Микробная переработка отходов и побочных продуктов сельского хозяйства

1.

МИКРОБНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ
И ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ СЕЛЬСКОГО
ХОЗЯЙСТВА
Выполнила ст. гр. МТБ01-23-01 Никонова Е. И.

2.

АКТУАЛЬНОСТЬ
• В современном мире возрастает тенденция к использованию
возобновляемого дешевого и легкодоступного сырья для производства
разнообразных химических продуктов. Таким сырьем могут служить отходы
сельского хозяйства и пищевой промышленности. Одним из эффективных
направлений утилизации этих отходов является микробиологическая
переработка, которая позволит уменьшить экологическую нагрузку
производств на окружающую среду и получать ценные вещества различного
назначения.
2

3.

М ИКРО БИО ЛОГИЧЕСКАЯ
ПЕ РЕ РА БОТКА РА С Т И ТЕЛЬНОЙ
БИО М А СС Ы
• Способностью разлагать целлюлозу обладают
некоторые
анаэробные
грибы
рубца:
Neocallimastix frontalis, Sphaeromonas communis,
Piromonas communis.
Растения содержат крахмал, целлюлозу,
гемицеллюлозы, лигнин, пектиновые вещества
и др. Кроме того, в растениях имеется много
гликопротеинов.
Для преобразования растительной биомассы
в целевые продукты используются микробные
клетки и содержащиеся в них ферменты.
Некоторые из них находятся в рубцах
желудка жвачных животных.
• Бактерии Bacteroides succinogenes способны
разлагать целлюлозу, целлобиозу, глюкозу,
крахмал и другие углеводы, фиксирует СО2,
продуцирует внеклеточную эндоглюканазу.
3

4.

4

5.

CH3
H3C
Поскольку лигнин очень устойчив и
защищает целлюлозу от воздействия
большинства микроорганизмов, то,
чтобы целлюлоза стала доступной
для утилизации, лигнин должен быть
предварительно
разрушен.
Некоторые высшие грибы как
Planerocheate
chrysosporium
способны разрушать лигнин, а другие
съедобные грибы, принадлежащие,
например,
к
родам
Lentinus,
Volveriella или Pleurotus, превращают
лигноцеллюлозу непосредственно в
грибной белок, пригодный для
пищевых целей.
CH3
OH
O
O
OH
H3C
Фрагмент лигнина и
возможная реакция
микробного расщепления
CH3
CH3
H3C
CH3
O
O
OH
CH3
OH
Ligninase
CH3
O
OH
OH
OH
Частично разрушенный
лигнин
O
O
O
OH
OH
O
HO
HO
OH
O
OH
5

6.

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ
СИНТЕЗ БЕЛКА
Ежегодно
в
нашей
стране
накапливается свыше 300 млн т
соломы, из них 70—80 млн т идет
на корм скоту, более 30 млн т
поступают
на
предприятия
гидролизной
промышленности.
Около 50% соломы может быть
использовано
для
получения
кормового
белка
(протеина)
грибного происхождения.
• Из способов получения белка на основе
лигноцеллюлоз наиболее известным является
способ Waterloo, разработанный в Канаде. В
качестве субстратов используются багасса,
солома
злаковых
культур,
кукурузная
кочерыжка, а также отходы животноводческих
ферм. Продуцентом является гриб Chaetomium
cellulolyticum. Содержание белка в конечном
продукте (высушенном грибном мицелии)
составляет 45%.
• Финская фирма «Тампелла» разработала
технологию белкового кормового продукта
«Пекило» на отходах целлюлозно-бумажного
производства. Продукт содержит до 60%
протеина
с
хорошим
аминокислотным
профилем
и
значительным
количеством
витаминов группы В.
6

7.

