WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«ИННОВАЦИОННЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫШЛЕННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ГРИБОВ Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МЕДИЦИНСКИХ ПРЕПАРАТОВ Монография Под ...»

-- [ Страница 1 ] --

Герасименя В.П., Захаров С.В., Брусникин В.М.,

Клыков М.А., Семашева Л.П.

ИННОВАЦИОННЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ

ПРОМЫШЛЕННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ГРИБОВ

Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В

ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ

МЕДИЦИНСКИХ ПРЕПАРАТОВ

Монография

Под редакцией:

доктора технических наук, заслуженного деятеля науки Российской федерации, профессора ГЕРАСИМЕНИ В.П.;

доктора биологических наук, профессора ПОЛЯКОВА В.Ю.

Москва 2013 УДК 604:[579.61:582.28] ББК 30.16 И67 Герасименя В.П. Инновационные биотехнологии промышленного культивирования грибов Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm, используемых в фармакологической практике для создания медицинских препаратов / В.П. Герасименя, С.В. Захаров, В.М. Брусникин, М.А.

Клыков, Л.П. Семашева; под ред. В.П. Герасимени, В.Ю. Полякова. М.: Институт химической физики имени Н.Н. Семенова РАН, ООО «Инбиофарм», 2013, -212 с.

ISBN 978-5-9904905-2- В монографии изложены результаты научных исследований разработки инновационных биотехнологий промышленного культивирования грибов Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm, используемых в фармакологической практике для создания медицинского препарата, направленного на предупреждение и коррекцию лекарственной непереносимости в комплексном лечении больных.

Разработанные предложения по созданию технологического комплекса по производству медицинского препарата подтверждают технические возможности их практической реализации.

Издание предназначено для микологов, биологов, а также научных работников различных вузов и НИИ, занимающихся исследованиями по разработке и созданию биотехнологий промышленного культивирования базидиомицетов.

Печатается в соответствии с решением научно-технического совета ООО «Инбиофарм».

© Коллектив авторов, © Институт химической физики имени Н.Н. Семенова РАН, © ООО «Инбиофарм»,

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………........... ГЛАВА 1. ПРОМЫШЛЕННОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ БАЗИДИОМИЦЕТА Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm (обзор литературы) ………………………………………………………….

1.1 Экстенсивный способ выращивания грибов Pleurotus ostreatus

1.2 Интенсивный способ выращивания грибов Pleurotus ostreatus …………………………………………………………….… 1.2.1 Твердофазное поверхностное культивирование посевного мицелия и плодовых тел

1.2.2 Культивирование посевного мицелия в глубинной культуре ………………………………………………………………... 1.3 Направления по совершенствованию технологии промышленного культивирования мицелия в глубинной культуре …………………………………………………...…………… ГЛАВА 2. НОВЫЕ СРЕДСТВА И СПОСОБЫ В БИОТЕХНОЛОГИИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm ………………………………………………………………..….. 2.1 Цели и задач исследования ……………………………….. 2.2 Разработка новых средств и обоснование способов их применения в биотехнологии культивирования мицелия и плодовых тел …………………………………………………..……... 2.2.1 Результаты теоретических исследований создания средств и способов очистки воздушной среды с применением слабых электромагнитных полей………………………….………... 2.2.2 Способы и средства очистки воздушной среды с использованием слабых электромагнитных полей…………...… 2.2.3 Результаты экспериментальных исследований ………….. 2.3 Технология синтеза наноструктурных частиц коллоидного серебра и обоснование областей их применения в технологическом процессе культивирования мицелия …………………... 2.3.1 Описание особенностей технологии получения наноструктурных частиц коллоидного серебра, его производных препаратов и областей их применения в технологическом процессе культивирования мицелия ……………………………… 2.3.2 Описание нанотехнологической составляющей частиц коллоидного серебра в водной и органической дисперсиях …. 2.3.3 Результаты изучения цитотоксического действия препаратов наноструктрных частиц коллоидного серебра в водной дисперсии на первичные фибробласты человека ….… 2.3.4 Результаты изучения в клеточной системе in vitro действия препаратов наноструктурных частиц коллоидного серебра в водной дисперсии на цитокинетические параметры 2.4 Разработка новых способов и средств каталитической очистки воздуха в плазмоподобных средах, формируемых на фильтрующих материалах наноструктурными частицами серебра

2.4.2 Способы и средства для каталитической очистки воздуха в процессе культивирования посевного мицелия и 2.4.3 Новые дезинфицирующие средства на основе катализатора из наноструктурных частиц коллоидного серебра и способы их применения ……….………..……………………….….. ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ ДВУХСТАДИЙНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИЦЕЛИЯ Pleurotus ostreatus 1137 В ГЛУБИННОЙ КУЛЬТУРЕ И ПОЛУЧЕНИЯ ИЗ НЕГО ЭКСТРАКТА ……….…… 3.4 Описание технологического процесса двухстадийного 3.5 Получение из мицелия экстракта низкомолекулярных

ГЛАВА 4. ИННОВАЦИЯ В БИОТЕХНОЛОГИИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ В

Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm

ГЛУБИННОЙ КУЛЬТУРЕ, ОБОГАЩЕННОЙ КОНЦЕНТРАТОМ

КОЛЛОИДНОГО СЕРЕБРА В ВОДНОЙ ДИСПЕРСИИ

4.2 Результаты изучения нанотехнологической составляющей 4.3 Особенности технологического процесса культивирования мицелия в глубинной культуре, обогащенной 4.4 Результаты экспериментального культивирования мицелия в среде, обогащенной «Концентратом КС», и получения из него экстракта

4.5 Результаты изучения на уровне in vitro биологической активности экстракта на цитокинетические параметры клеток ГЛАВА 5. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОЗДАНИЮ И ПРОИЗВОДСТВУ ДЕТОКСИКАЦИОННОГО ПРЕПАРАТА ……….…... 5.1 Состав детоксикационного препарата……………..……..….. 5.2. Алгоритм технологического процесса производства детоксикационного препарата……………………………….……..…….. 5.3 Предложения по созданию технологического комплекса по производству фармацевтической субстанции детоксикационного препарата ……………………………………………….. 5.4 Технико-экономическая оценка промышленного производства фармацевтической субстанции детоксикационного 5.5 Предложения по производству детоксикационного препарата……………………..……………………………………….. Изучением лечебных свойств базидиальных грибов и практическим их применением для профилактики и лечения многих заболеваний человека занимаются на протяжении тысячелетий.

Современная микология – это многогранная наука, включающая исследования в области систематики, экологии, медицины, фитопатологии, генетики и биотехнологии (Заикина, Коваленко, Галынкин и др., 2007).

