Биовалоризация отходов агропромышленного комплекса в получении продуктов пищевого и сельскохозяйственного назначения

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-16-20054

НазваниеБиовалоризация отходов агропромышленного комплекса в получении продуктов пищевого и сельскохозяйственного назначения

Руководитель Глухарева Татьяна Владимировна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" , Свердловская обл

Конкурс №91 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-301 - Технология пищевых продуктов

Ключевые слова биовалоризация, микробный синтез, отходы пищевых производств, отходы сельского хозяйства, комплексная переработка отходов, пищевые добавки, биологически активные вещества, элиситоры, фитогормоны, ксантан, бета-глюкан, эргостерол, гиббереллины,

Код ГРНТИ62.09.00; 62.09.37; 62.09.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проблема валоризации отходов агропромышленного комплекса, а именно превращение их в полезные продукты, включая химические вещества, материалы и топливо, становится все более востребованной в настоящее время в связи с быстрым истощением природных и первичных ресурсов во всем мире, увеличением количеств образующихся отходов, а также их захоронений. Отходы в настоящее время все больше рассматриваются как ценный ресурс или сырье для других промышленных процессов. Известно, что в мире растет спрос на биопродукты, которые востребованы в различных областях народного хозяйства. Современной тенденцией в разработке технологий получения природных БАВ и БАД является принцип ресурсосбережения, а также более глубокое использование вторичных ресурсов, утилизация отходов и т.д. Такие технологии позволяют экономить природные ресурсы и избегать загрязнения окружающей среды. Научный подход и следование принципам устойчивого развития способствуют активной разработке эффективных методов получения БАВ и БАД с использованием методов биовалоризации, нацеленных на внедрение в реальном секторе экономики. В связи с этим разработка инновационных и прорывных технологий биовалоризации отходов агропромышленного комплекса, позволяющих повысить их ценность и получить продукты природного происхождения с добавленной стоимостью становится все более актуальной научной проблемой. Предлагаемый проект посвящен проведению фундаментальных и прикладных исследований, направленных на решение задач по разработке методов биовалоризации отходов агропромышленного комплекса для получения продуктов пищевого и сельскохозяйственного назначения. Научная новизна Проекта заключается в разработке новых методов получения биологически активных веществ и пищевых добавок с применением методов биовалоризации отходов агропромышленного комплекса Уральского региона. С использованием таких подходов как микробная биоконверсия и комплексная переработка органических отходов предполагается получить наукоемкие продукты с высокой добавочной стоимостью, такие как ксантановая камедь, бета-глюкан, полисахариды молочнокислых бактерий, астаксантин, эргостерол, гиббереллины, изофлавоноиды и др. Планируется установить новые закономерности влияния параметров биотехнологических процессов (штамма-продуцента, вида предварительной обработки сырья, температуры, значения pH и т.д.) на выход целевого продукта и строение веществ (в случае полисахаридов, гиббереллинов). Предполагается получение новых высокопродуктивных штаммов микроорганизмов – продуцентов целевых БАВ и БАД с использованием метода искусственного мутагенеза, а также исследование реологических и биологических свойств полученных веществ. Планируется расширить фундаментальные знания о биологической активности природных элиситоров, показать их эффективность и перспективность в защите растений.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Настоящий проект посвящен проведению фундаментальных и прикладных исследований, направленных на решение задач по разработке методов биовалоризации отходов агропромышленного комплекса и пищевой промышленности для получения продуктов пищевого и сельскохозяйственного назначения. Предполагается разработка новых методов получения биологически активных веществ и пищевых добавок с применением таких подходов как микробная биоконверсия и комплексная переработка органических отходов. В 2024 году в рамках выполнения Проекта разработан новый эффективный метод получения ксантана с использованием отхода производства соевого молока – окары. С применением дизайна Бокса-Бенкена, была разработана статистическая