из исходной питательной среды.
Влияние нового биоорганического удобрения на рост овощных культур было тщательно изучено посредством комплексных экспериментальных исследований. Тестовой культурой для оценки влияния удобрения служили семена салата листового (рис. 2). Внесение биоорганического удобрения привело к поразительно-
му росту овощных культур, увеличив их высоту в почти два раза по сравнению с контрольной группой. Помимо увеличения высоты, биоорганическое удобрение стало катализатором стремительного развития овощных культур, сократив вдвое время до сбора урожая. Полученные результаты подтверждают перспективность нового азотосодержащего удобрения в качестве эффективного инструмента для увеличения продуктивности овощных культур.
Рис. 2. Контрольная и опытная группы тестовой культуры через три недели после посадки
в почву
Вывод. Исследования выявили преоб- подход, эффективно решая проблему ути-разующий потенциал грибной биоконвер- лизации отходов и одновременно стиму-сии растительных и животных отходов, лируя всхожесть и рост сельскохозяй-которая представляет собой двусторонний ственных культур.
Библиографический список
1. Кирилова, А.Н. Поиск рациональных подходов к развитию сферы обращения с отходами / А.Н. Кирилова, Н.Н. Мусинова // Экономика и предпринимательство. - 2017. -№ 9-3 (86-3). - С. 788-791.
2. Саловарова, В.П. Эколого-биотехнологические основы конверсии растительных субстратов: диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук: 03.00.16, 03.00.23. - Москва, 2002. - 446 с.
3. Kapninova, O.S. Strategic management of the food industry based on environmentally responsible business principles / O.S. Kapninova, T.A. Golovina, A.V. Polyanin // Russian journal of agricultural and socio-economic sciences. - 2016. - № 10. - Т. 58.
BIOCONVERSION OF FOOD WASTE INTO ORGANIC FERTILIZER USING CHAETOMIUM GLOBOSUM (F-323) MYCELIUM
Yu.A. Skachkova, Graduate Student Russian University of Biotechnology (Russia, Moscow)
Abstract. This study addresses pressing contemporary issues stemming from the rising proportion of food waste in municipal solid waste (MSW), coupled with low crop yields and a limited variety of agricultural crops. A comprehensive approach is proposed to tackle these challenges, centered on employing microbial biotransformation of plant waste. The bioconversion process generates an organic biofertilizer possessing a suite ofproperties promising for agricultural applications. The study's practical significance lies in developing an innovative method for plant waste disposal while simultaneously producing valuable organic fertilizer, which can potentially enhance crop yields and expand the range of agricultural crops.
Keywords: biotransformation, mycelial fungi, cultivation, food waste, organic fertilizer, agricultural crops.
