CC BY
64
УДК 634.0813
ПЕРЕРАБОТКА ПОСЛЕЭКСТРАКЦИОННОГО ОСТАТКА КОРЫ ОСИНЫ С ПОЛУЧЕНИЕМ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ
© С.В. Соболева , Ю.А. Литовка
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира 82, Красноярск, 660049 (Россия), e-mail: [email protected]
Кора осины обладает лекарственными свойствами и широко используется для получения водных и водноспиртовых экстрактов. В процессе получения экстрактов остается твердый остаток, который не нашел достойного применения. Предложено использовать грибы рода Piptoporus betulinus и Fomitopsis pinicola для утилизации остатка коры осины и получения на его основе кормовых продуктов.
Ключевые слова: кора осины, биодеструкция, твердофазное культивирование, дереворазрушающие базидиальные грибы, кормовые добавки/
Введение
По запасам древесины и коры второе место по России после березы занимает осина, количество которой составляет 1,6 млрд.м3. Более половины осинников расположено в Восточной Сибири, в Красноярском крае [1].
При заготовке древесины и ее переработке используется в основном деловая древесина, а кора остается на предприятиях деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности в количестве 15% от перерабатываемой древесины. Кора осины обладает лекарственными свойствами и широко используется для получения водных и спиртовых экстрактов для лечения различных заболеваний (описторхоза, простатита). Группой ученых во главе с Б.Н. Кузнецовым (Институт химии и химической технологии СО РАН) был предложен метод получения экстрактов из коры осины с использованием экстрагентов различной полярности. В процессе получения экстрактов остается послеэкстракционный остаток, который на сегодняшний день не нашел достойного применения [2]. Биоконверсия растительных субстратов при помощи микроорганизмов широко используется во многих странах мира. Одним из перспективных направлений становятся технологии с использованием дереворазрушающих высших базидиальных грибов, которые способны достаточно быстро осуществлять глубокое ферментативное разложение древесины, в том числе лигноцеллюлозных отходов, и могут успешно использоваться для получения кормовых продуктов путем обогащения растительных отходов грибным белком и легкоусвояемыми углеводами.
Цель работы - исследование возможности использования послеэкстракционного остатка коры осины для получения кормовых продуктов.
Экспериментальная часть
Объектом исследования являлся послеэкстракционный остаток, полученный в результате двухступенчатой экстракции коры осины: гексаном в течение б ч; затем 40% этанолом (3 ч). Содержание экстрактивных веществ определяли по убыли массы коры после экстракции. Химический состав исходного сырья и полученного продукта определяли методами, общепринятыми в химии древесины [3]. Определение лигнина в исходной коре проводили с 72% серной кислотой в модификации Комарова. Концентрацию реду-
* Автор, с которым следует вести переписку.
цирующих веществ (РВ) определяли эбулиостатическим методом. Перевариваемость определяли по хлорфенольному методу А.Р. Жукова [4].
Повышение доступности углеводов коры для микрофлоры поджелудков жвачных достигается различными химическими, физическими и биологическими обработками, нарушающими лигнополисахарид-ный комплекс древесины. При этом происходит разрыхление структуры клеточных оболочек [5]. Для увеличения кормовой ценности и перевариваемости послеэкстракционный остаток коры осины пропитывали 4% серной кислотой в течение 6 ч при 50 °С с последующей промывкой до нейтральной реакции. В процессе такой пропитки происходит ослабление связей лигноуглеводного комплекса [6].
Утилизацию послеэкстракционного остатка коры осины осуществляли путем поверхностного твердофазного культивирование дереворазрушающих базидиальных грибов. В работе использовали штаммы грибов РЬ-04 Р1р1оротш Ьв^Нпш' (березовая губка) и Бр-05 ¥отИор$18 р1тсо1а (трутовик окаймленный), любезно предоставленные из коллекции чистых культур Центра биотехнологии и микологии СибГТУ.
Твердофазное культивирование штаммов проводили в чашках Петри, которые заполняли субстратом в количестве 20 г с влажностью 70%. Чашки с субстратом подвергали стерилизации при давлении 1,1х105 Па в течение 60 мин. в автоклаве ВК-75 [7].
