DYNAMICS OF THE ACTIVITY OF REDOX ENZYMES IN THE STUDY OF VARIOUS FERMENTATION PROCESSES

Мартьянова И.А.¹, Рабинович Г.Ю.²,

¹Соискатель,

²Профессор, доктор биологических наук,

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель» (ФГБНУ ВНИИМЗ),

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПРОЦЕССОВ ФЕРМЕНТАЦИИ ПО ДИНАМИКЕ АКТИВНОСТИ  ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ

Аннотация

Изучение активности окислительно-восстановительных ферментов имеет определенное значение при исследовании различных процессов ферментации, связанных с формированием биоудобрений. Показано, что наиболее четкая направленность процесса (антибатность оксидоредуктаз) присуща технологии получения биоудобрения БиГуЭм, нежели КМН, что связано с их масштабированием.  

Ключевые слова: процессы ферментации, окислительно-восстановительные ферменты.

Martyanova I.A.¹, Rabinovich G.Yu.²,

¹Postgraduate,  

²Professor, Doctor of Biological Sciences,

Federal State Scientific Institution  All-Russian Research Institute of reclaimed the-stranded (FGBNU VNIIMZ)

DYNAMICS OF THE ACTIVITY OF REDOX ENZYMES IN THE STUDY OF VARIOUS FERMENTATION PROCESSES

Abstract

The study of the activity of redox enzymes is of some importance in the formation of bio-fertilizers. In the process of obtaining biofertilizers BiGuEm direction of redox reactions, in contrast to the process of obtaining biofertilizers KMN is close to ideal. This is due to the level of implementation.

Keywords: fermentation processes, redox enzymes.

Современные биоудобрения получают преимущественно за счет ферментативной переработки органического сырья. Следовательно, основополагающим приемом при их формировании является ферментация, осуществляемая по разным алгоритмам, отличающимся продолжительностью, режимами и параметрами. На российском рынке представлено внушительное количество разнообразных биоудобрений, прошедших и проходящих государственную экспертизу. Среди них  "КОУД" [1], Биодар, "Эффект", «Живая земля Урала» [2], “НАГРО“ [3] и др. ВНИИМЗ является признанным разработчиком технологий, направленных на получение биоудобрений путем реализации ферментационных процессов, находящихся на производственном и лабораторном уровнях.

Институтом разработана и запатентована технология получения компоста многоцелевого назначения – КМН, удостоенная Государственной премии РФ за 2001 г. [4,5]. Технология связана с реализацией аэробной твердофазной ферментации разнообразного органического сырья (торфа, навоза, помета, короотходов, пищевых отходов и др.) в специальных камерах-­биофер­мен­та­торах. Биоферментатор (единичный или объединенный в секцию с другими) включается в общую технологическую линию переработки органического сырья, для которой предусмотрено устройство автоматизации процесса. Сложный композиционный состав КМН определяет наличие в нем всего спектра элементов, необходимых для питания растений. В готовом свежем продукте содержится большое количество агрономически полезных микроорганизмов, вместе с тем в КМН отсутствуют патогены, позволяющие отнести его к разряду экологически чистых удобрений.

Разработан и запатентован способ получения нового биоудобрения БиГуЭм [6] при внесении различных оригинальных биостимуляторов в разных дозах и концентрациях, а также при применении приема ощелачивания. Биоудобрение характеризуется достаточно высокой численностью агрономически полезной микрофлоры; наличием элементов питания в форме, доступной для растений и микрофлоры; присутствием веществ с фитогормональным действием, в том числе, гумусовых кислот; благоприятной кислотностью.

Исследования процесса получения КМН по активности ферментов были проведены в нашем институте ранее [7]. Было показано, что в целом оксидоредуктазы, в том числе каталаза и дегидрогеназа находятся чаще всего в антибатных отношениях. Однако наше исследование двух процессов получения КМН в 2014 г. и средние величины между ними свидетельствовали, что неоднократно наблюдалось отклонение от данного утверждения (рис. 1). Считаем, что подтвердить или опровергнуть полученные результаты позволит увеличение количества наблюдений в последующем и учет того фактора, что производственные процессы далеки от «идеальных».