модель и определен оптимальный количественный состав питательной среды на основе окары и с добавлением глюкозы и дигидрофосфата калия для биосинтеза ксантановой камеди с помощью X. campestris с выходом 29.137 ±0.913 г/л. Получены предварительные результаты по разработке метода культивирования X. campestris и получения ксантановой камеди на среде с соевой мелассой. Отмечено, что дополнение среды источниками азота не требуется, напротив, среда содержит избыточное количество белка и для оптимизации состава требуется либо добавление источников углерода (сахаров) либо частичное удаление белка. Получены результаты по разработке метода культивирования X. campestris на среде с молочной сывороткой. Подобран штамм X. campestris, способный утилизировать лактозу, и расти на среде, в которой лактоза является основным источником углерода. Однако, отмечено, что скорость роста бактерий существенно замедляется при сравнении с культивированием на стандартной среде с глюкозой. Показано, что для ускорения процесса роста биомассы необходимо часть лактозы заменять глюкозой, и для получения выхода ксантана, сравнимого с выходом на стандартной среде, необходимо увеличивать время культивирования. Также получены результаты экспериментов по оптимизации состава среды по соотношению C:N двумя способами. Лучшие результаты были получены при культивировании X. campestris на молочной сыворотке с добавлением глюкозы и на предварительно депротеинизировонной молочной сыворотке с увеличением времени культивирования до 120 ч. Выход составил 2,3 и 2,9 мг/л соответственно (2,9 г/мл в контроле). Разработан эффективный способ переработки ячменной солодовой дробины с получением высоких выходов бета-глюкана и углеводно-аминокислотной добавки. В результате многочисленных опытов по подбору оптимальных значений гидромодуля, температуры, pH, времени стадии гидролиза были определены наиболее эффективные сочетания этих параметров как при использовании недробленого сырья, так и с добавлением стадии измельчения. Наиболее эффективным стал способ с использованием гидромодуля 1:5, измельчением сырья, pH=12, и температуре 75°С, так как при этом увеличивался выход бета-глюкана, значительно сокращалось время процесса гидролиза и наблюдался высокий выход побочного продукта – белково-углеводной фракции. Получены новые результаты по исследованию биотехнологии получения астаксантина культивированием X. dendrorhous с применением соевой мелассы и дрожжевого экстракта. Для биотехнологии получения астаксантина разработаны дополнительные стадии для выделения побочных продуктов – бета-глюкана и эргостерола из клеточного дебриса дрожжей X. dendrorhous, и экстракта соевых изофлавонов из нативного раствора. В составе экстракта изофлавонов определено наличие 5 основных изофлавонов: даидзеина, глицитеина, генистеина, 6,7,4'-тригидроксиизофлавона (десметилглицитеина) и формононетина. Разработан метод получения эргостерола из клеточного дебриса отработанных пивоваренных дрожжей. Предложена технология комплексной переработки, включающая стадии: автолиза пивных дрожжей, получения дрожжевого экстракта, экстракцию эргостерола метил-трет-бутиловым эфиром и его выделение из раствора, выделение белковой фракции и выделение бета-глюкана. Выход эргостерола составил 0,75%, бета-глюкана – 5,5% в пересчете на сухое вещество дрожжей. Получены результаты исследования биосинтеза гиббереллинов F. verticilloides. Определен качественный состав экстракта гиббереллинов. В экстракте были обнаружены гиббереллины A3, A4, A7, A14. При проведении ферментации в различных условиях было установлено, что условия культивирования F. verticilloides F-446 кардинально сказываются на качественном составе гиббереллинов. Также на состав экстрактов влияет время культивирования и объем вносимого инокулята. Получены и проанализированы данные исследования элиситорной активности эргостерола, ксантана и тиадинила и изотианила в качестве положительных контролей. Из индивидуальных веществ наибольшие защитные свойства в концентрации 200 мкг/л продемонстрировал ксантан. Ксантан в концентрации 200 мкг/мл показал 100% защиту листьев рапса от поражения B. cinerea. Для тиадинила эффективность защиты листьев растений от возбудителя серой гнили составила 90,01±5,17%. При этом обработка листьев рапса эргостеролом и изотианилом не дает существенного защитного действия. Также установлено, что ксантан усиливает защитный эффект эргостерола и изотианила при совместной обработке раствором смеси веществ.

