Анотація до роботи:

Килименчук О.О. Розробка біотехнології одержання кормового білка на основі нетрадиційної рослинної сировини: – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 03.00.20 – біотехнологія. – Одеська національна академія харчових технологій, Одеса, 2003.

Дисертацію присвячено розробці технології одержання біологічно активних кормових дріжджів на основі нетрадиційної рослинної сировини.

Сукупність результатів теоретичних та експериментальних досліджень дозволила сформулювати доцільність використання нетрадиційних рослинних відходів, а саме, обрізків фруктових дерев, стебел хмелю та рицини для конструювання поживних середовищ з подальшим культивування на їх основі кормової біомаси.

Встановлено, що будова основних, виділених та досліджених біополімерів сировини впливає на кінетичні характеристики їх ензиматичної та кислотної деградації. Експериментально підтверджено, що поживні середовища, одержані кислотною та ензиматичною деполімеризацією нетрадиційної сировини, є доброякісними для культивування симбіотичної асоціації дріжджів Pichia species, Candida species, Candida tropicalis, Trichosporon cutaneum, підібраної за результатами теоретичних обґрунтувань і практичних досліджень.

Експериментально визначено і підтверджено, в умовах виробництва, оптимальну кількість внесення морських солей на стадії гідролітичної деструкції сировини і культивування дріжджів, котра інтенсифікує вихід біомаси і підвищує її біологічну доброякісність.

За результатами досліджень розроблено біотехнологію одержання біологічно активних кормових дріжджів. Робота була апробована на Миколаївському гідролізно-дріжджовому та Бендерському біохімічному заводах. Одержані дріжджі відповідають першій та вищій категоріях ГОСТу 20083-74, накопичують всі незамінні амінокислоти у підвищеній кількості.

1. Дисертаційну роботу присвячено розробці біотехнології одержання кормових дріжджів на основі нетрадиційних видів рослинної сировини — ОФД, СХ і СР. Доведено доцільність інтенсифікації процесу гідролізу сировини та культивування кормової біомаси морськими солями.

2. Досліджено технологічні властивості ОФД, СХ, СР. Показано, що подрібнення сировини до 25–35 мм по довжині волокна забезпечує високу насипну масу, змочуваність, добрі фільтруючі властивості, активну дифузію кислоти всередину частинок і вихід моносахаридів.

3. Вивчено хімічний склад сировини та її окремих анатомічних частин. Серед усіх компонентів переважають полісахариди 51,2–60,7 %, а також присутні екстрактивні 3,0–8,0 %, азотовмісні 4,9–8,5 %, мінеральні речовини 1,2–8,1 % у залежності від виду сировини та інші. У гідролізатах ЛГП і ТГП ідентифіковано весь набір моносахаридів. Доведено можливість використання усіх видів сировини як потенціального вуглецевмісного джерела для конструювання поживних середовищ для дріжджів.

4. Розроблено схему виділення, фракціонування полісахаридів анатомічних частин ОФД, СХ, СР. Вивчено властивості і встановлено будову полісахаридів виділених 6-10-відсотковим гідроксидом калію, котрі представлені глюкуроноксиланами і арабіноглюкуроноксиланами. Показано, що основний ланцюг глюкуроноксиланів і арабіноглюкуроноксиланів анатомічних частин ОФД, СХ побудовано із залишків D-ксилопіраноз, з’єднаних -1-4-глікозидними зв’язками, а у бокових відгалуженнях мають місце залишки D-ксилози, арабінози та уронових кислот.

5. Підібрано ферменти і визначено умови максимальної деградації сумарних препаратів ГМЦ, целюлози та сировини у цілому, яка досягається за 48 годин при масовій концентрації ферментів у реакційному середовищі 4–4,5 мг/см³, 5,5–6,0 мг/ см³, і 5,0 мг/см³ відповідно. Доведено, що використання композиції ферментів Амілоризину П10Х та Целокандину Г10Х у співвідношенні 1:1 значно підвищує ефективність гідролізу як окремих біополімерів, так і сировини у цілому. За 48 годин ступінь їх конверсії для СХ, СР та ОФД складав — 73,1 %, 68,6 %, 51,6 % відповідно. Встановлено, що ферментолізати мають повний набір моносахаридів, не містять інгібуючих речовин і можуть використовуватись як доброякісні поживні середовища для культивування дріжджів.

