Dmitry Edelev, Mikhael Sulman, Alexander Sidorov, Elena Ozhimkova, Boris Tihonov, Valentin Doluda, Esfir Sulman, Galina Rabinovich. Ожимкова, 3Б.Б. Тихонов, 2В.Ю. Долуда, 3Э.М. Сульман, 2Г.Ю. Рабинович.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
>I/,?o6jj7
?áás,//?.r+?ivesmveráes.Tr/?o6jj7
SmbKiááe/MokSekoV
>
isKmái/is+iiMryeM++ess
r+?iveTrá?e/esiáM//isseKiMáiMTs+i
eMái}+reser+?/+mKeMás-w?eá?erá?eyremb
is?e/rMá.T?e/+mKeMásKy+KeTrK
áe+?iM;M/reser+?iMsáiámáiMsiMSrM+er
br/-rTrKmbi+rriváereser+?+eMáers.
Ƕr+?ivemveráemri/is+iiMire
>
-esá
/esáiMûem/ûƬáeá¨/izmsiM/e/+mKeMás
s+ieMái}[mes/eMivemre+?er+?e-mbiûsmMM-
ûKMMá/esûábisseKeMás/ǶeMsei;MeKeMáeá/e
re+?er+?eTrMÏismûárM;ers-/esbráires
mbi+smrivûs.
PssibewysTbi+MversiMTsMiM+MáiMiM;
Máwsáe/￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿
.KiáryN/eev-Ji?eSmKM-eM/erSi/rv-NeM?iKv-Bris
Ti?Mv-oeMáiM.m/-Ns}rSmKM-:iM_biMvi+?
T+iáeá?isversiM,
.KiáryN/eev-Ji?eSmKM-eM/erSi/rv-NeM?iKv-BrisTi?Mv-eá..Pssibe
wysTbi+MversiMTsMiM+MáiMiM;Máwsáe/￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿.
S+ieMái}+M/Te+?Mi+>er/Tá?eo;re;iM/￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿-koj-.oj6oV.f?
o6jj7=
>I/,?o6jj7
?áás,//?.r+?ivesmveráes.Tr/?o6jj7
SmbKiááe/MokSekoV
>
isKmái/is+iiMryeM++ess
r+?iveTrá?e/esiáM//isseKiMáiMTs+i
eMái}+reser+?/+mKeMás-w?eá?erá?eyremb
is?e/rMá.T?e/+mKeMásKy+KeTrK
áe+?iM;M/reser+?iMsáiámáiMsiMSrM+er
br/-rTrKmbi+rriváereser+?+eMáers.
Ƕr+?ivemveráemri/is+iiMire
>
-esá
/esáiMûem/ûƬáeá¨/izmsiM/e/+mKeMás
s+ieMái}[mes/eMivemre+?er+?e-mbiûsmMM-
ûKMMá/esûábisseKeMás/ǶeMsei;MeKeMáeá/e
re+?er+?eTrMÏismûárM;ers-/esbráires
mbi+smrivûs.
PssibewysTbi+MversiMTsMiM+MáiMiM;
Máwsáe/￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿
.KiáryN/eev-Ji?eSmKM-eM/erSi/rv-NeM?iKv-Bris
Ti?Mv-oeMáiM.m/-Ns}rSmKM-:iM_biMvi+?
T+iáeá?isversiM,
.KiáryN/eev-Ji?eSmKM-eM/erSi/rv-NeM?iKv-BrisTi?Mv-eá..Pssibe
wysTbi+MversiMTsMiM+MáiMiM;Máwsáe/￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿.
S+ieMái}+M/Te+?Mi+>er/Tá?eo;re;iM/￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿-koj-.oj6oV.f?
o6jj7=