В настоящее время результаты этих исследований особенно широко используются в Китае, России, Японии, Корее, США, Норвегии и Канаде.

Значительный вклад в решение задач по изучению культуральноморфологических свойств штаммов базидиальных грибов (включая Pleurotus ostreatus), разработке и созданию биотехнологий их культивирования, выделению из мицелия и плодовых тел биологически активных веществ и всестороннему изучению их медикобиологической и специфической активности в разные годы внесли ученые и специалисты: Бухало А.С., Бисько Н.А., Гарибова Л.В., Герасименя В.П., Дудка И.Д., Дьяков Ю.Т., Ефременкова О.В., Капич А.Н., Касперовичюс М.М., Камзолкина О.В., Кирьянов Г.И., Краснопольская Л.М., Корзун В.Н., Конопля Е.Ф., Кузьминский Б.Б..

Морозова Г.Р., Медведев В.А., Мюллер Э., Милевич Т.И., Соломко Э.Ф., Таратутина Л.В., Решетников С.В., Поляков В.Ю., Преображенская Е.И., Феофилова Е.П., Bobek P., Bumett J.H., Hilber O., Li A., Begin M., Miller O.K., Nobles M.K., Peterson R. H., Wasser S.P., Weis A.L., Lavi I., Osdin L., Mizuno T. и др.

Из числа исследуемых штаммов базидиомицетов наибольший интерес представляют культуры съедобных культивируемых грибов, лечебные свойства которых изучены достаточно глубоко. К числу таких грибов, прежде всего, следует отнести зимний гриб (Flammulina velutipes), шиитаке или японский гриб (Lentinus edodes), вешенку обыкновенную (Pleurotus ostreatus), навозник компостный (Coprinus comatus), шимию (Hupsizygus tessulatus), намеко (Pholiota nameko), трутовик лаковый (Ganoderma lucidum) - «Рейши», гриб баран (Grifola frondosa), трутовик (Grifola umbellatta), львиную гриву (Hericium erinaceus).

Одним из важных направлений в исследованиях базидиомицетов является изучение продуцируемых ими биологически активных веществ – ферментов, антибиотиков, противоопухолевых и других веществ, обладаающих специфической фармакологической активностью.

В результате проведенной многолетней работы в этой области в практику медицины было внедрено несколько лекарственных средств и БАД к пище. Так, например, из плодовых тел Lentinus edodes был разработан и внедрен лентинан (Япония); из Inonotus obliguus – бефунгин (Россия); Agaricus blazei (США); из культуральной жидкости Schizophyllum commune - сонифилан, PSG;

шизофиллан (Япония) (Mizuno, 1996, Miles, Chang, 1997); БАД к пище «Мипро-ВИТ» (Патент РФ 2092179, 1996); БАД к пище из гриба Fusarium sambucinum Fuskel var. ossicolum (berk. etcurf) bilai (Патент РФ 2040932, 1993); БАД к пище «Микотон» (Украина), (Горовой, Сенюк, Трутнева, 1997); БАД к пище «ОВО-Д» (Россия), (Герасименя, Ефременкова, Камзолкина и др., 2003); БАД к пище «ОВОДОРИН» (Россия), (Герасименя, Захаров, 2008).

Сдерживающим фактором широкого внедрения в практику медицины лечебных грибов является непростая работа по выделению из них и последующая идентификация действующих веществ (антибиотиков), используемых в фармакологической практике для создания лекарственных средств.

Для решения этих сложных и трудоемких задач на современном этапе исследований требуется усовершенствование технологии выращивания мицелия, гарантирующей стабильные параметры получаемых из них экстрактов.

Одним из первых шагов в установлении действующих веществ в составе экстрактов является стандартизация методов культивирования мицелия и состава сырья для получения питательных сред.

На их основе создана технология промышленного культивирования мицелия и разработаны методы получения из него экстракта с постоянным составом компонентов, которые являются по целому ряду факторов наиболее перспективными для производства фармакологической субстанции и действующего вещества для получения медицинских препаратов.

Это позволило приступить к систематическому комплексному исследованию влияния стандартизованных составов экстракта мицелия Pleurotus ostreatus 1137 и действующего вещества как на клеточном уровне (in vitro), так и на уровне in vivo (на лабораторных животных).

В системе in vitro исследования эффектов экстракта мицелия Pleurotus ostreatus 1137 на цитокинетические параметры культивируемых клеток (нормальных и трансформированных) проводились в НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского (МГУ им. М.В.

Ломоносова) под руководством д.б.н., профессора В.Ю.Полякова и д.б.н. Г.И. Кирьянова. В работах этой группы показан эффект индукции апоптоза в раковых (в отличие от нормальных) клетках.

Получены фракции экстракта, обогащенные действующим веществом. Наконец, выделено и определено химическое вещество – производное стерола, ранее не выявляемое в медицинских грибах.

Некоторые результаты этой работы суммированы в данной монографии.

Монография может представлять интерес для специалистов в различных областях биологии, медицины и для производителей лекарственных препаратов.

В.П. Герасименя, В.Ю. Поляков.

ВВЕДЕНИЕ

В последнее десятилетие пристальное внимание в различных областях медицины, биохимии и молекулярной биологии уделяется исследованию так называемых медицинских грибов, из которых наиболее освоенным в промышленном культивировании видом является вешенка устричная, или обыкновенная (Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm) [1,2].

Проведенные к настоящему времени работы выявили существенную медико-биологическую активность выделенных из Pleurotus ostreatus экстрактов при лечении бактериальных и вирусных инфекций, ВИЧ, диабета, гиперхолестеролемии, сердечнососудистых и целого ряда других заболеваний. Особый интерес вызывает способность экстрактов, полученных из мицелия или плодовых тел Pleurotus ostreatus, подавлять рост злокачественных опухолей [3-6].

Предполагается, что такая полифункциональность экстрактов связана с их активностью, направленной на стимуляцию иммунной системы [7]. Однако ряд исследований [6, 8, 9,10] показывает, что действие экстрактов медицинских грибов не исчерпывается только стимуляцией иммунной системы. Так, например, у компонентов экстракта Pleurotus ostreatus 1137 обнаружена способность блокировать пролиферацию и индуцировать апоптоз в различных культурах раковых клеток [11].

Большой интерес представляют проведенные в ООО «Инбиофарм» исследования, направленные на изучение противоопухолевой активности экстрактов, выделенных из мицелия Pleurotus ostreatus 1137 в системах in vivo (на экспериментальных животных) и in vitro (на модели культивируемых клеток) [9,10,11].

Экстракт мицелия Pleurotus ostreatus 1137 проявляет выраженные антитоксические свойства при влиянии на опухолевую кахексию, снижая потерю массы тела и нормализуя биохимические показатели крови.

