Тарабукин Дмитрий Валерьянович. Ферментативные технологии направленной биоконверсии целлюлозо- и крахмалсодержащего растительного сырья

Короткий опис

Тарабукин Дмитрий Валерьянович. Ферментативные технологии направленной биоконверсии целлюлозо- и крахмалсодержащего растительного сырья : диссертация ... кандидата биологических наук : 03.00.23 / Тарабукин Дмитрий Валерьянович; [Место защиты: Ин-т биологии Уфим. науч. центра РАН].- Сыктывкар, 2009.- 112 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-3/360

Российская академия наук
Уральское отделение
Коми научный центр
Институт биологии

На правах рукописи

Тарабукин Дмитрий Валерьянович
ФЕРМЕНТАТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НАПРАВЛЕННОЙ БИОКОНВЕРСИИ ЦЕЛЛЮЛОЗО- И КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГО
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Специальность 03.00.23 «Биотехнология»
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор В.В. Володин
Сыктывкар 2009 
Г
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
1.1 Целлюлоза как возобновляемый источник углеводов 9
1.2 Общая характеристика структуры целлюлозы 10
1.3 Продуценты целлюлолитических ферментов 13
1.4 Характеристика ферментов, участвующих в ферментативном
гидролизе целлюлозы ^ 5
1.5 Влияние физико-химических и структурных характеристик субстрата
на эффективность ферментативного гидролиза 19
1.6 Аппараты и режимы ферментативного гидролиза целлюлозы 22
1.7 Применение целлюлаз, амилаз и других гидролаз в промышленности и 24 сельском хозяйстве
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 31
2.1 Субстраты, методы получения и анализа порошковых целлюлоз 31
2.2 Условия совместного ферментативного гидролиза целлюлозы и
крахмала 32
2.3 Методика фотометрического определения восстанавливающих
сахаров 33
2.4 Методика ВЭЖХ-анализа сахаров в продуктах ферментативного
гидролиза целлюлозы и крахмала 34
2.5 Методики определения активностей ферментов гидролаз 34
2.6 Методика определения аминокислот в ферментированном белково-углеводном корме 4Q
2.7 Методика определения (3-глюкана в кормах 41
ъ
Глава 3. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ФЕРМЕНТАТИВНОЙ 43 ДЕСТРУКЦИИ ПОРОШКОВЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗ
44
ЗЛ Физико-химическая характеристика порошковых целлюлоз
45
3.2 Ферментативная деструкция порошковых целлюлоз
3.3 Исследование структуры модифицированных порошковых целлюлоз и
низкомолекулярных продуктов ферментативной деструкции 5Q
Глава 4. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ГЛЮКОЗЫ ФЕРМЕНТАТИВНЫМ ГИДРОЛИЗОМ ЛИСТВЕННОЙ БЕЛЕНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В СМЕСИ С КРАХМАЛОМ 60
4.1 Обоснование выбора субстрата для получения порошковой целлюлозы
и исследование фермент-субстратных взаимодействий амилаз с g j
целлюлозой
4.2 Особенности процесса совместного ферментативного гидролиза
лиственной беленой целлюлозы и крахмала 64
4.3 Оптимизация процесса ферментативного получения порошковой
целлюлозы и анализ продуктов совместного гидролиза лиственной ^g
целлюлозы и крахмала
Глава 5. ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ IN VITRO КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТИ
ТРУДНОУСВАИВАЕМЫХ КОРМОВ 72
5.1 Особенности процесса ферментативного гидролиза
многокомпонентных трудноусваиваемых кормов 73
5.2 Биотехнология получения новой белково-углеводной кормовой
основы для птицеводства из трудноусваиваемого растительного сырья 33
5.3 Биохимическая характеристика ферментированного белково¬углеводного корма . g5
ВЫВОДЫ 92
ЛИТЕРАТУРА 94

Список літератури

ВЫВОДЫ
1. Выявлена связь между особенностями строения порошковых целлюлоз, полученных с использованием модифицирующих агентов различной природы, и их способностью к ферментативной деструкции. Впервые установлено, что ПЦ, полученные продолжительным воздействием на исходную целлюлозу кислотами Льюиса, обладают низкой адсорбционной емкостью по отношению к целлюлазам, характеризуются наибольшей начальной реакционной способностью при наименьшем изменении степени полимеризации целлюлозы, что обусловлено ослаблением субстрат-ферментных взаимодействий за счет разупорядоченности надмолекулярной структуры и химической модификации макроцепей в порошковых целлюлозах указанного типа. Несмотря на то, что ПЦ из льна, полученные продолжительным воздействием пероксиуксусной кислоты, обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к целлюлазам, они оказались наиболее устойчивы к ферментативной деструкции.
2. Оптимизирован состав целлюлазного и амилазного ферментативного комплекса для одновременного получения ПЦ заданной структуры и глюкозы путем совместного гидролиза целлюлозы и крахмала. Выявлено, что амилолитические ферменты способны сорбироваться на лиственной беленой целлюлозе с частичной потерей активности, что необходимо учитывать при совмещении данных процессов. Показано, что характеристики получаемой ПЦ в значительной мере определяются вязкостью водной среды, задаваемой концентрацией крахмала в исходной смеси. Предложен режим гидролиза лиственной беленой целлюлозы в присутствии крахмала, позволяющий увеличить выход ВС за счет гидролиза лиственной беленой целлюлозы на 17% по сравнению с ожидаемым выходом сахаров из крахмала и получить ПЦ со степенью полимеризации 240 и индексом кристалличности 0.8, что удовлетворяет требованиям для коммерческих образцов ПЦ.
Исследован и оптимизирован процесс совместного ферментативного гидролиза целлюлазами и глюкоамилазами растительного сырья (стебли травянистых растений и неочищенные зерна злаковых культур). Разработанная схема позволяет повысить выход моно- и дисахаридов не только за счет гидролиза лигноуглеводного, но и крахмального компонентов. Показана возможность исключения стадии обработки коммерческим препаратом содержащим а-амилазу растительных субстратов с большим содержанием некрахмалистых полисахаридов. На основе отходов растениеводства и трудноусвояемых зерновых культур с использованием ферментативного гидролиза разработана новая белково-углеводная основа кормов для птицеводства. Технология получения продукта заключается в оптимальной дозировке трудноусваеваемых компонентов, их ферментативном осахаривании, сгущении и выпарке прогидролизованной смеси в присутствии натуральной сои, обогащающей конечный продукт рядом незаменимых аминокислот и жиров. По данным биохимического анализа ферментированный корм содержит до 30% легкоусваиваемых углеводов; характеризуется оптимальным составом незаменимых аминокислот, близких к идеальному белку (эталон FAO) и практически не содержит (3-глюкана и других антипитательных веществ, содержащихся в исходном субстрате