Микробиологическая конверсия целлюлозосодержащего сырья мицелиальным грибом Trichoderma harzianum

Аннотация

Актуальность н востребованность темы диссертации. В настоящее время во всем мире для решения проблемы дефицита полноценного кормового белка широко используются ферментные препараты микробиологического происхождения. Ожидается, что в 2020 году общий объем продаж промышленных ферментов на основе микроорганизмов на мировом рынке составит 6,2 млрд, долларов США, при этом на долю широко используемых в животноводстве целлюлаз придется 15-20%. Следовательно, выделение целлюлозоразлагающих ферментов из микроорганизмов, в частности, микромицстов, производство на их основе биопрепаратов, обогащающих состав кормов, имеет актуальное значение. В настоящее время в мировом сельском хозяйстве уделяется большое внимание созданию белково-витаминизированных кормовых препаратов для животных, улучшению перевариваемости кормов, получению различных ферментных препаратов на основе микромицстов для создания силосных заквасок. Комплекс целлюлол»ггнческих ферментов, продуцируемых грибами, особенно рода Trichoderma. обладают свойством активно разлагать целлюлозосодержащее сырье, в связи с чем, обогащение состава кормов в животноводстве микробиологическим способом требует выделения активных штаммов, участвующих в биоконверсии растительных отходов, и направления их на производство. Поэтому, отбор штаммов грибов, продуцирующих целлюлолитические ферменты, подбор оптимальных питательных сред и условий их культивирования, повышение стабильности используемых в промышленности микроорганизмов, разработка белково-витаминизированных кормовых добавок и биопрепаратов на основе микромицетоов, продуцирующих целлюлолитические ферменты, имеют научно-практическое значение. После приобретения независимости нашей Республикой были проведены многочисленные реформы в сфереразвития животноводства. На основе программных мер, организованных в данном направлении, были достигнуты определенные результаты, в частности, расширена кормовая база животноводства, улучшено обеспечение сельскохозяйственных животных сбалансированными высококачественными кормами, а также увеличено их производство. Кроме того, не уделялось должного внимания внедрению в производство современных технологий, повышающих качество комбикормов на основе микромицстов, в частности, грибов рода Trichoderma. В стратегии действий по развитию Республики Узбекистан1 отмечена задача «обеспечить животноводство качественными кормами, биодобавками, витаминами и другими кормовыми единицами». Исходя из поставленных задач, важное научно-практическое значение имеет, в частности, выделение микромицстов, продуцирующих физиологически активные соединения и создание на их основе биотехнологий производства белково-витаминизированных кормовых добавок, биопрепаратов и силосных заквасок. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлениях Президента Республики Узбекистан №ПП-842 от 21 апреля 2008 года «О дополнительных мерах по усилению стимулирования увеличения поголовья скота в личных подсобных, дехканских и фермерских хозяйствах и расширению производства животноводческой продукции», № ПП-2841 от 16 марта 2017 года «О дополнительных мерах по углублению экономических реформ в животноводстве» и Указе Президента №УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», а также других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является выделение новых активных местных штаммов микромицетов, образующих ферменты целлюлолитического комплекса и ксиланазу, отбор эффективного штамма, осуществляющего биоконверсию растительных субстратов с целью создания биопрепарата для животноводства. Научная новизна исследования заключается в следующем: отобран и идентифицирован в результате скрининга среди выделенных микроорганизмов новый быстрорастущий местный штамм гриба Т. harzianum UzCF-28, образующий в культуральной жидкости широкий спектр активных целлюлолитических ферментов и ксиланазу; определена биоконверсия целлюлозных субстратов грибом Т. harzianum UzCF-28 и обогащение их усвояемыми углеводами, белками, аминокислотами; выделены из культуральной жидкости гриба Т. harzianum UzCF-28 ферменты EG II и EG III с молекулярной массой 135 и 75 кДа, описаны их физико-химические свойства; создан впервые в республике на основе быстрорастущего местного штамма гриба Т. harzianum UzCF-28 биопрепарат «Трихостим», используемый для силосования растительной массы и обогащения различных целлюлозосодержащих субстратов. Определены микробиологические, биохимические, органолептические показатели силоса, приготовленного в лабораторных и производственных условиях. Выводы На основе исследований, проведенных в рамках диссертации на тему «Микробиологическая конверсия целлюлозосодержащего сырья мицелиальным грибом Trichoderma harzianum», представлены следующие выводы: 1. Отобранный в результате скрининга, среди выделенных из различных природных источников 60 штаммов микромицетов, быстрорастущий местный штамм гриба Trichoderma sp. 28, активно продуцирующий комплекс целлюлолитических ферментов и ксиланазу, идентифицированный как Т. harzianum UzCF-28, служит перспективным продуцентом для создания биопрепарата для животноводства. 2. Для глубинного культивирования продуцента с целью получения активных ферментов целлюлолитического комплекса, сахаров и белка рекомендована видоизмененная среда Мандельса с использованием в качестве источника азота (NH-OzSCh, углерода - 2% целлюлозосодержащих субстратов. Исходное значение pH среды 5,0-5,5, температура культивирования 28-30°С, с использованием инокулюма в количестве 2% с концентрацией 106"7 спор/мл. Установлены параметры для твердофазного культивирования: начальная влажность 45-50%, с использованием инокулюма 6-суточного возраста в количестве 3-5% с концентрацией 106*7 спор/мл. 3. Показано, что пшеничная солома и другие целлюлозосодержащие субстраты, имеющие низкие кормовые качества при обработке культуральной жидкостью гриба Т. harzianum UzCF-28 могут быть превращены в ценный кормовой продукт, обогащенный белками, сахарами и аминокислотами. Общее количество аминокислот в мицелии гриба Т harzianum UzCF-28 составило 41,6%, в том числе незаменимых аминокислот - 17,3%. В культуральной жидкости преобладали такие аминокислоты, как аргинин - 0,37%, лизин - 0,32%, фенилаланин - 0,26%, являющиеся лимитированными в кормах. 4. Разработаны условия выделения из культуральной жидкости гриба Т. harzianum UzCF-28 и очистки до гомогенного состояния двух молекулярных форм эндо-1,4-р-глюканазы EG II и EG III, отличающихся от известных продуцентов молекулярными массами равными 135 и 75 кДа, соответственно. Установлено, что они различаются по физико-химическим свойствам. Способность данных ферментов сохранять свою активность при температуре до 60-70°С в диапазоне pH от 4,0 до 6,0 является важнейшей характеристикой дляих использования при переработке сельскохозяйственных отходов в условиях жаркого климата республики. 5. Установлено, что гриб Т harzianum UzCF-28 не проявляет антагонистической активности по отношению к пробиотическим микроорганизмам, выделенных из фекалий молодых телят. 6. На основе местного штамма гриба Т harzianum UzCF-28, создан биопрепарат «Трихостим», рекомендованный для использования в животноводстве. В фермерском хозяйстве «Элатон балик чорва» Жомбойского района Самаркандской области проведены испытания биопрепарата при приготовлении силоса из клевера в количестве 100 тонн. Получен силос с хорошими биохимическими и микробиологическими характеристиками, соответствующий ГОСТУ 23638-90. Показано положительное влияние биопрепарата «Трихостим» на увеличение удоя молока.