6. Досліджено кінетичні характеристики гідролізу усіх видів сировини. Показано, що під дією 0,6-відсоткової сірчаної кислоти, температури 120–150 С і ГМ 14, за 40–60 хвилин майже повністю розпадаються ЛГП. Максимальний ступінь гідролізу целюлози досягається при 190–195 С і складає для СР, СХ і ОФД — 92 %, 88 % і 78 % відповідно. Розроблено оптимальні режими гідролізу, які передбачають: завантаження — 30–45 хв.; прогрівання нижнюю парою — 20–25 хв. з двома здуваннями; перколяцію — 120–135 хв.; промивання — 20–25 хв.; віджимання — 30–40 хв.; вивантаження і огляд апарата — 10 хв. Загальна тривалість процесу 210–280 хв у залежності від виду сировини. Одержані за таких умов гідролізати біологічно активні і містять 90–95 % легкозасвоюваних моносахаридів, органічні кислоти, фосфор, азот та ін. речовини.

7. Підібрано монокультури та їх асоціацію (Candіda species, Candida tropicalis, Trichosporon cutaneum, Pichia species) — продуценти кормового білка для вирощування на одержаних гідролізатах. Показано, що як монокультури, так і їх асоціація, при високій швидкості протікання культурального середовища, активно асимілюють їх компоненти і накопичують біомасу до 12 г/дм³ АСД, з вмістом сирого протеїну до 56,7 %.

8. Домінуючими культурами в асоціації при культивуванні на гідролізатах усіх видів сировини були Pichia Species i Candida tropicalis. Математичне моделювання та аналіз визначили тип взаємовідносин між ними як коменсалізм-аменсалізм.

9. Досліджено і підтверджено в умовах виробництва, що додавання у реакційну суміш 0,2–1,8 % морських солей на стадії деградації сировини прискорює та підвищує вихід РР, біологічну доброякісність гідролізатів, збагачує їх всім спектром макро- і мікроелементів і скорочує тривалість процесу гідролізу. Одержані гідролізати забезпечують інтенсивний приріст біологічно активної дріжджової маси (до 98 % від РР) при швидкості протікання культурального середосища 0,300 год ^–1. Найкращі результати одержані на гідролізатах з масовою часткою морських солей один відсоток. Встановлено, що масова частка солей вже 0,025 %, безпосередньо внесена у біореактор, забезпечує підвищення продуктивності дріжджів на 35 % і 92–96-відсоткову утилізацію моносахаридів, а – 0,05 % сприяє росту всіх показників процесу культивування і готової продукції до найкращих.

10. Доказано, що дріжджі, одержані на основі нетрадиційних видів сировини, а також на їх гідролізатах з додаванням морських солей на різних стадіях технологічного процесу відносяться до вищої категорії, містять 54,6–62,8 % протеїну, вуглеводи, повний набір амінокислот, у тому числі всі незамінні, сумарна частка яких від усіх амінокислот складає від 54,8 до 68,8 %, відповідають вимогам ГОСТу 20083-74. Дріжджі не токсичні, не містять важких металів, не викликають бродіння, перетравлюваність їх білка досягає 92,4–93,2 %.

11. Розроблено біотехнології одержання кормових дріжджів на гідролізатах ОФД, СХ і СР, з їх інтенсифікацією морськими солями. Роботу апробовано на Миколаївському гідролізно-дріжджовому та Бендерському біохімічному заводах. Результати досліджень передані у вигляді розроблених технологічних режимів як доповнення до “Технологічного регламенту” даних заводів. Наукова новизна досліджень захищена авторським свідоцтвом.