136

Научно
-
технический вестник Поволжья №3 2013

Технические науки

05.18.07

1
Д.А. Еделев,
2
М.Г. Сульман,
2
А.И. Сидоров,
3
Е.В. Ожимкова,

3
Б.Б. Тихонов,
2
В.Ю. Долуда,
3
Э.М. Сульман,
2
Г.Ю. Рабинович


1
Московский государственный университет пищевых производств, Москва

2
Тверской государственный техни
ческий университет, Тверь

3
Тверской государственный университет, Тверь

Тверь,
science
@
science
.
tver
.
ru


ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ БИОКОНВЕРСИИ САПОНИНСОДЕРЖАЩИХ
РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ


В статье изучена возможность проведения биокаталитической утилизации
органических от
ходов производства сапонинов из корня
Saponaria

officinalis
. Практическое
использование этого процесса позволит обеспечить переработку отходов с получением
ценных продуктов, в первую очередь
-

удобрений.


Ключевые слова:
сапонины,
Saponaria

officinalis
, би
оконверсия, растительные отходы.


В последние годы значительно увеличилась интенсивность использования
микробиологических процессов для биоконверсии растительного сырья, то есть для
превращения компонентов растительной массы в полезные вещества и продукты
с помощью
микроорганизмов. Особая перспективность работ, посвященных биоконверсии
растительного сырья, определяется тем, что ресурсы растительного сырья возобновляемы и
практически неисчерпаемы. Для повышения экологичности и экономической эффективности
про
цессов утилизации органических отходов необходимо создание новых методов
биоконверсии путем использования более эффективных микроорганизмов и
технологических режимов процесса.

Эффективность биоконверсии зависит от очень широкого диапазона факторов:
генети
ческих свойств микроорганизма, характера субстрата, биохимических и
физиологических процессов и т.д. Известно много способов интенсификации процессов
биоконверсии: оптимизация состава питательной среды и условий культивирования
микроорганизмов, повышение к
онцентрации микробной биомассы в среде, иммобилизация
клеток на инертном носителе, внедрение непрерывных процессов и их автоматизация,
совершенствование технологического оборудования 3.

В условиях современного рынка комплексная переработка растительного

сырья имеет
особое экономическое значение. В последнее десятилетие за рубежом для решения сырьевых
и энергетических проблем активно ведутся работы по получению биоэтанола и фурфурола
на основе древесины и сельскохозяйственных отходов. В производстве биоэт
анола чаще
всего используют альтернативные технологии комплексной переработки растительного
сырья.

Сапонины являются объектом повышенного внимания биотехнологов благодаря их
биологическим свойствам 5, 6
.
Широкий спектр биологического действия сапонинов
базируется на способности этих веществ модифицировать структурно
-
функциональные
свойства клеточных мембран. Сапонины обладают гемолитической, цитотоксической,
антивирусной, антифунгальной, антидрожжевой и антипаразитрной активностью 6.
Сапонины способств
уют быстрому усвоению воды и столь же быстрому ее дренированию.
Но наиболее интересной их особенностью является то, что при введении их в ту или иную
экосистему они способствуют созданию особой микрофлоры. Эта микрофлора становится
источником быстрой проли
ферации благотворных микроорганизмов и бактерий и
уничтожения патогенных микроорганизмов и бактерий. Сапонины могут оказывать влияние
на проницаемость растительных клеток. Определенные концентрации сапонинов ускоряют

137

Научно
-
технический вестник Поволжья №3 2013 Технические науки

прорастание семян, рост и развитие раст
ений, а в увеличенных концентрациях могут их
тормозить. Особую роль выполняют в растениях фриделиновые тритерпены фриделин,
церин, поскольку они содержатся в лубе растений 1.

Биотрансформация тритерпеновых гликозидов прохо
дит последовательно в 2 стадии
.

