НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ БИОРЕСУРСОВ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ЮЖНЫЙ ФИЛИАЛ НАЦИОНАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА БИОРЕСУРСОВ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ УКРАИНЫ «КРЫМСКИЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет лесного, садово-паркового и охотничьего хозяйства

Кафедра биотехнологий, генетики и физиологии растений

Методическое пособие

для самостоятельной подготовки к модульной контрольной работе № 2 по дисциплине

ЭКОБИОТЕХНОЛОГИЯ

для студентов заочной фомы обучения направлений

6.030504 «Экономика предприятий», 6.030601 «Менеджмент организаций», 6.030508 «Финансы и кредит», 6.030509 «Учет и аудит»

Симферополь 2012

Методические указания подготовлены:

к.б.н., доцентом кафедры биотехнологий,

генетики и физиологии растений Зильберварг И.Р.

к.с.-х.н., ассистентом кафедры биотехнологий,

генетики и физиологии растений Ивановой-Ханиной Л.В.

Рекомендовано к изданию на заседании кафедры биотехнологий, генетики и физиологии растений (протокол № 3 от «20» ноября 2012 г.)

Рассмотрено и рекомендовано к изданию ученым советом факультета лесного, садово-паркового и охотничьего хозяйства (протокол № 4 от «14» декабря 2012 г.)

Рецензенты:

Баглаева Л.Ю., доцент кафедры виноделия и технологии бродильных производств

Хлевная Г.С., доцент кафедры фитодизайна и ботаники

Ответственный за выпуск:

Макрушин Н.М. – заведующий кафедрой биотехнологий, генетики и физиологии растений, доктор с.-х. наук, член-корр. НААН Украины

Данные методические материалы предназначены для самостоятельной подготовки к модульной контрольной работе № 2 в рамках смыслового модуля «Биоконверсия (биотрасформация) сельскохозяйственных, бытовых и промышленных отходов» и зачетной работе по дисциплине «Экобиотехнология» для студентов заочной фомы обучения направлений 6.030504 «Экономика предприятий», 6.030601 «Менеджмент организаций», 6.030508 «Финансы и кредит», 6.030509 «Учет и аудит».

СОДЕРЖАНИЕ

Тема № 5. Микробиологическая переработка органических отходов. Биоконверсия растительного сырья в топливо (получение биогаза, биоэтанола, биодизеля)…………………………6

1. Микробиологическая переработка органических отходов……6

1.1. Переработка растительного сырья и углеводсодержащих отходов в белок одноклеточных организмов……………………………6

1.2. Силосование………………………………………………...8

1.3. Компостирование…………………………………………...9

2. Биоконверсия растительного сырья в топливо (получение биогаза, биоэтанола, биодизеля)………………………………………..10

2.1. Основные этапы получения метана из органических соединений биомассы. Состав биогаза. Пути интенсификации процесса метаногенеза. Сырье для получения биогаза. Получение и использование биогаза. Основные параметры биогазовых установок, их виды……………………………………………………………………10

2.2. Экобиотехнологический процесс получения биоэтанола………………………………………………………………..14

2.3. Технология получения биодизеля, сырье для получения, биодизельные установки. Использование биодизеля в качестве топлива для автомобилей и с/х техники………………………………..17

Тема № 6. Вермикомпостирование…………………………….22

1. Биологические основы вермикультуры, вермикомпост (биогумус), вермисток (гумисол)……………………………………….22

2. Вермитехнология: общие принципы разведения калифорнийского красного червя (содержание, кормление)…………25

3. Агроэкологическая характеристика копролита (биогумуса)………………………………………………………………29

Тема № 7. Микробиологические биопрепараты для сельского хозяйства…………………………………………………….32

1. Роль микробиоллогических препаратов в сельском хозяйстве………………………………………………………………….32

2. Энтомопатогенные препараты……………………………..33

3. Бактерии, стимулирующие рост растений………………..38

4. Биоудобрения. Производство и применение, в том числе препаратов – азотфиксаторов и препаратов, улучшающих снабжение растений фосфором………………………………………………………40

5. Биологические средства защиты растений на основе антибиотиков……………………………………………………………..46

Тема № 8. Экобиотехнологические аналитические системы…………………………………………………………………..49

1. Биосенсоры, их конструкционные особенности……………..49

2. Биохимические методы анализа на основе микробных ферментов………………………………………………………51

3. Использование микроорганизмов и тканей живых организмов в качестве биосенсоров………………………………………..53

4. Применение биосенсоров……………………………………..54

Тестовые задания……………………………………………………….57

СПМСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….77

Тема № 5 Микробиологическая переработка органических отходов. Биоконверсия растительного сырья в топливо (получение биогаза, биоэтанола, биодизеля) План:

1. Микробиологическая переработка органических отходов.