При сочетанном применении экстракта с цитостатиками выявлено ингибирующее влияние как самого экстракта на развитие метастазирующего процесса опухоли в организме, так и повышение антиметастазного эффекта применяемых цитостатиков.

Установлено, что экстракт обладает гепатопротекторной и антигиперлипидемической активностями [12,13]. По данным, полученным на модели стеатоза, индуцированого атерогенной диетой у крыс, экстракт блокирует развитие жировой дистрофии печени, тем самым проявляя свойства эффективного гепатопротектора [14].

Проведенные к настоящему времени исследования выявили выраженную зависимость медико-биологической активности выделенных из мицелия экстрактов от технологии культивирования мицелия. Поэтому по-прежнему актуален и требует решения вопрос внедрения этих результатов в практику медицины, вследствие их убедительности и отсутствия на фармакологическом рынке медицинских препаратов с такими свойствами.

Из числа известных способов культивирования грибов Pleurotus ostreatus для получения из них биологически активных веществ, используемых в фармакологической практике для создания медицинских препаратов, в настоящее время наиболее прогрессивной технологией является промышленное культивирование посевного мицелия в глубинной культуре [15-18]. Такая технология культивирования посевного мицелия обусловлена, прежде всего, его выращиванием в строго контролируемых, искусственно созданных условиях при наличии недорогих стерильно подготовленных питательных сред (Бухало, 1978).

Создавая соответствующие условия культивирования, можно улучшить показатели мицелия по содержанию в нем целого ряда ценных биологически активных веществ [19, 20].

В последние годы метод глубинного культивирования привлекает внимание в связи с необходимостью сокращения длительности процесса и стандартизации условий обеспечения стабильности химического состава пищевых продуктов и диетических добавок, получаемых из базидиальных грибов (Wasser, Nevo, Sokolov et al.,2000).

Для получения мицелиальной культуры разработаны различные составы питательных сред для культивирования мицелия в глубинной культуре и физические параметры (например, температура, аэрация, продолжительность и т. д.), соблюдение которых приводит к получению товарного мицелия с заданными свойствами [19, 20].

В результате проведенного анализа культивирования мицелия базидиомицетов в глубинной культуре нами установлено, что выращивание мицелия в питательных средах зависит от многих факторов, к числу которых, прежде всего, относятся правильно подобранные состав сред, оптимальные рН и температура сред, физико-технологические параметры оборудования и создание условий культивирования мицелия, обеспечивющих гарантированную скорость и качество роста мицелия в заданных условиях глубинного культивирования. Не решив эти вопросы, добиться на практике выхода мицелия со стандартизованным составом входящих в него биологически активных веществ практически невозможно.

Поэтому, несмотря на большой объем полученных результатов по актуальнейшему в этой области направлению, создание новых препаратов во многом сдерживается именно несовершенными технологиями культивирования базидиомицетов в глубинной культуре, в том числе и базидиомицета Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm, и выделения из него низкомолекулярных химических веществ, обладающих стабильностью и требуемой медико-биологической активностью.

Прежде всего, это обосновывается тем, что образование ценных для фармакологии метаболитов зависит от условий культивирования продуцента и, по мнению большинства авторов, носит нестабильный штаммоспецифический характер.

Исходя из этого, одним из важных направлений в исследованиях базидиомицетов до настоящего времени является разработка и внедрение в практику биотехнологий культивирования грибов Pleurotus ostreatus, обеспечивающих выход стандартизованной культуры, технологическая переработка которой в дальнейшем в лекарственную продукцию с заданными свойствами обеспечивала бы медико-биологическую активность этих препаратов.

Одним из важных шагов в решении этой проблемы является стандартизация методов культивирования мицелия Pleurotus ostreatus и состава сырья для получения питательных сред.

Специалистами ООО «Инбиофарм» в сотрудничестве с учеными других привлеченных научных организаций разработаны технологические регламенты культивирования мицелия Pleurotus ostreatus 1137 в глубинной культуре. На их основе создана технология промышленного культивирования мицелия и разработаны методы получения из него экстракта с постоянным составом компонентов, которые являются по целому ряду факторов наиболее перспективными для производства фармакологической субстанции и действующего вещества для получения лекарственных препаратов.

На основе проведенного анализа медико-биологической активности ранее изученных составов биологически активных веществ Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm была сформулирована основная цель и определены задачи исследования, направленные на проведение работ по совершенствованию технологии культивирования мицелия и выделения из него экстракта, обладающего одновременно максимальной антимикробной и антитоксической активностями [21-26].

Полученные нами результаты медико-биологических исследований [27-42] явились основой для разработки инновационной биотехнологии промышленного культивирования мицелия Pleurutus ostreatus 1137 [43], используемого для создания нового медицинского препарата с полифункциональной медико-биологической активностью для снижения лекарственной непереносимости в комплексном лечении онкологических больных [44, 45].

Научная новизна разработанных технических и биотехнологических решений подтверждена 14 патентами РФ на изобретения, полезные модели и промышленные образцы [45-58].

Некоторые итоги этой работы подведены в данной монографии.

За проведение консультаций, оказание практической помощи при проведении ряда экспериментальных работ по изучению физикохимических характеристик и биологической активности разработанных средств и составов на уровне in vitro, участие в обработке результатов и обобщение выводов по ним авторы выражают благодарность сотрудникам МГУ имени М.В. Ломоносова доктору биологических наук Кирьянову Глебу Ивановичу, доктору биологических наук, профессору Полякову Владимиру Юрьевичу, сотруднику ИХФ РАН доктору химических наук, профессору Гумаргалиевой Кларе Зенноновне, а также господам Соболеву Леониду Александровичу и Кундику Виктору Александровичу за участие в организации и проведении исследований по разработке и созданию Комплекта защиты и активизации растений (КЗАР «Зеленые Волны®»).

ГЛАВА 1 ПРОМЫШЛЕННОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ

БАЗИДИОМИЦЕТА Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm Первое сообщение о культивировании базидиомицетов, и в частности сморчка, появилось в 1905 г. В это же время в США изучались факторы, влияющие на рост мицелия Agaricus campestris.

Спустя 25 лет эти опыты были повторены Трешовым, который установил токсическое действие на рост мицелия ионов калия (Бешков, 1974). В процессе проведения длительного изучения медико-биологических свойств базидиомицетов высшие съедобные грибы стали привлекать внимание исследователей как продуценты биологически активных метаболитов и как продуценты кормового и пищевого белка.

Промышленное культивирование базидиомицетов, включая, в том числе, Pleurotus ostreatus (вешенка устричная, или обыкновенная), за последние десятилетия превратилось в мощную индустрию, соединяющую традиционные черты сельского хозяйства и современной биотехнологии. В мире ежегодно выращивается более 5 миллионов тонн грибов. Гриб вешенка сравнительно недавно стал культивироваться промышленным способом, но уже вышел по объему производства на второе место после шампиньона [16, 17, 18, 19, 20, 59].

