Биотехнология получения биомассы микромицетов и приготовления высокобелковых комбикормов из растительных остатков

Biotechnology of producing biomass of micromycetes and preparation of high-protein compound feeds from vegetable residues
Цитировать:
Мухаммадиев Б.К., Ахмедова З.Р., Муминова Р.Д. Биотехнология получения биомассы микромицетов и приготовления высокобелковых комбикормов из растительных остатков // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 6 (72). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/9409 (дата обращения: 31.07.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследований по получению биологически активных веществ, продуцируемых грибами рода Trichoderma.

Данная микробная биомасса отличается тем, что в качестве комплекса биологически активных веществ содержит биомассы с максимальным содержании белка и целлюлазы, полученной при твердофазном культивировании в течение 36 ч. Кормовую добавку вводят в рацион птиц.

ABSTRACT

The article presents the results of studies on the production of biologically active substances produced by the fungi of the genus Trichoderma. This microbial biomass is characterized in that, as complex of biologically active substances, contains biomass maximum protein and cellulases obtained by solid-phase cultivation for 36 hours. The feed additive is introduced into the diet of birds.

 

Ключевые слова: биологический, активный, продуцент, биомасса, белок, целлюлаза, целлюлоза, твердофазный, культура, корма, рацион.

Keywords: biological, active, producer, biomass, protein, cellulase, cellulose, solid phase, culture, feed, diet.

 

Введение. Одной из важнейших проблем сельского хозяйства является использование растительных остатков и отходов зернопроизводства для кормления животных. Однако при использовании отходов сельского хозяйства в качестве корма возникает ряд трудностей, главной из которых является их низкое качество. Поэтому в настоящее время широко проводятся исследования по изучению роли различных видов микроорганизмов, способных интенсивно развиваться и накапливать биомассу на содержащих лигноцеллюлозу отходах сельского хозяйства, обогащая их белком [12; 11; 4; 13; 2; 5; 18].

Материалы и методы исследований. При изучение целлюлолитической активности у полученных протопластных культур исследуемый штамм выращивали глубинным и поверхностным способами культивирования. При изучении условий глубинного культивирования грибов на биосинтез целлюлолитических ферментов и белка исследуемые культуры выращивали в колбах Эрленмейера емкостью 250 мл, со 100 мл среды, помещенных на качалку со скоростью вращения 100–200 об/мин. Грибы выращивали на двух питательных средах – среде Mandels [19] и среде Farid [17]. Для выяснения влияния источников углерода в среде на образование целлюлолитических ферментов и белка исследуемыми культурами последние выращивались на вышеуказанных средах с добавлением в качестве источника углерода камыша, пшеничной соломы, рисовой лузги в количестве 2 %. Для выяснения оптимальной температуры роста и образования целлюлазы и белка протопластные культуры выращивали при оптимальном значении рН для каждой культуры и температуре 25, 30 и 35 °С. Посевным материалом служили суспензии конидий 7 суточных культур грибов плотностью 1×106 мл. Количество инокулята составляло 2 % от объема среды при глубинном и 20 мл на 100 г субстрата при твердофазном способах культивирования.