Для получения посевного инокулюма штаммы выращивали на сусловом агаре в течение 10 сут. при температуре 25 °С, после чего из края растущей культуры вырезали агаровые блоки диаметром 8 мм и помещали в центр чашки Петри со стерильным субстратом [8].
Чашки инкубировали при температуре 25 °С до максимального обрастания субстрата мицелием, периодически измеряя диаметр растущей культуры. Скорость роста рассчитывали по формуле
лп О — (Л
СР = (1)
м
где Б - диаметр колонии, мм; d - диаметр инокуляционного блока, мм; 1 - продолжительность культивирования, сут.
Для определения кормовых качеств определяли содержание протеина в исходном материале и в полученном кормовом продукте. Содержание азота определяли на С, Н, N газоанализаторе Уапо БЬ III и подтверждали методом Кьельдаля с последующим пересчетом на протеин по общепринятой методике [3]. Содержание углеводной части корма определяли методом бумажной хроматографии в системе растворителей н-бутанол - ацетон - вода (4 : 5 : 1).
Обсуждение результатов
Для оценки пригодности послеэкстракционного остатка коры осины к выращиванию на ней микроорганизмов определили ее химический состав, он представлен в таблице 1. Перевариваемость послеэкс-тракционного остатка коры осины составила 32,95%.
На основании результатов, представленных в таблице 1, видно, что основным компонентом после-экстракционного остатка являются легкогидролизуемые полисахариды. Присутствие сахаров в гидролизатах подтверждали методом бумажной хроматографии в системе растворителей н-бутанол - ацетон - вода (4 : 5 : 1). Общий выход редуцирующих веществ (РВ) составил 35,15%. В составе гидролизатов были обнаружены глюкоза, ксилоза, манноза и галактоза. Для подготовки послеэкстракционного остатка к биодеструкции дереворазрушающими грибами и увеличения доли моносахаридов в гидролизате, послеэкстракци-онный остаток обрабатывали 4% серной кислотой и трижды промывали водой до нейтральной реакции [9].
Таблица 1. Химический состав послеэкстракционного остатка коры осины
Наименование компонента Состав, % а.с.с.
Экстрактивные вещества, в том числе экстрагируемые 40% этанолом 8,37
Легкогидролизуемые полисахариды (ЛГП) 31,28
Трудногидролизуемые полисахариды (ТГП) 26,0
Лигнин 29,55
Зола 4,8
Культивирование базидиальных грибов проводили путем твердофазной ферментации в тонком слое на послеэкстракционном остатке коры осины с содержанием легкогидролизуемых полисахаридов до 31,2S% и трудногидролизуемых полисахаридов до 2б%. В качестве источников дополнительного минерального питания использовались питательные соли в составе NH4NO3 - 2 г/л, KH2PO4 - 1 г/л, KCl - 0,5 г/л, MgSO4 - 0,5 г/л, FeSO3 - 0,0001 г/л. Состав питательных солей брали согласно литературным данным [10].
Ростовые характеристики березовой губки и трутовика окаймленного представлены на рисунках 1, 2.
Установлено, что в начальный период колонизации растительного субстрата изучаемыми грибами, радиальная скорость роста колоний была выше у штамма Pb-04 Piptoporus betulinus, что свидетельствует о более легкой адаптации гриба к используемому субстрату и, вероятно, более высокой ферментативной активности.
На заключительном этапе культивирования скорость роста исследуемых штаммов достоверно не различалась, что свидетельствует о потенциальной возможности использования этих штаммов для твердофазной ферментации растительных отходов. Однако для утилизации послеэкстракционного твердого остатка коры осины целесообразнее использовать штамм Pb-04 Piptoporus betulinus, поскольку скорость его роста была выше на протяжении всего периода культивирования.
Одним из основных показателей при производстве кормов является наличие протеина. В данной работе проводили исследование содержания протеина в послеэкстракционном остатке коры осины до и после биодеструкции. исследования проводили методом сжигания на С,Н^-анализаторе Vario EL III и подтверждали методом Кьельдаля с последующим пересчетом на протеин. В исходном сырье содержание протеина составило 3,S%, в полученном продукте - 23,12%. Химический состав послеэкстракционного остатка коры осины до и после биодеструкции грибом Piptoporus betulinus приведен в таблице 2.