1.1. Переработка растительного сырья и углеводсодержащих отходов в белок одноклеточных организмов.

1.2. Силосование.

1.3. Компостирование.

2. Биоконверсия растительного сырья в топливо (получение биогаза, биоэтанола, биодизеля).

2.1. Основные этапы получения метана из органических соединений биомассы. Состав биогаза. Пути интенсификации процесса метаногенеза. Сырье для получения биогаза. Получение и использование биогаза. Основные параметры биогазовых установок, их виды.

2.2. Экобиотехнологический процесс получения биоэтанола.

2.3. Технология получения биодизеля, сырье для получения, биодизельные установки. Использование биодизеля в качестве топлива для автомобилей и с/х техники.

1. Микробиологическая переработка органических отходов

1.1. Переработка растительного сырья и углеводсодержащих отходов в белок одноклеточных организмов

Традиционные источники белка для человека – это растения и животные. Но уже сегодня они не покрывают все увеличивающиеся потребности человечества. Белки и жиры микроорганизмов с успехом могут заменить белки и жиры традиционного происхождения. Микроорганизмы как продуценты белка имеют преимущества: высокое содержание белка в биомассе и высокая скорость роста микробной биомассы.

Термин белок одноклеточных (БОК) был предложен в 1966 г. и обозначает биомассу различных микроорганизмов (бактерий, дрожжей, грибов и водорослей).

Кроме высокого содержания белка микробная биомасса содержит также жиры, нуклеиновые кислоты, витамины и минеральные компоненты.

Для получения БОК используют самые разнообразные субстраты, включая парафины нефти, метан, водород, метанол, этанол, уксусную кислоту, углекислый газ, молочную сыворотку, мелассу, крахмал и целлюлозосодержащие отходы промышленности и сельского хозяйства.

Для промышленного использования перспективными являются термофильные микроорганизмы, растущие при высоких температурах до 50 ^оС.

Качество биомассы оценивается по высокому содержанию белка, низкому содержанию нуклеиновых кислот и отсутствию вредных веществ.

Белок микроорганизмов получают и используют, как живую биомассу, так и как кормовой белок.

Как пример промышленного производства живой биомассы можно привести получение хлебопекарных дрожжей. В производстве хлебопекарных дрожжей используют специально отобранные расы Saccharomyces cerevisiae. При отборе культуры принимают во внимание способность дрожжей сбраживать тесто, они должны обладать хорошей подъемной силой и ферментативной активностью, хорошо расти на мелассной среде в условиях глубинной ферментации и давать высокий выход биомассы. Клетки дрожжей должны легко отделяться от культуральной жидкости сепарированием или фильтрацией и хорошо сохраняться в прессованном виде.

При производстве кормового белка не требуется получение жизнеспособной микробной массы, поэтому требования при выделении клеток просты.

Кормовые дрожжи получают с помощью Candida и Trichosporon. Выбирая культуру, надо следить, чтобы скорость ее роста в соответствующей среде была максимальной, в состав биомассы входило бы много белков, витаминов, чтобы культура в определенных условиях была вирулентной (могла конкурировать с сопутствующей микрофлорой). Кормовые дрожжи получают из доступных, дешевых, содержащих углерод видов сырья:

• углеводсодержащее сырье (гидролизаты древесных и сельскохозяйственных отходов, меласса, сульфитный щелок целлюлозной промышленности);

• природные и синтетические субстраты, содержащие органические кислоты, спирты и другие окисленные соединения углерода (отходы спиртовой промышленности — барда, отходы производства синтетических моющих веществ и др.);

• углеводороды (нефть, парафины, природные газы).

При производстве кормового белка не требуется получение жизнеспособной микробной массы, поэтому требования при выделении клеток более просты.