В первую очередь отщепляются и подвергаются биотрансформации гидролизу боковые
олигосахаридные цепи, которые являются источником энергии для микроорганизмов.
Биотрансформация тритерпенового пентациклического агликона затруднена из
-
за наличия
циклически
х звеньев и обычно заключается в изменении характера функциональных групп
4, 7, 11. В работе 7 приведены результаты исследований по микробной
биотрансформации моно
-

, ди
-

и тритерпенов, в частности
-

18

-
глицирризиновой кислоты,
широко известного биоло
гически активного вещества корня солодки 
G
mi] i. Она
была подвергнута ферментации C.im
ll
  с получением гидроксилированного
продукта
-

3

,7

-
дигидрокси
-
11
-
оксо
-
олеан
-
12
-
ен
-
30
-
оевой кислоты. Этот продукт ранее уже
был получен при
ферментации
18

-
глицирризиновой кислоты
Curvularia

lunata

[10].
Также
она была ферментирована
Fusarium

lini

с получением окисленного метаболита
-

3,11
-
диоксо
-
олеан
-
12
-
ен
-
30
-
оевой кислоты, который являетс
я полусинтетическим производным

18

-
глицирризиновой ки
слоты 8, ее микробным метаболитом 15, а также был изолирован
из
Maytenus

undata

13. Таким образом, было показано, что
биотрансформации
подвергаются только функциональные группы агликона
18

-
глицирризиновой кислоты
.

В статье 12 исследована биодеград
ация сапонинов
Quillaja

saponaria

смешанной культурой
микроорганизмов рубца. Сапонины инкубировались при 39ƒC
in

vitro

в среде, содержащей
жидкость из рубца коровы, откармливаемой грубой пищей.

Инкубация в течение 9, 12 и 24 ч
уменьшила содержание сапонино
в на 16, 45 и 100 соответственно.

В работе 14
изучена биоконверсия стероидных сапонинов в ioo ]iii грибом $Pi.
o] с получением диосгенина. Во время биотрансформации гидролизировались сахарные
цепи сапонинов и содержание проду
кта гидролиза диосгенина увеличилось в 16 раз за 84
часа брожения. В статье 9 исследовали способность сапонинсодержащей суспензии
увеличивать аэробную биодеградацию фенантрена.

Эксперименты показали уменьшение
содержания кислорода с 20 до 5 в течение

5 дней и, соответственно, 34.4
-
ную
конверсию начального фенантрена через 8 дней.
Таким образом, сапонинсодержащие
растительные отходы являются перспективным сырьем для проведения процессов
биоконверсии.

Эффективность процесса биоконверсии растительного
сырья существенно зависит от
состава питательной среды. В связи с этим задачей данного исследования было изучение
элементного состава сапонинсодержащих растительных отходов, по результатам которого
можно сделать вывод о целесообразности использования расти
тельных отходов в
биотехнологическом производстве органических удобрений.

Методики проведения экспериментов

Объектами исследований являлись сапонинсодержащие растительные отходы
производства водного экстракта корней
Saponaria

officinalis
.

1)
Рентгенофотоэл
ектронная спектроскопия РФЭС

Фотоэлектронные спектры были получены с помощью модифицированого электронного
спектрометра ЭС 2403 М
-
Т СКБ АП РАН оснащенного анализатором энергий
PHOIBOS
-
100
-
MCD

(
SPECS
, Германия и рентгеновским источником
XR
-
50 (
SPECS
, Гер
мания.

Для возбуждения использовалось характеристическое
MgK


излучение 
h


 1253.6 эВ
мощностью 100 Вт. Статическая зарядка образца нейтрализовалась потоком
низкоэнергетических электронов. Измельченный лиофильно высушенный образец материала
был закрепл
ен на предметном столике с помощью двусторонней липкой ленты, помещен в
шлюзовую камеру и дегазирован при 1 Па в течении 20 мин. После чего образец был
перенесен в высоковакуумную камеру и дегазирован до давления 1
.
10
-
6

Па в течении 1 часа,
затем дегазиров
анный образец был перенесен в аналитическую камеру и подвергнут анализу.
В ходе эксперимента регистрировался обзорный спе
ктр образца в диапазоне энергий


138

Научно
-
технический вестник Поволжья №3 2013

Технические науки

0
-
1100 эВ с шагом 0.5 эВ и энергией пропускания анализатора 40 эВ, что соответствует
ПШПВ
Ag

3
d
5/2

1.4
эВ. Время накопления сигнала 0.5 с.