Вешенка - самые неприхотливые и экономически выгодные при выращивании грибы. В России для многих грибоводческих хозяйств и предприятий эти грибы представляют собой оптимальный выбор для промышленного культивирования.

Немногие из всех известных грибов могут характеризоваться такой великолепной адаптируемостью, высокой активностью и продуктивностью, как эта разновидность.

В группу этих грибов входят:

- Hypsizygus;

- Hypsizygus tessulatus (H. Marmoreus);

- Pleurotus cirinopileatus (P. Cornucopiae var. Cirinopileatus);

- Pleurotus cornucopiae;

- Pleurotus cystidiosus (P. abalonus, P. smithii);

- Pleurotus djamor (P. flahellatus, P. salmoneo-stramineus);

- Pleurotus dryinus;

- Pleurotus eryngii;

- Pleurotus euosmus;

- Pleurotus ostreatus;

- Pleurotus pulmonarius («sajor-caju»);

- Tricholoma giganteum.

Основным, наиболее освоенным в сельском хозяйстве и в промышленности культивируемым видом, является Pleurotus ostreatus [59, 60].

В настоящее время широко известны два способа выращивания «вешенкообразных» грибов, к которым относятся экстенсивный и интенсивный способы их выращивания. При интенсивном способе выращивания вешенки освоены также два способа, а именно:

способ твердофазного поверхностного культивирования посевного мицелия и плодовых тел грибов и способ глубинного культивирования посевного мицелия [16,17,18].

1.1 Экстенсивный способ выращивания грибов Pleurotus Экстенсивный способ выращивания грибов предусматривает их выращивание в условиях, приближенных к естественным.

Известно, что в природе вешенка устричная, или обыкновенная, произрастает на стволах многих лиственных деревьев, однако наилучшими для нее являются различные виды тополя, ивы, граба, бука и дуба. На лиственных породах с мягкой древесиной (тополь, ива, граб) мицелий вешенки разрастается быстрее, но урожайность его ниже, чем на деревьях с более твердой древесиной (бук, дуб), на которых грибница развивается медленнее. В естественных условиях вешенка плодоносит в конце сентября - в октябре [20, 59].

Для культивирования вешенки используют свежесрубленную древесину, содержащую достаточное количество влаги для развития мицелия гриба. При использовании давно срубленной древесины ее вымачивают в воде в течение недели. Разрезают ствол на бруски (обрубки) в день инокуляции или накануне.

Оптимальный их диаметр 30-40 см. Высота брусков составляет 30см. Посевной мицелий наносят на заболонью часть поверхности пня в мае-июне, предварительно срезав с него диск толщиной 3- см. Норма расхода мицелия 70 -100 г на один пенек. Плодовые тела вешенки появляются в конце сентября - начале октября [59].

Появлению грибов способствуют низкие ночные температуры (4С) и высокая влажность воздуха (90-95%). Через 7-10 дней после инициации примордиев собирают урожай. Плодоношение продолжается 40-50 дней и имеет 2-3 волны. Грибы собирают в течение 3- лет. Урожай зависит от качества древесины и мицелия, погодных условий, санитарного состояния леса и т.д.

Недостатком экстенсивного способа выращивания вешенки является сезонность сбора плодовых тел и зависимость величины урожая от климатических условий. Именно по этим причинам этот способ не находит широкого применения в промышленности для использования собранных плодовых тел для дальнейшей их обработки и выделения из них биологически активных веществ и является неперспективным для его применения в биотехнологиях создания медицинских препаратов.

1.2 Интенсивный способ выращивания грибов Pleurotus 1.2.1 Твердофазное поверхностное культивирование посевного мицелия и плодовых тел Интенсивный способ выращивания вешенки предполагает культивирование плодовых тел в специальных помещениях, где есть возможность регулирования условий микроклимата и подготовки субстрата для культивирования посевного мицелия и плодовых тел. Достоинством этого способа перед экстенсивным способом выращивания грибов является то, что процесс выращивания проводится круглогодично. Урожайность плодовых тел вешенки более высокая и стабильная. Для культивирования посевного мицелия и плодовых тел используется большое количество субстратов из отходов сельского хозяйства и промышленности (опилки, стружки, кора хвойных и лиственных пород деревьев, бумага, отстои пульпы соломы злаковых культур, початки и стебли кукурузы, отходы сахарного тростника, отходы кофе, очес, камыш, лузга подсолнечника и другие материалы, содержащие целлюлозу) в связи с наличием в технологическом процессе фазы их тепловой обработки. Культивирование посевного мицелия и плодовых тел осуществляется в более короткий производственный цикл, равный 8-10 неделям, при широкой возможности применения механизации и автоматизации технологических процессов [20, 59].

На сегодняшний день в России в качестве помещений для выращивания грибов по специально разработанной для каждого вида культуры технологии используются теплицы, птичники, коровники, овощехранилища, склады, цехи пищевых предприятий, гаражи, бомбоубежища и другие оборудованные для этих целей нежилые помещения [59].

Технология производства грибов вешенка включает общепринятые технологические операции [59]:

- термообработка органического субстрата;

- инокуляция (посев) мицелия и формирование грибных блоков;

- термостатирование грибных блоков;

- получение и сбор плодовых тел грибов.

Один цикл выращивания грибов интенсивным способом длится 2-2,5 месяца. При круглогодичном культивировании грибов можно осуществить 5-6 циклов.

Традиционным субстратом для выращивания плодовых тел вешенки по вышеуказанной технологии является солома злаковых культур: пшеницы, ржи, ячменя, овса, проса. Широко используются также измельченные стержни и початки кукурузы, рисовая солома [59].

Технико-экономические показатели грибного производства меняются в зависимости от применяемого сырья, технологического оборудования, используемых производственных площадей и стоимости энергоносителей. Средняя рентабельность грибоводческих хозяйств в России составляет до 40%.

Вместе с тем добиться такой рентабельности и. соответственно, прибыли при выращивании грибов по известным технологиям из-за различных потерь как посевного материала (мицелия), так и плодовых тел в процессе их культивирования трудно, а порой, из-за возникающих климатических и других природных и технологических нештатных ситуаций, порой невозможно.

Так, например, развитие болезнетворных микроорганизмов (патогенов) в процессе подготовки субстрата и посевного мицелия, а также выращивания плодовых тел иногда вызывает настоящие эпидемии, которые губят урожаи и делают плодовые тела невзрачными и вследствие этого непригодными для дальнейшего их производственного и коммерческого применения.