Основний зміст роботи викладено у наступних публікаціях

1. Килименчук Е.А. Растительное сырье – источник углеродного питания для микроорганизмов // Научные труды международной конференции "Экология человека и проблемы воспитания молодых ученых". – Одесса: Астропринт. – 1997. 4.2. – С. 243–245.

Особистий внесок здобувача: проведення досліджень хімічного складу гідролізатів нетрадиційних видів сировини, обробка результатів, підготовка матеріалів до публікації.

2. Величко Т.О., Килименчук О.О. Ріст асоціації дріжджових культур в умовах конкуренції за один і той же лімітуючий субстрат // Збірник наукових праць Одеської державної академії харчових технологій. – Одеса, – 1999. – Вип. 19. – С. 172–176.

Особистий внесок здобувача: дослідження хіміко–технологічних показників поживних середовищ, аналіз результатів, підготовка матеріалів до публікації.

3. Величко Т.О., Килименчук О.О. Інтенсифікація мікробіологічного синтезу кормового білка природними мінеральними солями // Збірник наукових праць Одеської державної академії харчових технологій. – Одеса, – 1999. – Вип. 20. – С. 172–176.

Особистий внесок здобувача: дослідження режимів гідролізу сировини, аналіз гідролізатів, культивування дріжджів, узагальнення матеріалів, підготовка їх до публікації.

4. Величко Т.О., Осадча А.І., Килименчук О.О. Біологічно–активні речовини на основі рослинної сировини // Бюлетень інституту сільськогосподарської мікробіології УААН. – №7, – С. 31.

Особистий внесок здобувача: вивчення поведінки дріжджових культур в асоціатах, узагальнення матеріалів досліджень, підготовка їх до публікації.

5. Величко Т.О., Килименчук О.О. Біотехнологія одержання біологічно активних речовин на основі рослинної сировини // Збірник наукових праць Одеської державної академії харчових технологій. – Одеса, – 2001. – Вип. 22. – С. 68–71.

Особистий внесок здобувача: дослідження біохімічного складу рослинної сировини, участь у підготовці субстратів для культивування дріжджів в дослідно–виробничих умовах, розробка параметрів вирощування з використанням активаторів росту, узагальнення і підготовка матеріалів до публікації.

6. Величко Т.А., Килименчук Е.А. Получение кормовой биомассы из нетрадиционных растительных отходов в условиях производства // Зернові продукти і комбікорми. – 2001. – №4. – С. 38–40.

Особистий внесок здобувача: розробка режимів гідролізу і їх апробація в умовах виробництва, підготовка матеріалів до публікації.

7. Способ гидролиза растительного сырья. А.С. 1521778 СССР, МКИ С 1/02./ Голивец Г.И., Величко Т.А., Ваганова Г.В., Форсов В.И., Краев Л.Н., Килименчук Е.А. – №4265248/31–13. Заявлено 17.02.87; Опубл. 15.11.89, Бюл. №42, – 4с.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, підготовка матеріалів для розроблення авторського свідоцтва.

8. Величко Т.О., Килименчук О.О. Культивування дріжджових клітин на ферменталізатах рослинних відходів // Український біохімічний журнал. Матеріали VIII Українського біохімічного з'їзду. – Чернівці, – 2002, №4 б (додаток 2), – Т. 74, С. 152–153.

Особистий внесок здобувача: проведення досліджень з ферментативної деградації сировини і культивування дріжджів, узагальнення і підготовка матеріалів до публікації.

9. Величко Т.О., Килименчук О.О. Біоконверсія рослинних відходів для одержання кормового білка // Матеріали 69–ої наукової конференції молодих вчених аспірантів і студентів "Розроблення, дослідження і створення продуктів функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової і переробної промисловості. – Київ: НУХТ. – 2003. – Ч. 2. С. 70.

Особистий внесок здобувача: характеристика ферментних систем, культивування дріжджів на ферментолізатах, узагальнення і підготовка матеріалів до публікації.