Способ получения питательной среды для выращивания грибной биомассы

 

Изобретение относится к агропромышленности, в частности к производству сред для выращивания экологически чистых грибов. Способ получения среды заключается в следующем: готовят реакционную смесь, состоящую из водного раствора поливинилового спирта (ПВС), водного раствора неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) и сшивающего агента (мочевина, глиоксаль). Смесь вспенивают до увеличения объема в 2,5-3 раза и вводят катализатор реакции ацеталирования. Затем в вспененную массу вводят целлюлозные отходы текстильного производства и полученную композицию заливают в формы, кондиционируют при нагревании, промывают до нейтрального значения рН и отсутствия следов сшивающего агента в промывных водах. Промытую композицию пропитывают питательным раствором. В качестве отходов текстильного производства используют льняную костру и/или хлопковые очесы "галочка". Питательный раствор содержит глюкозу, пептон, KH₂PO₄, K₂HPO₄, MgSO₄, CuSO₄,FeSO₄·7H₂O, CaCl₂. Среда позволяет увеличить урожайность грибов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области агропрома, в частности к производству (выращиванию) экологически чистых грибов с высокими вкусовыми и питательными качествами и может быть использован текстильными предприятиями, имеющими неутилизируемые отходы, а также садоводами, ферментами и работниками коллективных хозяйств.

Известны способы выращивания грибов в различных биотехнологических системах с оптимизированными по питательным свойствам субстратами, например, на питательной среде Чапека с глюкозой [1]. Способ позволяет получить достаточно высокую производительность продукции по биомассе, однако требует большого расхода дорогостоящей глюкозы, потребление последней в зависимости от варианта культивирования колеблется от 0,05 до 40 г/л. Кроме того, этому способу присущи все недостатки, характерные для культивирования различных культур в жидких средах.

Последние могут быть устранены с использованием плотной питательной среды, например, пластинок кремнекислого геля, пропитанных жидкой средой Чапека, содержащей глюкозу [2]. При этом максимальная скорость роста достигается при концентрации глюкозы 0,2 г/л. Тем не менее остальные недостатки, присущие глюкозосодержащим питательным средам, остаются.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выращивания грибной биомассы на субстрате, в качестве которого служила измельченная до частиц 0,05 - 2,0 мм модифицированная льняная костра. Модификация мелкой костры заключалась в обработке ее 1%-ным раствором H₂SO₄ при модуле 1:10, 1 ати в течение 1 часа. После охлаждения на основе полученной суспензии готовили питательный раствор (в маc.%): льняная костра - 2,0; NH₄NO₃ - 0,5; KH₂PO₄ - 0,02; MgSO₄ · 7H₂O - 0,05; кукурузный экстракт - 1,0. Исходный pH среды 5,5 - 5,7 [3].

Предварительная обработка измельченной костры 1%-ным раствором H₂SO₄ приводит к снижению содержания углеводов всех фракций, и в первую очередь гемицеллюлозы и целлюлозы. Однако использование данного способа модификации льняной костры с последующим культивированием на ней грибов позволило повысить усвояемость льняной костры за счет увеличения в ней легкодоступных углеводов. Кроме того, кислотный гидролиз субстрата приводит к уменьшению содержания не только полисахаридов II порядка (гликанов), но и вымыванию легкоусвояемых углеводов, входящих в состав спирторастворимой фракции.

Недостатком данного способа является его сложность, вызванная предварительным гидролизом костры раствором серной кислоты, ограничение питательной среды только кострой, а также все недостатки, обусловленные использованием сыпучих несвязанных сред: трудности транспортировки, насыщения питательным раствором, эксплуатации, а также потери при всех этих операциях.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: расширение типов субстратов, в качестве которых предлагается использовать льняную костру, отходы текстильной переработки хлопкового волокна "галочка" и другие целлюлозные отходы текстильного производства, упрощение технологического процесса - исключение операции предварительного гидролиза и использование питательной среды в виде связанного пористого композиционного материала при сохранении выхода биомассы грибов.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе целлюлозные отходы смешиваются с вспененной реакционной массой, состоящей из водных растворов поливинилового спирта (ПВС), поверхностно-активного вещества (ПАВ), сшивающего агента и в каталитических количествах соляной или серной кислоты. Перед введением целлюлозных отходов реакционная масса вышеуказанного состава вспенивается до увеличения объема в 2,5 - 3 раза по сравнению с исходным. Далее смесь кондиционируется в течение часа, промывается и насыщается питательным раствором состава (г/л): глюкоза - 10,1; пептон - 2,5; KH₂PO₄ - 0,6; K₂HPO₄ - 0,4 MgSO₄ - 0,5; CuSO₄ - 0,05; FeSO₄ · 7H₂O - 0,005; CaCl₂ - 0,05 Заявляемая совокупность последовательных действий позволяет достичь поставленную цель изобретения за счет того, что в результате проведенных действий получается питательная среда для выращивания грибной биомассы, используемая неоднократно в продолжение нескольких циклов до полной деструкции целлюлозного наполнителя целлюлолитическими и лигнолитическими ферментами, синтезируемыми грибами в процессе их развития.