К патогенам, наряду с различными бактериями и иногда встречающимися микромицетами и вирусами, относятся, прежде всего, несовершенные грибы, споры которых активно развиваются и подавляют рост мицелия и плодовых тел. Это происходит вследствие нарушения технологии при подготовке зерновой культуры для мицелия, субстрата для прорастания товарного мицелия и плодовых тел, а также несанкционированного изменения (колебаний) температурно-влажностного режима внутри помещений [20].

Опыт специалистов-грибоводов позволяет снижать масштабы возможных потерь. Но добиться существенного их снижения только за счет применения известных методов и средств, как показывает опыт, невозможно.

Для подтверждения приведенных доводов рассмотрим применяемые на сегодняшний день способы выращивания вешенки и их недостатки.

В настоящее время в практике промышленного твердофазного поверхностного культивирования съедобных грибов вешенки известны два способа [16]:

- выращивание вешенки на стерилизованном субстрате;

- выращивание вешенки на нестерильном субстрате.

Применение способа выращивания вешенки на стерилизованном субстрате в асептических условиях экономически невыгодно [61].

К недостаткам этого способа, прежде всего, относится сложность его реализации и высокая себестоимость продукции, связанные с необходимостью приобретения и эксплуатации дорогостоящего технологического оборудования. Вследствие этого способы выращивания вешенки в стерильных условиях не находят широкого применения в промышленном грибоводстве как в России, так и за рубежом [62].

Интенсивное выращивание вешенки в нестерильных условиях позволяет устранить данные недостатки. Однако при этом появляется другая проблема - размножение в субстрате конкурирующих бактерий и плесневых грибов.

Известно, что качество выращиваемой вешенки поддерживают путем создания селективных условий роста за счет предварительной обработки субстрата с помощью защитных микроорганизмов [63, 64], подготовки многокомпонентных субстратов [65], добавки в субстрат биномила [66], препарата «Custos», а также применения быстрорастущих «агрессивных» культур вешенки [67].

Трудности при реализации интенсивного выращивания вешенки по указанным способам [63-67] связаны с необходимостью раскрытия или покупки «ноу-хау» и использования дефицитных препаратов беномила и «Сustos». Предметом «ноу-хау» являются штаммы защитных микроорганизмов, состав многокомпонентных субстратов и культуры вешенки. Кроме того, известно, что при длительном применении беномил и препарат «Custos», как и другие пестициды, теряют свою эффективность.

Известен также способ выращивания съедобных грибов на нестерильном субстрате, который инокулируют по всему объему зерновым мицелием [68].

Подобный способ выращивания осуществляют на пастеризованном субстрате, а слои гриба при заполнении культивационных сосудов формируют с помощью мицелия, выращенного на зерне [69].

Сложности реализации данных способов [68, 69] связаны с необходимостью приобретения большого количества посевного материала или введения дополнительной технологической операции для предварительного проращивания субстрата в стерильных условиях.

Наиболее эффективными являются способы выращивания грибов вешенка в культивационных сосудах или мешках, которые заполняют питательным субстратом [59]. Однако недостатками этих способов, как и других способов культивирования вешенки в промышленном грибоводстве, являются нестабильность применяемых технологий.

Таким образом, в настоящее время сложность реализации интенсивного выращивания вешенки обусловлена, прежде всего, сложностью и тесной зависимостью друг от друга технологических операций в длительном (до 2,5 месяцев) биотехнологическом цикле культивирования грибов, включая циклы подготовки субстрата, инокуляции (посева) и развития мицелия, плодоношения и сбора урожая.

Существующие интенсивные технологии в целом похожи друг на друга и различаются, главным образом, взаимозаменяемыми деталями. В основе всей этой группы способов выращивания вешенки лежит парадоксальное обстоятельство, а именно возможность ее культивирования на несвойственных ей в природе субстратах. Так, например, на уплотненной соломе и других субстратах, не свойственных вешенке в природе, она растет намного быстрее и дает более высокий урожай.

Для объективного подтверждения сделанных выводов проанализируем более подробно одну из известных технологий твердофазного поверхностного культивирования грибов вешенки обыкновенной, начиная с первого технологического цикла подготовки субстрата [59].

Так, в цикле подготовки субстрата предусматривается его нагрев до 60-80°С с целью частичной стерилизации среды. На сегодняшний день существует несколько способов термической обработки растительных субстратов, к числу которых, прежде всего, относятся способы:

- замачивание горячей водой;

- ступенчатая термическая обработка;

- ферментация.

Простейшим из указанных способов является замачивание соломы горячей водой (95°С) в течение суток. За счет этого достигается частичное разрушение оболочек растительных клеток и перевод лигнина в доступные для мицелия гриба формы.

Замачивание проводят в металлических баках и контейнерах различной емкости. Растительные субстраты запаривают в кормозапарниках, поддерживая в них температуру 50-60°С.

Термообработку и ферментацию проводят в специальных камерах и тоннелях. Перед началом солому измельчают до 1-3 см и увлажняют так, чтобы относительная влажность составляла 70-75%.

Для этого используется примерно 3000-4000 л воды на 1 т субстрата.

Ступенчатая термическая обработка субстрата заключается в нагревании его до 80°С, охлаждении и повторном нагревании до 60С. При этом погибает практически вся микрофлора, а основные компоненты субстрата переходят в доступные для мицелия формы.

Термообработка проводится без подачи свежего воздуха.

Пастеризация субстрата отличается от термической обработки тем, что при кратковременном повышении температуры до 55-60°С проходит частичная стерилизация и создаются условия для развития полезной микрофлоры, которая формирует благоприятную среду для роста грибницы вешенки. Ферментацию проводят при подаче свежего воздуха. При применении этого способа подготовки субстрата опасность появления инфекции значительно ниже, чем при термической обработке.

При проведении второго цикла культивирования грибов проводят инокуляцию (посев) и развитие мицелия. После окончания пастеризации субстрата и охлаждения до 28-30°С его набивают в емкости (мешки, кассеты и др.) с одновременным внесением посевного мицелия в количестве 3-5% от массы субстрата. Для обеспечения требуемой влажности субстрата и предотвращения его высыхания мешки изготавливаются из полиэтиленовой пленки, которая в нижней части мешков или кассет должна быть перфорированной (надрезы диаметром 1 см через 5-10 см) для того, чтобы удалялась избыточная влага. Наиболее распространенными емкостями для выращивания вешенки обыкновенной являются прозрачные полиэтиленовые мешки на 15-30 кг субстрата.