Публикации

1. Канвугу О.Н., Вуни И.И., Шевырин В.А., Уильямс Т.,К., Глухарева Т.В. Biovalorisation of agro‑industrial wastes into astaxanthin by Xanthophyllomyces dendrorhous Applied Microbiology and Biotechnology, Kanwugu, O.N., Ibn-Wuni, I., Shevyrin, V.A. et al. Biovalorisation of agro-industrial wastes into astaxanthin by Xanthophyllomyces dendrorhous. Appl Microbiol Biotechnol 108, 429 (2024). https://doi.org/10.1007/s00253-024-13257-5 (год публикации - 2024)
10.1007/s00253-024-13257-5

2. Дернина Д. Д., Баратова Д.А., Лавренко М.А., Шевырин В.А., Глухарева Т.В. Ферментация Fusarium verticilloides F-446 и ВЭЖХ-МСВР анализ полученного экстракта гиббереллинов Сборник тезисов VIII Международной конференции СОВРЕМЕННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДОЛОГИИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (MOSM 2024) Екатеринбург, 9–13 июня 2024 года Book of Abstracts of the 8th International Conference MODERN SYNTHETIC METHODOLOGIES FOR CREATING DRUGS AND FUNCTIONAL MATERIALS (MOSM 2024) Yekaterinburg, 09 – 13 June, 2024, Екатеринбург, 2024, А-26 (год публикации - 2024)

3. Баратова Д.А., Юргенсон А.К., Глухарева Т.В., Селезнева И.С. Выделение Β –глюкана из пивной дробины Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2025. [Электронный ресурс]: тезисы докладов XII Международной молодежной научной конференции, Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2025. [Электронный ресурс]: тезисы докладов XII Международной молодежной научной конференции, Екатеринбург, 19–23 мая 2025 г. / отв. за вып. А. В. Ищенко. – Екатеринбург: УрФУ, 2025, стр. 626-627. (год публикации - 2025)

4. Баратова Д.А., Юргенсон А.К., Глухарева Т.В. Культивирование Х. сampestris В-6719 и получение ксантана на питательной среде с молочной сывороткой Сборник тезисов VIII Международной конференции СОВРЕМЕННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДОЛОГИИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (MOSM 2024) Екатеринбург, 9–13 июня 2024 года Book of Abstracts of the 8th International Conference MODERN SYNTHETIC METHODOLOGIES FOR CREATING DRUGS AND FUNCTIONAL MATERIALS (MOSM 2024) Yekaterinburg, 09 – 13 June, 2024, Екатеринбург, 2024, A-24 (год публикации - 2024)

5. Асасе Р.В., Середович Д.А., Пирогов М.В., Глухарева Т.В. Biosynthesis and antioxidant activity of xanthan gum from Хanthomonas campestris B6720 using okara Химия и технология биологически активных веществ для медицины Х46 и фармации. IV Школа молодых ученых: тезисы докладов. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2024. – 168 с., С. 15 (год публикации - 2024)

6. Баратова Д.А., Глухарева Т.В. Оптимизация способа получения ксантана с использованием лактозы Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия), Екатеринбург, Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). – Екатеринбург, 2025. – 67-69 с. (год публикации - 2025)

7. Асасе Р.В., Середович Д.А., Селезнева И.С., Глухарева Т.В. Xanthan gum production using Xanthomonas campestris B6720: fermentation process and application in fermented soymilk BIO Web of Conferences, BIO Web of Conferences 121, 01005 (2024) (год публикации - 2024)
10.1051/bioconf/202412101005

8. Баратова Д.А., Юргенсон А.К., Глухарева Т.В. Биовалоризация молочной сыворотки в ксантановую камедь Материалы IV Международного биотехнологического форума «BIOAsia Altai 2024» / отв. за выпуск: Н.Г. Базарнова, А.Н. Иркитова, И.В. Микушина, О.Н. Мироненко, И.Н. Ротанова, С.В. Смирнов, Г.Г. Соколова, Д.Н. Щербаков. – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2024. – 588 с., BIOAsia-Altai, 2024. Т. 4, № 1. С. 11-14. (год публикации - 2024)