2 Рентгенофлюоресцентный анализ РФА

В работе использовали рентгеновский аналитический спектрометр
VRA
-
30 фирмы
Karl

Zeiss

Германия и прибор
Elemental

analyzer

Китай,
CARLO

ERBA
,
MODEL

1106).

Результаты и обсуждени
е

Результаты РФЭС и РФА исследований представлены на рисунке 1 и в таблице 1
.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований возможности
биоконверсии растительных отходов, содержащих сапонины, можно сделать следующие
выводы.

Растительные отх
оды, обычно подвергаются эффективной биоконверсии в составе
сложной смеси, содержащей торф, навоз, птичий помет и

другие органические отходы.

В полученную смесь при необходимости вносятся экзогенные ферменты, минеральные
вещества, факторы роста. Доля расти
тельных отходов обычно составляет 30
-

50 %.

При использовании продуктов биоконверсии в качестве удобрений и для снижения затрат
применяют смеси 2:

-

растительные отходы 30
-

50 %)
-

навоз 20
-

30 %)
-

торф 20
-

30 %);

-

растительные отходы 30
-

50
%)
-

навоз 50
-

70 %);

-

растительные отходы 30
-

50 %)
-

птичий помет 50
-

70 %).


Рис. 1
-

Состав образцов растительных отходов по данным РФЭС




139

Научно
-
технический вестник Поволжья №3 2013 Технические науки

Таблица 1
-

Результаты элементного анализа образцов шрота SPoi offiii
s

Элемент

Результат,  масс.

Метод анализа

РФА

РФЭС

Азот

1.49

1.44

1.22

Углерод

46.06

46.37

71.76

Водород

6.61

6.52

-

Кислород

43.21

42.97

20.5

Алюминий

0.95

0.89

1.2

Фосфор

0.35

0.45

0.4

Хлор

0.07

0.08

0.16

Калий

0.53

0.6

0.47

Кальций

0.73

0.68

0.82

Медь

-

-

0.08

Натрий

-

-

0.09

Кремний

-

-

3.29


Другие компоненты и экзогенные ферменты обычно не применяются.

Растительные отходы производства водного экстракта сапонинов
Saponaria

officinalis

содержат в основном полисахариды, в небольшом ко
личестве белки, липиды и минеральные
вещества, а также остаточное количество сапонинов. Исходя из результатов элементного
анализа и брутто
-
формул белков, углеводов, сапогенина, липидов, можно рассчитать
примерное содержание основных химических в
еществ в ра
стительных отходах:
углеводы
-

72
-

73 ; липиды
-

0.8
-

0.9 ; белки
-

8
-

8.5 ; агликоны сапогенины
-

5
-

6 %.

Тритерпеновые пентациклические сапонины в процессе биоконверсии биодеградируют
ступенчато. В

первую очередь отщепляются и подвергаются био
трансформации гидролизу
боковые олигосахаридные цепи как обычные олиго
-

и полисахариды. Они являются
источником энергии для микроорганизмов. Биотрансформация тритерпенового
пентациклического агликона затруднена из
-
за наличия циклических звеньев и обыч
но
заключается в изменении характера функциональных групп. При этом происходит
значительная потеря биологической активности исходного сапонина.

Сапонины, являясь поверхностно
-
активными веществами, могут положительно влиять на
аэробную биодеградацию растите
льного сырья, особенно при суспензионной технологии
биоконверсии.


Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки
Российской Федерации за счет средств государственного контракта №16.522.12.2018.





140

Научно
-
технический вестник Поволжья №3 2013

Технические науки

Список литературы


1.
Мурав
ьева Д.А., Самылина И.А., Яковлев Г.П.

Фармакогнозия. М.: Медицина, 2002. 656

с.

2. Патент
-

2126779 РФ, МПК
C05)9/00, $23D1/00. Способ получения кормовой добавки и
удобрения из органических отходов / Н.Г. Ковалев, Г.Ю. Рабинович, Э.М
. Сульман,

С.Л. Пакшве
р.
-

№ 98100353/13; Заяв. 20.01.1998;
Опубл.:
27.02.1999.

