catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2016-3-76-83catal-351Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISМеханически активированный ферментативный гидролиз дрожжевой биомассыMechanically Activated Enzymatic Hydrolysis of Yeast BiomassБычковА. Л.BychkovA. L.ctls@kalvis.ruРябчиковаЕ. И.RyabchikovaE. I.ctls@kalvis.ruКоролевК. Г.KorolevK. G.ctls@kalvis.ruЛомовскаяТ. Ф.LomovskayaT. F.ctls@kalvis.ruЛомовскийО. И.LomovskiiO. I.ctls@kalvis.ruИнститут химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН), г. Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ)РоссияInstitute of Solid Chemistry and Mechanochemistry, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ СО РАН), г. НовосибирскРоссияInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, NovosibirskRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), г. НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis, NovosibirskRussian FederationООО ПО «Сиббиофарм», г. БердскРоссияSibBioFarm LLC, BerdskRussian FederationИнститут химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН), г. НовосибирскРоссияInstitute of Solid Chemistry and Mechanochemistry, NovosibirskRussian Federation2016200520161637683Copyright © LLC "KALVIS", 20162016LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/351

Представлены экспериментальные данные, полученные при изучении процессов, протекающих при механоферментативном гидролизе полимеров клеточной стенки дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Особое внимание уделено реакционной способности полимеров, входящих в супрамолекулярную структуру клеточных стенок, а также масштабированию технологии с использование полупромышленного и промышленного оборудования. В работе использован отечественный коммерчески доступный ферментативный препарат «ЦеллоЛюкс 2000» (ПО «Сиббиофарм», г. Бердск Новосибирской обл.). Механическая обработка дрожжевой биомассы позволяет увеличивать реакционную способность полимеров клеточной стенки по отношению к ферментативному гидролизу. Определены выходы маннанолигосахаридов (1,1 %) и маннопротеинов (2,7 %) в щелочной экстракт. Предложена феноменологическая модель протекания механически активированного ферментативного гидролиза, основанная на автолокализационном механизме процесса. На полупромышленном и промышленном оборудовании ООО ПА «Сиббиофарм» произведено масштабирование технологии, налажено производство нового маннанолигосахаридного продукта для животноводства. Проведены испытания опытной партии продукта, показана его эффективность в борьбе с сальмонеллезом и в увеличении привесов опытных животных.

Experimental studies were focused on the processes that occur during mechanoenzymatic hydrolysis of cell wall polymers of yeast Saccharomyces cerevisiae. Particular attention was paid to the reactivities of polymers involved in the supramolecular structures of the cell walls, as well as to the technology scaling-up using pilot and industrial facilities. The Russian commercially available enzymatic agent CelloLux 2000 (from Sibbiofarm LLC, Berdsk) was used for the studies. It was shown that mechanical treatment of the yeast biomass allows the supramolecular structure of cell wall polymers to be changed and their reactivity to enzymatic hydrolysis to be improved. The yields of mannanoligosaccharide (1,1 %) and mannanoproteins (2,7 %) to the alkali extract were determined. A phenomenological model based on autolocalized process mechanism was suggested for the mechanically activated enzymatic hydrolysis. Pilot and industrial facilities of Sibbiofarm LLC was used for the technology scaling-up and for preparation of the new mannanoligosaccharide product for animal industry. A pilot batch of the product was tested, its efficiency in fighting salmonellosis and gaining in weight of animals demonstrated.