9. Асасе Р.В., Середович Д.А., Пирогов M.В., Глухарева Т.В. Применение отходов производства соевого молока в биотехнологии ксантановой камеди Материалы IV Международного биотехнологического форума «BIOAsia Altai 2024» / отв. за выпуск: Н.Г. Базарнова, А.Н. Иркитова, И.В. Микушина, О.Н. Мироненко, И.Н. Ротанова, С.В. Смирнов, Г.Г. Соколова, Д.Н. Щербаков. – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2024. – 588 с., BIOAsia-Altai, 2024. Т. 4, № 1. С. 373-377. (год публикации - 2024)

10. Вуни И.И., Пьянкова С.П., Конвугу О.Н., Глухарева Т.В. Obtaining high productive strain of Х. dendrorhous by 1-methyl-3-nitro-1-nitrosoguanidine and UV mutagenesis Сборник тезисов VIII Международной конференции СОВРЕМЕННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДОЛОГИИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (MOSM 2024) Екатеринбург, 9–13 июня 2024 года Book of Abstracts of the 8th International Conference MODERN SYNTHETIC METHODOLOGIES FOR CREATING DRUGS AND FUNCTIONAL MATERIALS (MOSM 2024) Yekaterinburg, 09 – 13 June, 2024, Екатеринбург, 2024, А-17 (год публикации - 2024)

11. Асасе Р.В., Глухарева Т.В. Influence of different okara treatments on xanthan gum production Сборник тезисов VIII Международной конференции СОВРЕМЕННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДОЛОГИИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (MOSM 2024) Екатеринбург, 9–13 июня 2024 года Book of Abstracts of the 8th International Conference MODERN SYNTHETIC METHODOLOGIES FOR CREATING DRUGS AND FUNCTIONAL MATERIALS (MOSM 2024) Yekaterinburg, 09 – 13 June, 2024, Екатеринбург, 2024, A-15 (год публикации - 2024)

12. Асасе Р.В., Глухарева Т.В. Optimizing xanthan gum production using okara and response surface methodology: Unlocking sustainable biopolymer production Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 2025, Volume 70, 103852 (год публикации - 2025)
10.1016/j.bcab.2025.103852

13. Асасе Р.В., Середович Д.А., Пирогов М.В., Шевырин В.А., Глухарева Т.В. Soy molasses as a carbon source for biosynthesis of xanthan gum ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ. Материалы ХIX Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием, Пищевые технологии и биотехнологии. XIX Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием (г. Казань, 21–25 апреля 2025 г.) : материалы конференции / под ред. А. С. Сироткина; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. — Казань : Изд-во КНИТУ, 2025, стр. 536-542 (год публикации - 2025)

14. Асасе Р.В., Середович Д.А., Пирогов М.В., Глухарева Т.В. Evaluation of soy molasses as a carbon source for xanthan gum production Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2025. [Электронный ресурс]: тезисы докладов XII Международной молодежной научной конференции, Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2025. [Электронный ресурс]: тезисы докладов XII Международной молодежной научной конференции, Екатеринбург, 19–23 мая 2025 г. / отв. за вып. А. В. Ищенко. – Екатеринбург: УрФУ, 2025, стр. 577-578. (год публикации - 2025)

15. Асасе Р.В., Глухарева Т.В. Integrating waste management with biopolymer innovation: A new frontier in xanthan gum production Process Biochemistry, Process Biochemistry 154 (2025) 84–98 (год публикации - 2025)
10.1016/j.procbio.2025.04.012

16. Асасе Р.В., Пирогов М.В., Середович Д.А., Глухарева Т.В. Effect of soybean molasses on xanthan gum biosynthesis using Xanthomonas campestris B6720 Proceedings of the School on Biotechnology for Students, Ph.D. students and Young scientists / Ed. Elena G. Kovaleva, Yulia O. Savlukova, Ural Federal University. Yekaterinburg. Publisher: Individual Entrepreneur Ekaterina V. Shestakova, 2025., Proceedings of the School on Biotechnology for Students, Ph.D. students and Young scientists / Ed. Elena G. Kovaleva, Yulia O. Savlukova, Ural Federal University. Yekaterinburg. Publisher: Individual Entrepreneur Ekaterina V. Shestakova, 2025. pp. 114-118 (год публикации - 2025)

17. Баратова Д.А., Юргенсон А.К., Глухарева Т.В. Изучение методов оптимизации химического состава молочной сыворотки для биовалоризации в ксантан ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ. Материалы ХIX Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием, Пищевые технологии и биотехнологии. XIX Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием (г. Казань, 21–25 апреля 2025 г.) : материалы конференции / под ред. А. С. Сироткина; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. — Казань : Изд-во КНИТУ, 2025, стр. 550-559 (год публикации - 2025)

18. Асасе Р.В., Глухарева Т.В. Optimization of biovalorization processes for enhanced outcomes Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). – Екатеринбург , Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). – Екатеринбург, 2025. – 29-30 с. (год публикации - 2025)

19. Белоносов А.Е., Халилова Д.Р., Кузнецова С.Ф., Канвугу О.Н., Шевырин В.А., Глухарева Т.В. Исследование ферментативной предобработки соевой мелассы для культивирования Xanthophillomyces dendrorhous Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия), Екатеринбург., Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). – Екатеринбург, 2025. – 243 с. (год публикации - 2025)

20. Пирогов М. В. , Асасе Р. В., Глухарева Т. В. Иccледование влияния предварительного кислотного гидролиза окары на выход ксантановой камеди при культивировании X. campestris Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). Екатеринбург., Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). – Екатеринбург, 2025. – 172-174 с. (год публикации - 2025)

21. Вохмина В.А., Баратова Д.А., Глухарева Т.В. Выделение и изучение свойств ячменного бета-глюкана из пивоваренной дробины Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). Екатеринбург, Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). – Екатеринбург: 2025. – 93-94 с. (год публикации - 2025)