После инокуляции мешки или кассеты размещают в камерах для роста мицелия. Температура воздуха в них составляет 22-24°С, влажность 60-65%, вентиляция - 1-2 объема за час. Поскольку свет замедляет рост грибницы, в помещении должно быть темно. В случае использования мешков их складывают один на другой по четыре в ряд, а кассеты устанавливают попарно, оставляя проходы 1,5-2 м. В зависимости от вида используемого субстрата его обрастание мицелием длится 10-20 суток.

На третьем цикле плодоношения и сбора урожая, после переплетения субстрата белым мицелием вешенки, мешки или кассеты перевозят в помещение для плодоношения. При использовании “зимних” штаммов емкости с субстратом перед размещением в камере плодоношения подвергают температурному шоку охлаждают в специальном помещении или на улице при температуре 2-4°С в течение 1-2 суток. Температуру в культивационных сооружениях, в зависимости от биологических особенностей культивируемого сорта, поддерживают на уровне 10-13°С – для «зимних», 20-25°С - для «летних» и 12-25°С - для «промежуточных» штаммов. Влажность воздуха должна составлять 85вентиляция – 2-3 объема за час. Необходимым также является обеспечение освещения в течение 8-10 часов в сутки, дневная норма света – 920 лк. На недостаточную освещенность грибы реагируют вытягиванием ножки и уменьшение шляпки. В полной темноте образуются только зачатки плодовых тел.

Через 7-10 дней после переноса субстрата в камеру плодоношения на поверхности грибницы появляются примордии. В местах их образования на мешках делают надрезы длиной 10-15 см. После появления зачатков плодовых тел обеспечивают 8-10-кратный обмен воздуха, его влажность поддерживают на уровне 80-85% и такую же температуру, как и для стимуляции плодоношения.

Первый сбор грибов (первая волна плодоношения) начинается через 10-14 суток после размещения мешков в камере плодоношения, длится 5-7 суток и имеет максимальную урожайность.

Чтобы ускорить наступление второй волны, вентиляцию уменьшают до 2-3 объемов в час, для шоковых штаммов снижают температуру до 5-8°С, повышают влажность до 85-90%. Через 10-14 дней при таком режиме наступает вторая волна плодоношения, которая обычно составляет по урожайности 40-50% первой. Как правило, сбор урожая ограничивают двумя волнами. Урожайность культивируемой вешенки обыкновенной составляет 18-40% массы субстрата.

Плодовые тела гриба для употребления в свежем виде и для промышленной переработки должны соответствовать следующим требованиям. Размер шляпки по наибольшему поперечному диаметру – не менее 4 см и не более 10 см, длина ножки – не более 4 см.

Проведенный анализ известных технологий твердофазного поверхностного культивирования посевного мицелия и плодовых тел вешенки позволил сделать вывод, что в настоящее время эти методы применяются только для выращивания грибов, как продуктов питания, и не применяются при специальном культивировании с целью использования мицелия или плодовых тел для выделения из них необходимых биологически активных веществ, применяемых в дальнейшем в медицинской практике.

1.2.2 Культивирование посевного мицелия в глубинной культуре Промышленное культивирование посевного мицелия базидиомицетов в глубинной культуре обусловлено, прежде всего, необходимостью его выращивания в строго контролируемых, искусственно созданных условиях при наличии дешевых, стерильно подготовленных питательных сред, обогащенных субстратами богатых сахаром отходов переработки фруктов, овощей, картофеля, сахарной свеклы, кукурузы, молочной сыворотки, а также других отходов сельскохозяйственного производства и деревообрабатывающей промышленности [70, 71, 72, 73].

Создавая соответствующие условия культивирования, можно улучшить такие показатели мицелия, как содержание белка, некоторых аминокислот, липидов и других питательных компонентов и биологически активных веществ [20].

Впервые разработанный в начале 50-х годов прошлого века способ культивирования в глубинной культуре грибов, в частности шампиньонов, связан с именем американского ученого Хумфельда (Humfeld, Sugichara, 1952; Sugichara, Humfeld, 1954). Его работы явились толчком для дальнейших исследований, в культивировании в глубинной культуре целого ряда других съедобных макромицетов.

Так, в середине 50-х годов были проведены широкие исследования по культивированию некоторых представителей рода Morchella (Szuecs, 1954, 1956, 1958).

Работы в этом направлении продолжили Robinson, Davidson (1959), которые предложили способ культивирования мицелия сморчка в больших количествах.

В конце 50-х - начале 60-х (Stark, 1955) годов были проведены исследования по культивированию других видов макромицетов, на более чем 20-ти видах базидиальных грибов. В результате было установлено, что большинство из них дает типичный рост в виде пеллет в погруженной культуре. В этот же период финскими учеными также были получены положительные результаты культивирования мицелия базидиомицетов в глубинной культуре, к числу которых можно отнести Armillaria mellea, Suillus bovinus и др.

(Hatulla, Gyllenberg, 1969).

Начиная с 60-х годов, проводились активные исследования по культивированию мицелия различных макромицетов в институте ботаники им. Н.Г.Холодного АН УССР. Было установлено, что глубинное культивирование мицелия высших базидиомицетов значительно ускоряет процесс роста грибов Agaricus, Coprinus, Russula, Pleurotus ostreatus, Flammulina velutipes, Lactarius helvus, Panus tigrinus, Clitopilus prunulus, Suillus bovinus, Pholiota adiposa.

При этом наиболее продуктивным ростом мицелия в глубинной культуре обладали дереворазрушающие макромицеты [74,75,76].

Проведенные в 70-х годах прошлого века работы по исследованию Pleurotus ostreatus, Pholiota mutabilis и Flammulina velutipes подтвердили полученные ранее результаты исследования по изучению роста различных физиологических групп базидиомицетов в глубинной культуре (Низковская, 1972). Эти результаты были рекомендованы автором для дальнейшего их применения в промышленном культивировании мицелия для их использования в продуктах питания.

Культивирование мицелия высших базидиальных грибов потребовало изучения отношения этих грибов к искусственно создаваемым климатическим и технологическим факторам, а также к их основным источникам питательных сред, регулирующим накопление биомассы.

Так, например, при изучении влияния источников азотного и углеродного питания на рост мицелия Agaricales, Aphyttophorales, Gasteromycetales было установлено, что отношение испытанных видов базидиомицетов к разным источникам углерода индивидуально [74]. 57% исследованных грибов росло лучше на среде с крахмалом и 52% - на среде с мальтозой, чем на среде с глюкозой.

На средах с сахарозой и рафинозой испытанные виды образовывали мицелия в 5-10 раз меньше, чем на среде с глюкозой. В процессе проведенных исследований авторами было установлено, что все испытанные виды грибов, кроме Agaricus bisporus, усваивают как нитратный, так и аммонийный азот. Одни виды грибов предпочитают нитратные, другие виды - аммонийные соли.