механическая активацияферментативный гидролиздрожжевая биомассаманнанолигосахаридысупрамолекулярная структурамасштабирование технологииmechanical pretreatmentenzymatic hydrolysisyeast biomassmannanoligosaccharidesupramolecular structurescaling-upReferencesLiepins J., Kovačova E., Shvirksts K., Grube M. et al. // J. Biotechnol. 2015. Vol. 206. P. 12-16Liepins J., Kovačova E., Shvirksts K., Grube M. et al. // J. Biotechnol. 2015. Vol. 206. P. 12-16Pat. USA. № 6.060.089. 9.05.2000.Pat. USA. № 6.060.089. 9.05.2000.Tao M., Tu Y., Zhang N., Guo J. et al. // J. Integr. Agr. 2015. Vol. 14. P. 749–757.Tao M., Tu Y., Zhang N., Guo J. et al. // J. Integr. Agr. 2015. Vol. 14. P. 749–757.Babayan T.L., Latov V.K. // Biotechnology in Russia. 1992. Vol. 2. P. 23–26.Babayan T.L., Latov V.K. // Biotechnology in Russia. 1992. Vol. 2. P. 23–26.Haldar S., Ghosh T.K., Toshiwati, Bedford M.R. // Anim. Feed Sci. Tech. 2011. Vol. 168. P. 61–71.Haldar S., Ghosh T.K., Toshiwati, Bedford M.R. // Anim. Feed Sci. Tech. 2011. Vol. 168. P. 61–71.Phaneuf L.R., Lillie B.N., Hayes M.A., Turner P.V. // Vet. Immunol. Immunop. 2007. Vol. 118. P. 129–133.Phaneuf L.R., Lillie B.N., Hayes M.A., Turner P.V. // Vet. Immunol. Immunop. 2007. Vol. 118. P. 129–133.Emmerik L.C.V., Kuijper E.J., Fijen C.A., Dankert J., Thiel S. // Chin. Exp. Immunol. 1994. Vol. 97. P. 411–416.Emmerik L.C.V., Kuijper E.J., Fijen C.A., Dankert J., Thiel S. // Chin. Exp. Immunol. 1994. Vol. 97. P. 411–416.Oda Y., Ichida S., Aonuma S., Shibahara T. // Chem. Pharm. Bull. 1988. Vol. 36:7. P. 2695–2698.Oda Y., Ichida S., Aonuma S., Shibahara T. // Chem. Pharm. Bull. 1988. Vol. 36:7. P. 2695–2698.Middelberg A.P.J. // Biotech. Adv. 1995. Vol. 13:3. P. 491–551.Middelberg A.P.J. // Biotech. Adv. 1995. Vol. 13:3. P. 491–551.Bychkov A.L., Buchtoyarov V.A., Lomovsky O.I. // Cell. Chem. Technol. 2014. Vol. 48:5-6. P. 545–551.Bychkov A.L., Buchtoyarov V.A., Lomovsky O.I. // Cell. Chem. Technol. 2014. Vol. 48:5-6. P. 545–551.Golyazimova O.V., Politov A.A., Lomovski O.I. // Chemistry of plant raw material. 2009. Vol. 2. P. 59–63 (in Russian).Golyazimova O.V., Politov A.A., Lomovski O.I. // Chemistry of plant raw material. 2009. Vol. 2. P. 59–63 (in Russian).He X., Miao Y., Jiang X., Xu Z., Ouyang P. // Appl. Biochem. Biotechnol. Vol. 160:8. P. 2449–2457.He X., Miao Y., Jiang X., Xu Z., Ouyang P. // Appl. Biochem. Biotechnol. Vol. 160:8. P. 2449–2457.Borzani W., Vairo M.L. // J. Bacteriol. 1958. № 76:3. P. 251–255.Borzani W., Vairo M.L. // J. Bacteriol. 1958. № 76:3. P. 251–255.Pat. USA № 4313934, (02.02.1982).Pat. USA № 4313934, (02.02.1982).Heim A., Kamionowska U., Solecki M. // J. Food Eng. 2007. Vol. 83. P. 121–128.Heim A., Kamionowska U., Solecki M. // J. Food Eng. 2007. Vol. 83. P. 121–128.Бухтояров В.А., Бычков А.Л., Ломовский О.И. // Изв. РАН. Сер. хим. 2015. № 4. С. 948–951.Бухтояров В.А., Бычков А.Л., Ломовский О.И. // Изв. РАН. Сер. хим. 2015. № 4. С. 948–951.Nielson A., Griffith W. // J. Histochem. Cytochem. 1979. Vol. 27:5. P. 997–999.Nielson A., Griffith W. // J. Histochem. Cytochem. 1979. Vol. 27:5. P. 997–999.Klaus T., Joerger R., Olsson E., Granqvist C.G. // PNAS. 1999. Vol. 96:24. P. 13611–13614.Klaus T., Joerger R., Olsson E., Granqvist C.G. // PNAS. 1999. Vol. 96:24. P. 13611–13614.Shin Y., Bae I.T., Arey B.W., Exarhos G.J. // J. Phys. Chem. 2008. V. 112:13. P. 4844–4848.Shin Y., Bae I.T., Arey B.W., Exarhos G.J. // J. Phys. Chem. 2008. V. 112:13. P. 4844–4848.Коптев В.Ю., Шкиль Н.А., Титова М.А., Онищенко И.С., Балыбина Н.Ю., Бычков А.Л. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2014. № 2. С. 47–52.Коптев В.Ю., Шкиль Н.А., Титова М.А., Онищенко И.С., Балыбина Н.Ю., Бычков А.Л. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2014. № 2. С. 47–52.Коптев В.Ю., Шкиль Н.А., Леонова М.А., Онищенко И.С., Балыбина Н.Ю., Бычков А.Л. // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 1. С. 46–48.Коптев В.Ю., Шкиль Н.А., Леонова М.А., Онищенко И.С., Балыбина Н.Ю., Бычков А.Л. // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 1. С. 46–48.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.