При изучении известных технических решений в данной области техники совокупность признаков, отличающих заявленный способ, не была выявлена. Данное решение существенно отличается от известных.

Заявленное техническое решение явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский уровень.

Заявленное решение может быть реализовано на известных компонентах и является промышленно применимым.

Сущность способа заключается в том, что целлюлозный наполнитель в количестве от 10 см³ до 30 см³ (насыпная масса льняной костры 0,11 г/см³; хлопковых очесов - 0,39 г/см³; смеси льняная костра/хлопковые очесы - 0,25 см³) вводится в реакционную смесь, состоящую из водного раствора ПВС (концентрация от 2,5 до 10 мас.%), водного раствора неионогенного поверхностно-активного вещества (одного из моноалкил- и моноалкилфениловых эфиров полиэтиленгликоля с концентрацией от 5 до 10 мас.%), сшивающего агента (мочевина, глиоксаль, с концентрацией от 10 до 20 мас.%), и вспенивается до увеличения объема в 2,5 - 3 раза в течение 10 - 15 минут. В конце перемешивания в реакционную смесь вводится катализатор реакции ацетализирования- соляная или серная кислота - в количестве 10 - 20 мл. Целлюлозный наполнитель вводится во вспененную массу, после чего производится кондиционное структурирование без механического перемешивания при температуре 50 - 70^oC в течение 1 часа, в результате чего пена отверждается. Наличие в смеси значительного количества ПАВ и высокая гидрофильность наполнителя, смачивающая способность пены оказываются достаточными условиями, чтобы при интенсивном перемешивании добиться равномерного распределения наполнителя в структуре твердеющего композиционного материала. Насыщение композиции осуществляют питательным раствором состава (г/л): глюкоза 10,0 - 10,5; пептон 2,5 - 2,6; KH₂PO₄ 0,6 - 0,7; FeSO₄ · 7H₂O - 0,005 - 0,006; CaCl₂ - 0,05 - 0,06.

Ниже приводятся примеры, разъясняющие сущность изобретения.

Пример 1 Для приготовления питательной среды 210 мл 5%-ного водного раствора ПВС перемешивают в гомогенизаторе с 7,5 мл неионогенного ПАВ марки ОП-7, 15 г мочевины и 15 мл концентрированной соляной кислоты. Все компоненты вводятся в реактор, снабженный якорной мешалкой в вышеуказанной последовательности после предварительного перемешивания предыдущего компонента в течение 1 - 2 мин. Полученная гомогенная масса вспенивается вращением мешалки с скоростью 160 - 240 об/мин до увеличения объема в 2,5 - 3 раза. Вспененная масса смешивается с 20 см³ (2,2 г) льняной костры. Полученную композицию заливают в форму, имеющую объем, соответствующий требованиям потребителя. После кондиционирования при температуре 60^oC в течение 60 мин при переходе полимерной композиционной системы в стабильное состояние происходит изменение характера распределения концентрацией компонентов в зоне контакта с поверхностью формы, что обеспечивает образование поверхности композиции. Затем готовую композицию промывают до нейтрального значения pH 5,5 и отсутствия следов сшивающего агента в промывных водах.

Насыщение композиции проводят водным питательным раствором состава (мас. %): глюкоза - 10,0; KH₂PO₄ - 0,7; пептон - 2,5; K₂HPO₄ - 0,4; MgSO₄ - 0,5; CuSO₄ - 0,05; FeSO₄ · 7H₂O - 0,005; CaCl₂ - 0,05.

Расчетное количество питательного раствора соответствует влагопоглощению композиции (модуль 2,8). Химическое связывание компонентов состава контролируется сравнительным определением белка в питательном растворе до насыщения и отсутствием последнего в отжимной жидкости. После пропитки композиция является субстратом для выращивания грибной биомассы или питательной средой для выращивания грибной биомассы. Для хранения и транспортировки питательную среду подвергают сушке при температуре не выше 50^oC. Перед высаживанием посевного материала питательную среду пропитывают питьевой водой.

Посевной материал, например, вешенки обыкновенной Pleurotus ostreauts в виде диска мицелия (d = 10 мм) помещали в питательную среду на глубину l = 10 мм. Режим роста мицелия состоял из двух стадий: охлаждение до t = 4^oC в течение 48 часов, а затем при температуре 22 - 26^oC культивировали при поддержании постоянной влажности на поверхности питательной среды. Плодовые тела появлялись на 24-е сутки. Максимальная масса плодовых тел достигалась на 29-е сутки и составила 29,5% от массы целлюлозного наполнителя (льняной костры) композиции.

Остальные примеры воспроизведены по той же методике с изменением режимных показателей и представлены в табл. 1, 2.