3.

Сушкова В.И., Воробьѐва Г.И.

Безотходная конверсия растительного сырья в биологически
активные вещества. М.: ДеЛи, 2008. 216 с.

4.
Толстиков Г.А., Балтина Л.А., Толстикова Т.Г., Шульц Э.Э.
Синтет
ические
трансформации высших терпеноидов и алкалоидов обзор. Химия и компьютерное
моделирование. Бутлеровские сообщения. 2002. № 7, с. 9
-
20.

5.

Юдина Т.П., Гореньков Э.С., Черевач Е.И., Бабин Ю.В., Баркулова И.С., Сидорова Т.А.,
Масленникова Е.В.

Исследо
вание процессов экстракции сапонинов из корней мыльнянки
SPoi offiii L. // Хранение и переработка сельхозсырья. 2007. № 10. С. 21
-
23.

6.

Юдина Т.П., Сахарова Т.Г., Сахарова О.В., Юферова А.А., Черевач Е.И., Фролова Г.М.

Пищевая безопасность сапон
инов корней
Saponaria

Officinalis

L. // Известия вузов. Пищевая

технология
. 2010.
№5
-
6
.
С
. 22
-
25.

7.
Ali Siddiqui Z.

Biotransformational studies ofn bioactive secondary metabolites of plant origin.
Dissertation, Doctor of Philosophy, Pakistan, H.E.J. I
nsti
tute Research Institute of
Chemistry, 2007.

8.
Baran

I.S.,
Langford

D.D.,
Liang

C.D., Pitzele B.S. Synthesis and biological activities of
substituted glycyrrhetic a
с
id // Journal of Medical Chemistry. 1974. Vol. 17. PP. 184
-
191.

9.
Choi Y.J., Kim Y.
-
J., Na
m K.

Enhancement of aerobic biodegradation in an oxygen
-
limiting
environment using a saponin
-
based microbubble suspension //

Environmental Pollution. 2009.

Vol. 157. PP. 2197

2202.

10.
Choudhary M.I., Siddiqui

Z.A., Nawaz

S.A., Rahman A.

Microbial transfor
io of 18ȕ
-
glycyrrhetinic acid by
Cunninghamella elegans

and
Fusarium lini
, and lipoxygenase inhibitory
activity of transformed products // Natural Product Research: Formerly Natural Product Letters.
2009. Vol. 23. Iss. 6. PP. 507
-
513.

11.
Lindmark
-
Henr
iko M., Iko ., Vk T., Vová I., H H.
-
E., Si

K.

Transformation of terpenes using a
Picea abies
suspension culture // Journal of Biotechnology.
2004. Vol.107. PP. 173

184.

12.
Makkar

H.P.S.
,

Becker K.

Degradation of quillaja saponin
s by mixed culture of rumen
microbes // Letters in Applied Microbiology.
1997. Vol. 25. PP. 243
-
245.

13.
Muhammad I., El Sayed K.A., Mossa J.S., Al
-
Said M.
S., El
-
Feraly F.S., Clark A.M.,

Hufford C.D., Oh S., Mayer A.M.
Bioactive 12
-
oleanene triterpene and
secotriterpene acids from
Maytenus undata //

Journal of natural products. 2000. Vol. 63. Iss. 5. PP. 605
-
615.


14.
Qi S.
-
S., Dong Y.
-
S., Zhao Y.
-
K., Xiu Z.
-
L.
Qualitative and Quantitative Analysis of Microbial
Transformation of Steroidal Saponins in Diosc
orea zingiber
ensis // Chromatographia. 2009.

Vol. 69. PP. 865

870.

15.
Yamada Y., Nakamura A., Yamamoto K., Kikuzaki

H.
Transformation of Glycyrrhizic Acid by
Aspergillus spp. //

Bioscience, Biotechnology and Biochemistry. 1994. Vol. 58. Issue 2. PP. 436
-
437.





Приложенные файлы

  • pdf 46481267
    Размер файла: 783 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий