Возможные биохимические механизмы микробиологической трансформации органических субстратов в регулируемом режиме

Выяснение механизмов, контролирующих активность микроорганизмов в субстратах, чрезвычайно затруднено, поскольку регуляция метаболизма микробной клетки — очень сложный процесс. В превращениях субстратов одна реакция следует за другой в строжайшей последовательности, так как продукты реакции предыдущей стадии процесса, как правило, являются субстратом для последующей.

Такая четкая преемственность возможна благодаря высокой специфичности ферментов, участвующих в обмене веществ.

Химическая активность микроорганизмов зависит от условий их культивирования (состава питательных субстратов и методов их подачи, рН, температуры, аэрации, состава газов, перемешивания, окислительно-восстановительных режимов — ОВП и др.). Подобранные и стандартизированные условия выращивания микроорганизмов в субстратах при биоконверсии позволяют с достаточным постоянством получать соответствующий конечный продукт.

Оптимизировать состав субстратов для управления ходом трансформации органических отходов довольно сложно, равно как и получение целевого продукта, поскольку круг микробов-трансформаторов (или деструкторов) очень широк. Он включает представителей грибов, актиномицетов, бактерий. Поиск же наиболее продуктивного отдельного штамма, трансформирующего органические отходы, — непростая задача. С одной стороны, реакции трансформации практически универсальны в мире микроорганизмов, а с другой — состав экзогенного субстрата широко варьируется и продукты превращения весьма разнообразны. Например, органическое вещество навоза состоит на 70... 80% из сухой массы с высоким содержанием углерода — целлюлоза, лигнин, пентозаны (табл. 1). Способность же превращать эти соединения в низкомолекулярные элементы выражена у микроорганизмов, далеко отстоящих друг от друга в таксономическом отношении. К тому же конечные продукты трансформации будут разнообразны в зависимости от режима ферментации навоза.

Безусловно, на основе знаний физиологических особенностей микроорганизма можно предсказать качественный состав целевого продукта в том случае, если контролируются технологические режимы переработки отходов. Добавление же компонентов известного химического состава будет изменять в определенных пределах компостируемый (перерабатываемый) субстрат. Вполне вероятно научное обоснование оптимального режима культивирования микроорганизмов и состав конечных продуктов ферментируемой массы навоза. Особенно при наличии контрольно-

(Табл.1.) Состав органического вещества кала животных, %

Животные	Зола	Органи-ческое вещест-во	В том числе
Целю-лоза	Лигнин	Пенто-заны	Раство-римые угле-воды	Геми-целлю-лоза
крупный рогатый скот (КРС)	16,2	83,8	26,1	21,3	14,5	0,44	20,4
Свиньи	13,6	86,4	18,4	15,2	20,7	0,38	27,0
Овцы	22,3	77,7	20,3	19,1	7,7	0,34	10,0

измерительных приборов, дополнительных биохимических анализов. Считается, что микроорганизмы способны окислять все органические вещества, за исключением тех искусственно синтезированных, которым нет аналогов в природе. Токсичными для микроорганизмов навоза или отходов животноводческих комплексов могут оказаться ионы тяжелых металлов и некоторые органические вещества в концентрациях выше предельно допустимых (метанол, формиат, пропионат и др.)

Управление микробной ферментацией отходов может интенсифицировать минерализацию исходного субстрата и активизировать биосинтез новых соединений, предназначенных для использования в качестве органического удобрения, кормовой добавки, бактериальных препаратов.

Газовый режим компостируемой массы отходов животноводства непостоянен. При регулируемом режиме микробной ферментации анализ выходящего воздушного потока выявляет высокое содержание метана, аммиака, диоксида углерода, сероводорода и др. Причем динамика их образования связана с температурой ферментируемой массы, скоростью прохождения аэробно-анаэробных фаз и ферментативной активностью. Последнее определяется степенью гидролизуемости субстрата и участием определенных групп микроорганизмов (мезофилов и термофилов, аэробов и анаэробов).

Биоценоз ферментируемой массы — высокоспециализированное сообщество гетеротрофных организмов, обладающих устойчивыми и термостабильными целлюлазами. Особенно высоким уровнем минерализационной активности обладают микроорганизмы во второй фазе — термофильной.

Следовательно, в контролируемых условиях микробной ферментации отходов биохимические процессы трансформации органических веществ тесно связаны с температурой, влажностью и ферментативной активностью исходного сырья. Микроорганизмы, вовлекаемые в процесс ферментации, весьма разнообразны в начальной фазе; спектр их во второй фазе — значительно сужается.

Дата добавления: 2015-08-03