В таблицах 1, 2 приведены примеры режимов по изготовлению питательной среды, включающие получение композиции, ее пропитку питательным раствором и выращивание на ней грибной биомассы по методике, описанной в примере 1 (табл. 1) с изменением режимных показателей. Увеличение объема целлюлозного наполнителя от 10 до 30 см³ (от 1,1 до 3,3 г) приводит к возрастанию плотности композиции и снижению ее пористости, влажности и влагопоглощения (примеры 1, 2, 3). Существенно изменяется плотность композиции при увеличении насыпной массы целлюлозных наполнителей (примеры 2, 4, 6).

Изменение режима кондиционирования влияет на характеристики композиции: увеличение степени вспенивания, времени и температуры кондиционирования снижают плотность и повышают пористость, влажность и влагопоглощение от значений, приведенных в примерах 14, 16, 21 до оптимальных (пример 2), дальнейшее увеличение этих параметров не дает существенных изменений измеряемых характеристик композиции (примеры 15, 17, 22).

Изменение состава питательного раствора в указанных в табл. 2 интервалах значений концентраций составляющих раствор компонентов не дает существенного изменения для достижения конечной цели - выращивания грибной биомассы.

Следует отметить, что при использовании для выращивания грибов композиций с меньшей плотностью, обусловливающей более высокую величину биоконверсии наполнителя, урожайность биомассы несколько снижается, однако эксперименты, проведенные в лаборатории биохимии грибов Санкт-Петербургского ботанического института им. В.Л. Комарова РАН, в соответствии с предлагаемым в заявке объектом, показали, что при уменьшении плотности питательной среды грибы имеют эстетически более привлекательный внешний вид, что может быть использовано при оформлении помещений в качестве элементов дизайна. Увеличение плотности композиции приводит к искажению формы выращенных плодовых тел (удлинение ножки, уменьшение размеров шляпки) и уменьшению размеров грибов, хотя и обеспечивает наиболее высокую урожайность биомассы грибов.

Полученная питательная среда может быть рекомендована не только для выращивания грибной биомассы, но и для других растений, в том числе декоративных, или в сочетании грибов с декоративными растениями для украшения современных интерьеров. Поэтому режимы получения композиций должны выбираться в соответствии с предполагаемым применением питательной среды.

Техническим результатом изобретения является получение питательной среды для выращивания грибной биомассы в виде связанной пористой композиции с использованием отходов текстильной переработки хлопка и льна при сохранении урожайности питательной среды в сравнении с прототипом.

Список литературы 1. Тюльпанова В.А., Козлова Т.Л., Титякова Н.И. Влияние условий культивирования на рост, конидиогенез и патогенные свойства гриба Paecitomyces farinosus (Dickson; Fr. ) Brown et Smith. //Микология и фитопатология. - 1989. - Т. 23. Вып. 2. - С. 124-128.

2. Шемшур Т.В., Подгорский В.С., Громозова Е.Н. Кинетика роста Thieldvia terrestris на плотной питательной среде. //Микология и фитопатология. - 1989. - Т. 23. Вып. 2. - С. 156-158.

3. Щерба В. В. , Стахеев И.В., Бабицкая В.Г., Костина А.М. Деградация полисахаридного комплекса льняной костры мицелиальными грибами в условиях глубинной ферментации. //Микология и фитопатология. - 1989. - Т. 23. Вып. 2. - С. 159-164. Прототип.

Формула изобретения

1. Способ получения питательной среды для выращивания грибной биомассы, включающий пропитывание целлюлозных отходов текстильного производства питательным раствором, отличающийся тем, что перед пропиткой целлюлозных отходов питательным раствором готовят реакционную смесь путем смешивания водных растворов связующего, неиногенного поверхностно-активного вещества, сшивающего агента и катализатора с последующим вспениванием смеси до увеличения объема массы в 2,5 - 3 раза, целлюлозные отходы вводят во вспененную массу, полученную композицию заливают в формы, кондиционируют при нагревании, промывают до нейтрального значения pH и отсутствия следов сшивающего агента в промывных водах и питательным раствором пропитывают полученную композицию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что из отходов текстильного производства используют льняную костру и/или хлопковые очесы "галочка", в качестве связующего - 2,5 - 10%-ный водный раствор поливинилового спирта, в качестве сшивающего агента - мочевину, глиоксаль, в качестве неионогенного поверхностно-активного вещества - моноалкил- и моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля, в качестве катализатора - концентрированную соляную или серную кислоту при следующем соотношении компонентов: Отходы текстильного производства - 10 - 30 см³ 2,5 - 10%-ный водный раствор поливинилового спирта - 200 - 225 мл
Моноалкил- и моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля, мл - 5 - 10
Мочевина или глиоксаль, мл - 10 - 20
Концентрированная соляная или серная кислота - 10 - 20
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве питательного раствора используют раствор, содержащий следующие компоненты, мас.%:
Глюкоза - 10 - 10,5
Пептон - 2,5 - 2,6
KH₂PO₄ - 0,6 - 0,7
K₂HPO₄ - 0,4 - 0,5
MgSO₄ - 0,5 - 0,6
CuSO₄ - 0,05 - 0,06
FeSO₄ · 7H₂O - 0,005 - 0,006
CaCl₂ - 0,05 - 0,06:

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2