Результаты исследований и обсуждение. Изучение содержания белка при выращивании на различных растительных остатках показало, что наибольшее количество белка образует Trichoderma harzianum-25/П при поверхностном выращивании на пшеничных отрубях (18 %). Таким образом, использование для гриба Trichoderma harzianum методов регенерации протопластов позволило получить новую протопластную культуру Trichoderma harzianum-25/П, являющуюся высокоактивным продуцентом целлюлолитических ферментов и белка. Мы изучали влияние температуры культивирования в течение 120 час на способность образовать белок грибом Trichoderma harzianum-25/П на пшеничных отрубях при оптимальном значении рН 5,5–6,0. При оптимальном значении рН 5,5–6,0 среды наиболее высокая способность образовывать биомассу и белок у исследуемых культур наблюдается при 28 °С. Полученные данные показали, что наиболее высокое повышение содержания белка отмечалось на субстрате с добавлением 0,5 % (NH4)2SO4 и 0,1 % NaNO3. Таким образом, подобранная среда с добавлением 0,5 % (NH4)2SO4 и 0,1 % NaNO3 обеспечивает значительное повышение образования белка. Содержание белка на этих субстратах у протопластного штамма значительно выше, чем у исходных штаммов. Необходимо отметить, что при добавлении 0,5 % (NH4)2SO4 к субстрату содержание белка биомассы доходило у Trichoderma harzianum-25/П до 40,6 % (табл. 2). На основании полученных данных нами был разработан регламент культивирования штамма Trichoderma harzianum-25/П и получения белка биомассы с целью его рекомендации к внедрению в производство. Для получения высокобелковой биомассы рисовые отходы использовались в измельченном виде: рисовая мучка, зерновые отходы риса измельчались в шаровой мельнице до размера частиц 0,20; 0,5; 0,72; 1,0 мм, затем увлажнялись до 40, 60 и 75 % влажности питательной средой следующего состава, г/л: (NH4)2SO4 – 3,0; К2HPO4 – 0,5; MgSO4 – 0,05; CaCl2 – 0,3; пептон – 2,0; рН – 5,5; водопроводная вода. Изучали биохимический состав полученного белка биомассы. На субстрате варианта отруби + рисовая мучка (1:1) образуется микробная биомасса с содержанием белка 40,6 % от а.с.в. При этом содержание клетчатки снижается с 12,0 % до 4,5 %. Содержание лизина возрастает до 2,64 %, в то время как его содержание в исходном субстрате составляло 1,5 %. Содержание метионина повышается с 0,96 % в исходном субстрате до 1,02 % в полученный микробной биомассе. Целлюлазная активность составляет ед/г: экзо-1,4-β-глюканаза – 42,4; эндо-1,4-β-глюканаза – 78,4; гемицеллюлаза – 84,5; ксиланаза – 85,6; целлобиаза – 86,2. В вариантах отруби + рисовая лузга (1:1) и отруби + рисовая мучка + зерновые отходы риса (1:1:1) разница в содержании протеина по сравнению с исходным субстратом оказалась меньшей. На основании результатов проведенных исследований предложена полупроизводственная технологическая линия по получению нового комбикорма для птицеводства на основе местного вторичного сырья с заменой дефицитных компонентов на микробную биомассу. Технология получения кормовой добавки заключается в выращивании штамма гриба Trichoderma harzianum-25/П в питательной среде с пшеничным отрубями при твердофазной или глубинной ферментации. Биомассу стандартизуют, фасуют и упаковывают. Биомасса и культуральная жидкость могут быть предварительно высушены любым известным способом. Кормовой белковый продукт может быть включен в состав рецептуры комбикормов для птиц. Кормовая добавка в качестве комплекса биологически активных веществ содержит биомассу и/или культуральную жидкость, полученную при культивировании штамма гриба Trichoderma harzianum-25/П на среде с пшеничный отрубями + рисовой мучкой. Способ выращивания птицы включает введение в нормальный рацион молодняка птицы данной кормовой добавки. Данный метод позволяет повысить продуктивность, естественную резистентность сельскохозяйственных птиц, компенсировать в рационе кормления дефицит аминокислот, витаминов, микроэлементов, повысить усвояемость кормов, нормализовать микрофлору желудочно-кишечного тракта (табл. 1). Задачей данного метода является создание эффективной и экономичной биологически активной добавки к корму на основе нового штамма гриба Trichoderma harzianum-25/П, более продуктивного по белку и целлюлазе с использованием простой и безотходной технологии производства, позволяющей использовать не только биомассу гриба, но и культуральную жидкость [16; 15; 7; 14; 1; 9; 8; 3; 6; 10]. Добавление к основному рациону птицы предлагаемой кормовой добавки позволяет обогатить корм биологически активными веществами и придает ему лечебно-профилактические свойства, что позволяет повысить продуктивность птицы, увеличить усвоение питательных веществ корма за счет усиления пищеварительных процессов в организме птицы. Предлагаемая кормовая добавка в качестве комплекса биологически активных веществ содержит биомассу и/или культуральную жидкость, полученную при культивировании штамма гриба Trichoderma harzianum-25/П на среде, содержащей пшеничные отруби + рисовую мучку. При поверхностном росте на среде Чапека мицелий темно-зеленый, обратная сторона не окрашена, на 3-й день роста колонии 10–12 см в диаметре, с концентрическими кругами, фиалоспоры округлые или обратно-яйцевидные 2,8–3,2×2,5–2,8 мкм.