Обнаруженные Г.Н.Зарудной (1971) при изучении влияния различных источников углерода и азота на рост p.Coprinus позволили автору подразделить применяемые источники питания на виды, обладающие малой избирательностью в отношении источников углерода и азота, и виды, использующие только строго определенные соединения.

В результате проведенных в этот период многочисленных исследований было установлено, что отношение изучаемых видов базидиомицетов к источникам питательных сред, витаминам и другим ростовым веществам зависит от ряда факторов среды: рН, температуры, отношения C/N в среде и т. д. [77-81]. Эти факторы напрямую оказывают влияние на качественный состав и количественное содержание биологически активных веществ в мицелии.

Так, например, по опубликованным в этот период сведениям стало известно, что при культивировании мицелия Agaricus bisporus в жидкой минеральной среде содержание сырого протеина в мицелии составляло 38%, а на среде с молочной сывороткой - около 68%.

Для мицелия Coprinus comatus содержание сырого протеина в мицелии было установлено в количестве 39,2 % и 52% соответственно. По данным (Sugimori et al., 1971) у мицелия Lentinus edodes сырой протеин на глюкозе составлял 32%, а на среде с этанолом - 55%. В мицелии Schizophyllum sp., выращенном на глюкозе, содержание протеина было 32%, на среде с этанолом в аналогичных условиях - 62,8%.

В 60-70-тых годах прошлого века учеными Болгарии (А. Торев, 1961,1969,1973) для получения биомассы мицелия, культивируемого в глубинной культуре, эффективно использовалась меласса. В опытах Г.Р. Морозовой [81,82] при культивировании на мелассе мицелия Pleurotus ostreatus его выход составлял до 12 г/л питательной среды с содержанием протеина до 40%. При культивировании на среде с мелассой более 70 штаммов грибов Э.Ф.Соломко и др. (1978) было установлено, что более 40 из них способны активно развиваться на этой среде при сохранении основных химических свойств естественных плодовых тел. При этом лучшим ростом отличался мицелий Pleurotus ostreatus.

Известно, что для получения биомассы мицелия в глубинной культуре используется соевая сыворотка, отходы деревообрабатывающей и консервной промышленности, крахмал и целлюлозосодержащие субстраты. Результаты успешного применения таких источников углерода, как органические кислоты и алифатические спирты для культивирования мицелия в глубинной культуре, были опубликованы в 70-х годах (Sugimori et al.,1971;

Dijkstra, 1976).

Возможными субстратами для получения белковых веществ являются гидролизаты растительных тканей и сульфитные щелоки [82].

В обзоре Г.Р. Морозовой [82] рассмотрены вопросы подготовки посевного материала, культивирования мицелия в ферментерах, его отделения от культуральной среды, сушки и дальнейшего применения. Обобщены данные о химическом составе мицелия с точки зрения его пищевой и биологической ценности.

Для культивирования мицелия в этот период широко применялась свекловичная меласса, клеточный сок картофеля (3% сухих веществ), а также нестандартная клубневая фракция картофеля [83, 84, 85].

Из числа исследуемых субстратов лучшим субстратом для культивирования мицелия оказалась нестандартная клубневая фракция картофеля. Было установлено, что за 5-7 суток выращивания на этой среде Schyzophyllum commune полностью усваивал твердый субстрат и давал выход мицелия по его биомассе больше 10 г/л среды. Мицелий S.commune также активно развивался, а его биомасса интенсивно накапливалась на клеточном соке картофеля.

Сопоставляя результаты по выходу биомассы изученных базидиомицетов в глубинной культуре, следует отметить, что на всех испытанных средах наибольшей продуцирующей способностью отличались дереворазрущающие грибы, лучшими из которых оказались Pleurotus ostreatus, Lenzites betulinus, Abortiporus biennis, Coriolus versicolor, Panus conchatus, Fomitopsis pinicola, Serpula sclerotiorum и Schizophyllum commune. Все вышеперечисленные штаммы грибов, как правило, культивируемые в условиях глубинной культуры на глюкозопептонной среде, имеют достаточно высокий выход по биомассе мицелия с требуемыми его физиологическими показателями.

Решающим фактором для получения максимального выхода мицелия является соотношение в питательной среде углерода и азота. Универсальными источниками углерода являются глюкоза и фруктоза. Основными источниками неорганического азота являются нитраты и соли аммония органического происхождения (мочевина, пептоны, гидролизат казеина). Оптимальное соотношение C:H колеблется в зависимости от вида гриба и условий культивирования от 8:1 до 20:1 [20]. При изучении влияния азота на рост и выход мицелия Boletus variegatus ранее Н. Н. Фалиной и Г. Г. Пассекаль (1970) установлено, что наиболее благоприятным соотношением углерода и азота является 10:1.

Источниками минерального питания, потребляемого в больших количествах, являются фосфор, калий, сера, магний, а в небольших количествах - железо, цинк, медь, марганец, кальций [20].

Необходимыми факторами роста мицелия в глубинной культуре являются витамины, особенно группы В, для чего при приготовлении питательной среды добавляют растительные отвары и экстракты. Исходное значение pH среды (около 5) при культивировании мицелия поддерживают необходимыми добавками, к числу которых относятся щелочь, мел, кислоты и др. [16].

Для получения высокоурожайных штаммов в монографии (Бисько Н.А, Наукова думка, 1983) приведены морфологоанатомические особенности, место в системе, описание шляпочных грибов - объектов промышленного культивирования, жизненные циклы, методы селекции высших грибов. Обобщены данные об использовании различных непищевых отходов сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности в качестве среды для глубинного выращивания мицелия съедобных базидиомицетов.

В последние годы метод глубинного культивирования привлекает внимание в связи с необходимостью сокращения длительности процесса и стандартизации условий получения химического состава пищевых продуктов и диетических добавок, получаемых из базидиальных грибов [86].

С учетом многолетнего опыта промышленного культивирования базидиомицетов в глубинной культуре разработаны оптимальные составы питательных сред для культивирования мицелия и определены физические параметры (например, температура, аэрация, продолжительность культивирования и т.д.), применение которых приводит к получению товарного мицелия с заданными свойствами [20].

Таким образом, в результате проведенного анализа культивирования мицелия базидиомицетов в глубинной культуре по известным литературным источникам нами установлено, что выращивание мицелия в питательных средах зависит от многих факторов, к числу которых, прежде всего, относятся правильно подобранные составы сред, оптимальные рН и температура сред, физико-технологические параметры оборудования и создание условий культивирования мицелия, обеспечивающих гарантированную скорость и качество роста мицелия в заданных условиях.