Таблица 1. Сводная информация о различных агропищевых отходах, используемых для производства микробного белка различными микроорганизмами
Agro-food waste source
Soy molasses, soybean wastewater
Corn steep liquor
Sugarcane molasses
Microorganisms used
Aspergillus oryzae, Candida tropicalis, Rhodobacter sphaeroides
Type
Yeast, Fungal, PSB protein
Bacillus subtilis, Candida utilis, Aspergillus niger
Yarrowia lipolytica, Methylophilus methylotrophus
Bacterial, Yeast protein
Bacterial protein, Yeast protein
(Bayat kohsar et al. 2021)
(Chee et al. 2019; Yan et al. 2018)
Potato starch wastewater
Candida utilis, Methylocystis species, Aspergillus niger, Bacillus
subtilis
Kluyveromyces fragile, Kluyveromyces marxianus, Lactococcus
sp., Candida curvata, and Trichosporon cutaneum
Bacterial protein
(Kurcz et al. 2018; Liu et al. 2014)
Yeast protein
(Ghaly et al. 2005; Matassa et al. 2022; Moon
et al. 1978)
Brewery waste (spent grains)
Rhizopus oligosporus, Prevotella
Bacterial, Fungal protein
(Lee et al. 2015; Tomlinson 1976)
Palm kernel cake
Wheat & Rice bran
Aspergillus niger, Bacillus subtilis
Candida utilis, Rhizopus oligosporus,
Fungal, Bacterial protein
Fungal protein
Cheese whey
References
(Gao et al. 2012; He et al. 2010)
Pineapple waste
Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis
Yeast protein
(Bayat kohsar et al. 2021)
(Ibrahim Rajoka et al. 2004; Yunus et al.
2015)
(Sharif et al. 2021; Vendruscolo et al.
2008)
(Aker and Robinson 1987; Khan et al.
2022)
(Chowdhary et al. 2021; Reihani and
Khosravi-Darani 2019)
(Mensah and Twumasi 2017; Nigam 1998)
Carrot waste
Saccharomyces cerevisiae, Lactobacillus plantarum
Lactic acid bacteria protein
(Khan et al. 2022; Razzaq et al. 2022)
Tomato waste
Aspergillus niger, Saccharomyces cerevisiae
Algael, Fungal protein
(Awad Saad Allah 2021; Razzaq et al. 2022;
Wadhwa and Bakshi 2016)
Cauliflower waste
Saccharomyces cerevisiae, Torula utilis, and Candida lipolytica
Yeast protein, bacteria protein
(Chanda and Chakrabarti 1996;
Hashempour-Baltork et al. 2022; Wadhwa
and Bakshi 2016)
Watermelon waste
Animal waste and Manure
Bacillus subtilis, Borassus flabellifer
Methanotrophic (MOB) and hydrogenotrophic (HOB)
Bacterial protein, Yeast protein
Bacterial protein
(Thiviya et al. 2022a)
(Kerckhof et al. 2021; Verbeeck et al. 2021)
Apple pomace
Candida utilis
Yeast protein
Banana waste
Candida utilis
Yeast protein
Grape pomace
Aspergillus oryzae
Fungal protein
7

8.

ПО Л У ЧЕНИЕ Т Е Х Н ИЧЕСКИ
В А Ж Н ЫХ ХИ М ИЧЕС КИХ
ПРО ДУ КТО В
Отходы
могут
использоваться
непосредственно как дешевое
сырье
для
биохимического
производства.
• Перспективно
использование
для
молочнокислого брожения штаммов
микроорганизмов,
вырабатывающих
комплекс амилолитических ферментов и
обеспечивающих прямую ферментацию
крахмала в молочную кислоту с
использованием штамма Rhizopus oryzae
NRRl-395.
• Получение молочной кислоты была
проведена также с использованием
рубцовой бактерии Streptococcus bovis,
которая в отличие от большинства
молочнокислых
бактерий
обладает
амилолитической
активностью
и
способна сбраживать сырой крахмал.
8

9.

• Крахмалосодержащие отходы могут служить сырьем и для получения других ценных продуктов.
В частности, рисовые отруби — отход переработки рисовых зерен — использовались для
получения циклодекстринов.
Структуры трёх основных циклодекстринов
9

10.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!