22. Лавренко М. А. , Шевырин В. А. , Глухарева Т. В. Культивирование Fusarium verticilloides с целью получения гиббереллинов Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). – Екатеринбург., Актуальные вопросы биотехнологии: Материалы докладов Международной научной конференции (14–17 октября 2025 г., Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия). – Екатеринбург, 2025. – 137-138 с. (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Настоящий проект посвящен проведению фундаментальных и прикладных исследований, направленных на решение задач по разработке методов биовалоризации отходов агропромышленного комплекса и пищевой промышленности для получения продуктов пищевого и сельскохозяйственного назначения. Предполагается разработка новых методов получения биологически активных веществ и пищевых добавок с применением таких подходов как микробная биоконверсия и комплексная переработка органических отходов. В 2025 году в рамках выполнения Проекта разработан метод получения ксантана с использованием отхода производства соевого молока – окары, отличающийся от предложенного в 2024 году составом среды и дополнительной стадией предобработки сырья. Установлено, что замена 10 г сахарозы в стандартной питательной среде (100 мл) для культивирования продуцента X campestris на 10 г окары приводит к достижению сопоставимого выхода ксантановой камеди в сравнении со стандартной средой, содержащей 20 г сахарозы (9,8 г/л). При этом показано, что кислотная предобработка окары увеличивает содержание доступного водорастворимого сахара в среде, однако при этом увеличивается содержание ингибиторов роста и развития бактерий, прежде всего таких как фурфурол и 5-гидроксиметилфурфурол, что особенно характерно для среды, полученной с использованием сернокислотной предобработки окары. Обнаружено, что предварительная обработка окары фосфорной кислотой позволила достичь наибольшего выхода ксантановой камеди (11,6 и 13,9 г/л), превышающего выход на стандартной питательной среде. Термогравиметрический анализ камедей показал, что ксантан, полученный с применением предварительной обработки окары фосфорной кислотой, демонстрирует лучшую термостабильность, сопоставимую с коммерческими стандартами, что подтверждает возможность его промышленного применения. В продолжение разработки метода культивирования X. campestris и получения ксантановой камеди на среде с соевой мелассой, показано, что при использовании 5% соевой мелассы выход ксантановой камеди близок (7,5 г/л), но ниже чем на стандартной питательной среде (8,0 г/л), при этом наблюдается повышенное содержание сахара и белка в нативном растворе в конце культивирования. ВЭЖХ анализ нативного раствора показал, что в нем преобладают трудно усваиваемые олихосахариды мелибиоза и маннинотриоза, образующиеся из раффинозы и стахиозы во время культивирования. Предложены и изучены методы предобработки соевой мелассы для увеличения выхода ксантана и увеличения степени конверсии сахаров. Различные стратегии предварительной обработки, такие как кислотное осветление (кларификация) и ферментативный гидролиз с α-галактозидазой, значительно повлияли на состав субстрата, микробную утилизацию, а также выход и качество ксантановой камеди. Ферментативный гидролиз заметно повысил доступность ферментируемых сахаров и белков, что привело к максимальному выходу ксантановой камеди (14,4±0,7 г/л) и улучшению функциональных свойств, включая вязкость и антиоксидантную способность. Установлено, что применение молочной сыворотки в биотехнологии ксантановой камеди с использованием штаммов Х. сampestris В-6719 и В-6720 требует проведения дополнительных стадий подготовки сырья для получения выхода ксантановой камеди сопоставимого с выходом на стандартной питательной среде. Так, использование подсырной молочной сыворотки целесообразно после стадий депротеинизации тангенциальной мембранной фильтрацией и ферментативного гидролиза лактозыбета-лактамазой. Такой подход позволяет получить камедь с выходом около 9 г/л. Показано, что использование творожной сыворотки возможно без предварительной стадии депротеинизации. Показана возможность организации отъемно-доливного метода ферментации для получения ксантана, позволяющая использовать сыворотку без дополнительной стадии ферментативного гидролиза лактозы с получением максимального стабильного выхода на 20 день культивирования (4,5 г/л). Предложены и апробированы методы получения молочнокислого экзополисахарида S. thermophilus с применением питательной среды на основе капустного и дрожжевой экстрактов, полученных их отходного сырья, а также подсырной и подтворожной сыворотки – отходов производства кисломолочной продукции. Наибольший выход экзополисахаридов был отмечен на средах c депротеинизированной подсырной сывороткой и подтворожной сывороткой (2,3 г и 2,2 г соответственно). В продолжение исследования, начатого в 2024 году, проведены дополнительные эксперименты по получению ячменного бета-глюкана и белково-углеводной добавки из отхода пивоваренной промышленности ячменной пивоваренной дробины. Проведено уточнение гидромодуля, температуры, значения pH и времени процессов в более узком диапазоне, проведены эксперименты по масштабированию способа получения на двух видах пивоваренной ячменной дробины. В результате масштабирования и тестирования на новом сырье, получены образцы β-глюканов с выходом 1,1 мас. % на сухое вещество дробины, которые были изучены методами ИК-спектроскопии, спектроскопии ЯМР, элементного анализа, сканирующей электронной микроскопии. Показано, что полученные образцы бета-глюкана наиболее близки по структуре и свойствам, таким как маслосвязывающая, водосвязывающая способность, растворимость в воде и адсорбционные свойства, к овсяному эталонному образцу и значительно отличаются от дрожжевого. Исследование культивирования F. verticilloides на новых питательных средах, полученных на основе соевой мелассы и отходов картофеля показало, что соотношение основных гиббереллинов A3 и С20-гиббереллин-6-карбоновая кислоты составляет 24:100 для среды на основе мелассы и 31:100 для картофельно-сахарозной среды. Установлено, что при выделении гиббереллинов экстракцией этилацетатом количество гиббереллина A3 по сравнению с С20-гиббереллин-6-карбоновой кислотой уменьшалось. Получены результаты исследования защитных свойства эргостерола, ксантановой камеди и бета-глюкана. Показано, что ксантановая камедь, бета-глюкан и эргостерол проявляют элиситорные свойства и стимулируют активацию защитных механизмов растений в отношении фитопатогенов в концентрации 200 мкг/мл. Опубликовано 2 научные статьи в ведущих международных журналах, рецензируемых научными базами данных WoS и/или Scopus, одна из которых в журнале Q1 и 2 статьи в сборнике материалов конференции (РИНЦ). Результаты доложены на 3 научных конференциях в виде 7 устных, 2 постерных докладов. Опубликовано 9 тезисов докладов в сборниках материалов конференций. Результаты, полученные при работе над Проектом, доложены в ходе лекций «Микробные полисахариды: получение и применение» в рамках Всероссийского лектория РНФ-2025 и «Фронтиры и перспективы исследования ксантановой камеди» в рамках Научно-исследовательского интенсива «Биоэкономика и управление ресурсами: на стыке химии и биотехнологии».

Публикации