Выводы. Таким образом, полученные результаты показали, что протопластная культура T.harzianum-25/П является перспективным продуцентом грибного белка и может быть использована для обогащения белком растительных отходов как в условиях глубинного, так и твердофазного культивирования. Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что применение белка биомассы Trichoderma harzianum-25/П повышает прирост живой массы на 12–14 %. Кормовая добавка для птицеводства, содержащая комплекс биологически активных веществ, продуцируемых Trichoderma harzianum-25/П, отличается тем, что в качестве комплекса биологически активных веществ содержит биомассы максимальные в содержании белка и целлюлазы, полученной при твердофазном культивировании в течение 36 ч. Кормовую добавку вводят в рацион птиц.

Таблица 1.

Биохимический состав биомассы гриба Trichoderma harzianum-25/П

 

Таблица 2.

Влияние источников азотного питания на рост и накопление белка исходных штаммов и штамма Trichoderma harzianum-25/П при выращивании на пшеничных отрубях, %

Источник азота

Концентрация, %

120 час

Aspergillus terreus-7

Trichoderma harzianum-10

Trichoderma harzianum-25/П

Контроль

 

13,2

   

KNO3

0,1

20,2

18,8

26,4

0,2

20,4

20,4

28,6

0,3

21,5

20,4

29,4

0,5

20,8

20,6

23,2

NaNО3

0,1

21,2

21,4

30,3

0,2

20

20,1

25,3

0,3

19,3

17,4

23,2

0,5

18,4

17,6

20,4

NH44

0,1

16

15,4

19

0,2

19,2

18

24

0,3

19

19

22,4

0,5

18,2

17,6

20,2

(NH4)2HPO4

0,1

16

15,8

19,4

0,2

16

17,5

21,8

0,3

21,4

17,6

23,8

0,5

20,2

16,3

21

(NH4)2SO4

0,1

18,4

15,2

30,3

0,2

19,4

17,4

33,4

0,3

20,6

20,5

34

0,5

23,6

23,4

40,6

Мочевина

0.1

17,3

15,8

21

0,2

21

20

24,5

0,3

20,4

20,6

28,4

0,5

20

19,2

22,8

Пептон

0,1

17,2

16,5

26,7

0,2

19,8

17

22

0,3

19,5

19,4

29

0,5

18,5

19

26

 