Рис. 1. Диаметр колоний дереворазрушающих грибов на послеэкстракционном остатке коры осины
Рис. 2. Скорость роста дереворазрушающих грибов на послеэкстракционном остатке коры осины
Таблица 2. Химический состав послеэкстракционного остатка коры осины до и после биодеструкции грибом Piptoporus betulinus
Наименование компонента Состав, % а.с.с.
до биодеструкции носле биодеструкции
Экстрактивные вещества, в том числе экстрагируемые S,37 11,54*
40% этанолом S,4
Легкогидролизуемые полисахариды 31,2S 29,S5
20,33
Трудногидролизуемые полисахариды 2б,0 25,15
1б,9
Лигнин 29,55 27,11
19,20
Зольные вещества 4,S б3
4,9
*Примечание. В числителе значения на абсолютно сухое исходное сырье; в знаменателе - значения с учетом коэффициента убыли массы
Результаты исследований показывают, что культивирование гриба Piptoporus betulinus приводит к значительной убыли массы - на 35%, снижению содержания легко- и трудногидролизуемых полисахаридов, уменьшению количества лигнина в процессе ферментации. Это свидетельствует о том, что гриб Piptoporus betulinus продуцирует комплекс гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов, позволяющих ему участвовать в биодеградации лигноцеллюлозного комплекса и активно колонизировать послеэкстракционный остаток коры осины. Согласно представленным данным характеристики полученной кормовой добавки соответствуют ГОСТ 13496.4-93 Корма, комбикорма, кормовое сырье. Перева-риваемость полученного продукта составила 48,62%, содержание протеина в нем 23,12%. После санитарно-эпидемиологических испытаний полученный продукт можно рекомендовать использовать в качестве кормовой добавки для скота [5].
Выводы
В результате исследования химического состава послеэкстракционного остатка коры осины, подвергнутого поверхностному твердофазному культивированию дереворазрушающими базидиальными грибами Piptoporus betulinus и Fomitopsispinicola, установили, что содержание протеина увеличивается с 3,8% в исходном сырье, до 23,12% в продукте ферментации, перевариваемость полученного продукта составила 48,62%. Характеристика полученной кормовой добавки соответствует ГОСТ 13496.4-93, и послеэкстрак-ционный остаток коры осины после санитарно-эпидемиологических испытаний можно рекомендовать для получения кормовых продуктов.
Список литературы
1. Кузнецов Б.Н., Левданский В. А., Кедрова Л.К. и др. Выделение и изучение экстрактивных веществ из коры древесины осины // Химия растительного сырья. 1998. №3. С. 5-12.
2. Левданский В.А., Полежаева Н.И., Кузнецов Б.Н. Новые методы комплексной переработки древесной коры
в ценные химические продукты // Сб. научн. тр. Института химии и химической технологии СО РАН. Крас-
ноярск, 2001. С. 1161-1175.
3. Рязанова Т.В., Чупрова Н.А., Исаева Е.В. Химия древесины. Красноярск, 1996. 358 с.
4. Ушанова В.М., Лебедева О.И., Девятловская А.Н. Основы научных исследований: учебн. пособие: в 3 ч. Красноярск, 2004. Ч. 3: Исследование химического состава растительного сырья. 360 с.
5. Венедиктов А.М., Дуборезова Т.А., Симонов Г.А., Козловский С.Б. Кормовые добавки. М., 1992. 192 с.
6. Чудаков М.И. Промышленное использование лигнина. М., 1983. 200 с.
7. Билай В.Н. Основы общей микробиолоогии. Киев, 1987. 298 с.
8. Левданский В.А. Комплексная переработка древесной коры с использованием процессов экстракции и взрывного автогидролиза : автореф. дис. ... д-ра хим. наук. Красноярск, 2006. 40 с.
9. Федоров Н.Н., Раптунович Е.С. Содержание азотистых соединений у здоровых и пораженных сердцевидной гнилью деревьев осины // Лесоведение и лесное хозяйство. 1972. Вып. 5. С. 123-127.
10. Егоров Н.С. Практикум по микробиологии. М., 1976. 273 с.
Поступило в редакцию 13 апреля 2010 г.