Рис. 1 – Динамика каталазной и дегидрогеназной активности в процессе получения КМН

В связи с тем, что процесс получения БиГуЭм носит лабораторный характер и является довольно эффективно регулируемым, т.е. приближается к «идеальным» процессам, жизнедеятельность микрофлоры и связанная с нею активность ферментов носят вполне логичный и укладывающийся в рамки теории характер. Именно поэтому на протяжении всего процесса получения БиГуЭм мы наблюдали реальную разнонаправленность действия исследуемых нами ферментов (рис. 2). Каталазная активность в процессе получения БиГуЭм претерпевала постепенный рост и достигла максимума спустя 120 ч от начала ферментации (рис. 2). При получении КМН максимум активности был обнаружен спустя 192 ч (рис. 1). При этом данные величины сравнения отличались несущественно, что в какой-то степени сближает сравниваемые процессы ферментации.

Дегидрогеназная активность при получении БиГуЭм была максимальной уже в исходной смеси (рис. 2), подвергнутой ощелачиванию, благодаря которому, очевидно, запускались процессы синтеза. Однако впоследствии активность данного фермента постепенно снижалась, даже в последние сутки на фоне снижения активности каталазы. Отметим, что максимальной активность дегидрогеназы при получении КМН оказалась только через 192 ч ферментации (рис. 1) и держалась на высоком уровне впоследствии, отражая готовность ферментируемой массы к эффективному биосинтезу.

Рис.2 – Динамика каталазной и дегидрогеназной активности в процессе получения БиГуЭм

Изучение активности оксидоредуктаз в процессах ферментации позволяет оценить их направленность и эффективность распада и синтеза. Поскольку процесс получения БиГуЭм выполняtnся на лабораторном регулируемом уровне, активность окислительно-восстановительных ферментов, определяемых в течение процесса, носила ожидаемый антибатный характер. При формировании КМН наблюдались отклонения, что связано с некоторой непредсказуемостью производственных процессов и требует дальнейшего их изучения.

 

Литература

1. Рашин В.Н. Жидкое концентрированное органическое удобрение "КОУД" –URL:http://рашин.рф/index.php?option=com_­content&view=­article­&id=56: 2010 -12- 06-00-34-15&catid=35:bioudobrenia&Itemid­=84&sho­wall=1
2. Органическое биоудобрение БИОДАР; Биоудобрение "Эффект; "Биоудобрения "Живая земля Урала" –URL: http://www.­agroserver.­ru/b/ organicheskoe -bioudobrenie-biodar-257249.htm
3. Комплексное биоорганическое жидкое удобрение NAGRO от производителя. – URL: http://www.furazh.ru/declar/:www.cht.kz?id=5168333
4. Патент на изобретение № 2141464 Способ приготовления компоста / Туманов И.П., Малинин Б.М., Ковалев Н.Г., 1997.
5. Патент на изобретение № 2112764 Способ приготовления компоста многоцелевого назначения / Ковалев Н.Г., Туманов И.П., Малинин Б.М., 2001.
6. Патент РФ № 2539781. Способ получения биоудобрения / Рабинович Г.Ю., Тихомирова Д.В., 2015.
7. Рабинович Г.Ю. Биоконверсия органического сырья / Дис… докт. биол. наук, 2000. – 406 с.

References

1. Rashin V.N. Zhidkoe koncentrirovannoe organicheskoe udobrenie "KOUD" – URL:http://rashin.rf/index.php?option=com_¬content&view=¬article¬&id=56: 2010 -12- 06-00-34-15&catid=35:bioudobrenia&Itemid¬=84&sho¬wall=1
2. Organicheskoe bioudobrenie BIODAR; Bioudobrenie "Jeffekt; "Bioudob-renija "Zhivaja zemlja Urala" –URL: http://www.¬agroserver.¬ru/b/ organicheskoe -bioudobrenie-biodar-257249.htm
3. Kompleksnoe bioorganicheskoe zhidkoe udobrenie NAGRO ot proizvoditelja. – URL: http://www.furazh.ru/declar/:www.cht.kz?id=5168333
4. Patent na izobretenie № 2141464 Sposob prigotovlenija komposta / Tumanov I.P., Malinin B.M., Kovalev N.G., 1997.
5. Patent na izobretenie № 2112764 Sposob prigotovlenija komposta mnogocelevogo naznachenija / Kovalev N.G., Tumanov I.P., Malinin B.M., 2001.
6. Patent RF № 2539781. Sposob poluchenija bioudobrenija / Rabinovich G.Ju., Tihomirova D.V., 2015.
7. Rabinovich G.Ju. Biokonversija organicheskogo syr'ja / Dis… dokt. biol. nauk, 2000. – 406 s.