Список литературы:
1. Биопрепарат «АНТА-1» – кормовая добавка для бройлерных цыплят // Патент RU № 2110927. А23 К1/165, 20.05.1998 / Аль-Нури Ян Маатасимович.
2. Закордонец Л.А., Супрун С.М., Пустовалова Л.И. Использование фузариев для обогащения кормов // Биотехнология. – 1989. – Т. 5. – Вып. 1. – С. 93–96.
3. Использование бифидобактерий для коррекции микрофлоры пищеварительного тракта у птицы / К.Я. Мотовилов [и др.] // Тезисы докладов научно-практической конференции ученых НГАУ и Гумбольского университета (г. Берлин). – Новосибирск, 1995. – С. 91–92.
4. Мицелиальные грибы – возможные продуценты кормового белка из соломы / И.Б. Стахеев, Б.Г. Бабицкая, Б.Е. Щерба [и др.] // Микология и фитопатология. – 1985. – Т. 19. – Вып. 3. – С. 229–237.
5. Мухаммадиев Б.К., Курбанмуратова М.Б. Определение белка биомассы гриба Trichoderma harzianum-25/П в смеси субстратам // Вестник Прикаспия. – 2018. –№ 1 (20). – С. 29–32.
6. Отработка технологических процессов изготовления и контроля пробиотика «Авилакт-1 К» / С.В. Калугин [и др.] // Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов. ВНИИТИБП: сб. докладов Международной конференции молодых ученых (Щелково, 5–6 июня 2001 г.). –2001. – С. 88–91.
7. Панфилов В.И. Биотехнологическая конверсия углеводсодержащего сырья для получения продуктов пищевого и кормового назначения: Автореф. … дис. Д-ра техн. наук. – М., 2004. – С. 19.
8. Препарат, влияющий на тканевой обмен и модулирующий процессы иммунитета в биологических системах, и биологически активная пищевая добавка «Минро-вит» // Патент RU №2092179, 10.10.1997 / Горшина Е.С., Исаакян Л.А., Качалай Д.П., Макарова М.А. [и др.].
9. Препарат, влияющий на тканевой обмен и применение штамма гриба Fusarium sambucinum Fuskel var ossicolum (berk. et curf) bilai lkz tuj gjkextybz // Патент RU № 2040932, 09.08.1995 / Морозова Г.Р., Морозов А.Л.
10. Препараты для птиц «Авилакт-1 К» и «Авинорм-3» – биофармкомплексы на основе пробиотиков и биологически активных добавок / Л.А. Ковальская [и др.] // Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов. ВНИИТИБП: тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 30-летию института (Щелково, 8–9 июня 2000 г.). – 2000. – С. 345–346.
11. Продуценты белка из рода Penicillium и Trichoderma / Г.Р. Межиня, Г.Т. Султанова, В.Р. Николаева, Х.А. Мауриня // Мицелиальные грибы (физиология, биохимия, биотехнология). – Пушино, 1983. – С. 163.
12. Сиверс В.С., Богдан С.Д. Обогащение пшеничной соломы белком микромицеты при твердофазной ферментации // Мицелиальные грибы (физиология, биохимия, биотехнология). – Пушино, 1983. – С. 162.
13. Состав продуктов ферментации соломы злаковых и костры некоторыми мицелиальными грибами / В.Г. Бабицкая [и др.] // Прикладная биохимия и микробиология. – 1989. – Т. 25. – № 2. – С. 211–219.
14. Способ выращивания цыплят-бройлеров // Патент RU № 2156062. А01 К67/02, 20.09.2000 / Супрунов О.В., Баюров Л.И., Каблучеева Т.И., Суднищиков П.В.
15. Технология гидролизных производств / В.И. Шарков, С.А. Сапотницкий, О.А. Дмитриева, И.Ф. Туманов. – М.: Лесная промышленность, 1973. – С. 408.
16. Эрнст П.К., Науменко З.М., Ладинская С.И. Кормовые продукты из отходов леса. – М.: Лесная промышленность, 1982. – С. 13–15.
17. Farid M.A., Shaker H.M., El-Rafai A.M.H. Produktivety of Trichoderma viride 253 cellulase in relation to the composition of the fermentation medium // Chem. Mikrobiol. Technol. Lebensm. – 1984. – V. 8. – № 6. – P. 161–163.
18. Mukhammadiev B.K. Cellulose-destructing soil micromycetes of Uzbekistan and influence of some factors on cellulolytic activity and saccharifying ability of Trichoderma harzianum // European science review. – 2018. – № 1–2. – Р. 201–203.
19. Soporose as an inducer of cellulase in Trichoderma viride / M. Mandels [et al.] / J. Bacteriol. – 1962. – V. 83. – Р. 400–408.

 

Информация об авторах

канд.биол.наук, доцент Ташкентского государственного аграрного университета, Узбекистан, г. Ташкент

сandidate of Biological Science, dotcent Tashkent State Agrarian University, Uzbekistan, Tashkent

д-р биол. наук, профессор, Институт микробиологии АН РУз, Узбекистан, г.Ташкент

Doctor of Biological Science, Professor, Institute of Microbiology, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

канд. с.-х. наук, доц., Ташкентский государственный аграрный университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

candidate of agricultural sciences, docent Tashkent State Agrarian University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top