Разработка научных основ современной ресурсосберегающей технологии биопереработки возобновляемых сырьевых ресурсов

Одним из наиболее эффективных путей интенсификации внедрения биотехнологических и химико-технологических процессов является проведение масштабных физико-химических исследований и выполнение на их основе соответствующих кинетических расчетов. Результаты указанных расчетов позволяют прогнозировать протекание процессов и проводить целенаправленный синтез различных химических соединений в промышленном масштабе. Такой переход от изучения кинетики реакций к их промышленной реализации может быть осуществлен при помощи моделирования. Теория моделирования химических и биотехнологических процессов в значительной мере основывается на законах кинетики. Для выполнения моделирования необходимы подробные и достаточно точные кинетические данные. В связи с этим, в рамках данного проекта для создания научных основ технологии получения продукции, обогащенной биологически активными веществами, на основе смесей растительных отходов и отходов животноводства проведены физико-химические и кинетические исследования, результаты которых позволяют сделать предположения о механизмах образования сахаров, витаминов и аминокислот, то есть представить последовательность молекулярных трансформаций в процессе биокаталитической конверсии. Сложность решения этой задачи обусловливается неоднозначностью механизмов биохимических реакций, лежащих в основе исследуемого процесса, которые, как правило, сопровождаются образованием лабильных и реакционноспособных промежуточных соединений. Установление наличия, изучение строения и свойств этих промежуточных соединений, обнаружение корреляций между строением и их реакционной способностью и составляют сущность исследования механизма процесса. В свою очередь, выявление механизма позволяет решить вопросы прогнозирования поведения системы во времени и перейти к задачам оптимизации процесса с целью получения конечного продукта биокаталитической конверсии с максимальным содержанием биологически активных веществ. Объектом исследования являлся процесс биокаталитической конверсии органических субстратов с дополнительным образованием биологически активных соединений под действием ферментативных систем микроорганизмов, первоначально находящихся в исходном субстрате. В качестве органического субстрата могут быть использованы торф, крупнотоннажные отходы сельскохозяйственных производств и перерабатывающей промышленности (солома, опилки, льняная костра, льняные и хлопковые очесы прядильных фабрик, жмыхи маслоперерабатывающих производств и др.). В качестве добавки к органическим субстратам могут применяться коммунальные отходы, а также химические стимуляторы, концентрация и состав которых могут оказать влияние на интенсивность образования биологически активных компонентов (витаминов, аминокислот, сахаров). Сущность исследованного процесса заключается в создании наиболее благоприятных условий развития отдельных групп микроорганизмов, ферментативные системы которых способны активно деструктировать природные биополимерные комплексы (целлюлозу и, частично, лигнин) до моно-, ди- и олигосахаридов и трансформировать последние в аминокислоты, олиго- и полипептиды. Полученный в результате биоконверсии продукт обогащен белками, аминокислотами, липидами, сахарами, витаминами, микроэлементами. Комплекс вышеуказанных веществ при использовании полученного продукта в качестве удобрений будет способствовать значительному повышению плодородных свойств почвы, а при скармливании сельскохозяйственным животным и птице в качестве кормовых добавок – повышению привесов биомассы, надоев и других показателей.