С учетом известных результатов дальнейшее изучение закономерностей развития Pleurutus ostreatus в глубинной культуре и совершенствование процесса культивирования мицелия в направлении создания оптимальных условий его роста поможет сократить время ферментации, получить удовлетворительную для промышленного производства скорость роста мицелия и повысить выход биомассы с заданным химическим составом и биологическими свойствами входящих в его состав биологически активных веществ.

Проведенные нами в последнее 10-летие исследования по культивированию мицелия Pleurotus ostreatus в опытно-промышленных условиях [45, 46, 47, 48, 50] показали принципиальную возможность его культивирования с заданными свойствами.

Однако оборудование нуждается в усовершенствовании применительно к искусственно создаваемым климатическим условиям эффективного культивирования мицелия с использованием современных ферментационных процессов.

В настоящее время все существующие ферментационные процессы культивирования мицелия базидиомицетов основаны на периодическом культивировании, где благоприятные условия подобраны эмпирически. Однако хорошо известно, что в случаях, когда целью процесса является получение биомассы, как с экономической точки зрения, так и с точки зрения стандартизации качества продукта, требуется разработка непрерывного процесса биотехнологического культивирования мицелия в глубинной культуре. На пути решения этой задачи имеется ряд трудностей теоретического плана, а также нерешенных проблем, связанных со спецификой ростовых форм высших грибов в глубинной культуре.

Организация эффективных производств биотехнологической продукции в значительной мере определяется параметрами оборудования, способностью оборудования создать требуемые для культур клеток технологические, гидродинамические и массообменные параметры процессов, создать условия реализации многостадийных процессов при работе в заданных режимах и т.д.

Имеющееся в настоящее время отечественное оборудование базируется на исследованиях ферментационных процессов 70-80-х годов прошлого столетия. Это подтверждается и опубликованными сведениями.

В связи с этим, по опубликованным данным, в Институте биологического приборостроения (ИБП) РАН в последние годы проводятся работы по совершенствованию ферментативного оборудования и технологий по его использованию для культивирования грибов. В частности, отмечается, что разработаны приборы и новое поколение оборудования для высокоэффективного глубинного культивирования, обеспечивающего реализацию условий проточного культивирования бактерий, мицелиальных грибов, клеток животной и растительной ткани.

На основе исследований кинетики процессов культивирования микроорганизмов и клеток разработаны эффективные схемы аэрации и перемешивания циркуляционного типа, обеспечивающие подавление пенообразования и повышение коэффициента заполнения аппаратов, разработаны аппараты с пневмогидравлическим способом аэрации и перемешивания, обеспечивающие флотационный эффект при культивировании мицелиальных грибов.

Для обеспечения возможности проведения длительных непрерывных процессов в асептических условиях разработаны и исследованы методы эффективной паровой стерилизации оборудования и питательных сред при переменном давлении пара. В результате осуществления проекта создается новое поколение биотехнологического ферментационного оборудования. Основные отличия нового поколения оборудования следующие:

- оборудование позволяет работать с разными типами продуцентов;

- оборудование имеет эффективные управляемые системы аэрации и перемешивания;

- оборудование имеет встроенную систему паровой стерилизации, которая обеспечивает в максимальной конфигурации стерилизацию, как оборудования, так и питательных сред.

Исследованы технологические факторы, обеспечивающие оптимизацию ферментационных процессов, независимо от специфических особенностей используемых биопродуцентов, состава питательных сред и методов культивирования.

По опубликованным сведениям известно что, в результате осуществления проекта в ИБП РАН изготовлены и испытаны макеты основных устройств:

- модуля стерилизации, предназначенного для стерилизации ферментационного оборудования, аэрирующего воздуха и питательных сред, принцип действия которого основан на эффективной импульсной технологии паровой стерилизации;

- ферментационные модули с объемом ферментеров 500 мл и 10 литров (лабораторный уровень), в которых реализуется возможность управления параметрами технологических процессов и работы в режиме каскадного протока.

- модуль интерактивного управления, включающий контроллер, силовые блоки, компьютер и прикладное программное обеспечение, которые обеспечивают компьютеризированное интерактивное управление процессами стерилизации и культивирования.

Выполнены разработки принципиально нового способа культивирования микроорганизмов (каскадно-проточного) и лабораторной установки, реализующей этот способ. Разработанный способ имеет перспективы широкого, эффективного применения при реализации различных ферментационных процессов, в первую очередь многостадийных, которые требуют создания различных условий на разных стадиях процесса, при реализации непрерывных процессов и т.д.

Таким образом, в результате анализа проводимых в России в настоящее время вышеуказанных исследований и обобщения опубликованных результатов нами сформулирована задача разработки нового подхода к реализации ферментационных процессов при культивировании мицелия Pleurutus ostreatus в глубинной культуре. На основе этого подхода поставлена цель создания современного конкурентоспособного технологического процесса с использованием ферментационного оборудования культивирования мицелия Pleurutus ostreatus в глубинной культуре, гидродинамические характеристики которого обеспечат реализацию известных и вновь разрабатываемых процессов при оптимальном выборе состава питательных сред.

В научном плане создание современного технологического процесса с использованием ферментационного оборудования позволит:

- существенно сократить время проведения научно-исследовательских работ;

- повысить качество и воспроизводимость получаемых результатов;

- расширить возможности для научного поиска.

В практическом плане выполненная работа позволит:

- проводить разработку производственных регламентов на стадии лабораторных исследований;

- сократить энергозатраты на проведение ферментационных процессов;

- оптимизировать подбор и концентрацию питательных веществ в культуральной жидкости, при сохранении необходимых условий культивирования мицелия, что существенно повысит производительность ферментационных аппаратов и снизит себестоимость производимого сырья;

- обеспечить высокую конкурентоспособность ферментационного оборудования на мировых рынках.

Изучение физиологических особенностей базидиомицетов позволит сформулировать требования к процессу культивирования мицелия Pleurotus ostreatus для управления его ростом в глубинной культуре и способностью к образованию полноценной по химическому составу биомассы мицелия.

Решение этих задач должно привести к созданию новых способов в промышленном культивировании мицелия Pleurutus ostreatus в глубинной культуре с заданными медико-биологическими свойствами входящих в химический состав мицелия биологически активных веществ.

1.3 Направления по совершенствованию технологии промышленного культивирования мицелия в глубинной Современная технология культивирования мицелия Pleurotus ostreatus в глубинной культуре должна основываться на знании механизмов плодоношения гриба и учитывать факторы, влияющие на этот процесс.

При этом важнейшее значение в инициации плодоношения гриба имеют освещение, температура, состав питательной среды и содержание СО2 в воздухе. Хороший урожай можно ожидать в том случае, если производственная культура обладает высокой активностью внеклеточных ферментов, способностью подавлять рост грибов-конкурентов, быстрым прорастанием спор и интенсивным ростом мицелия. В условиях глубинного культивирования мицелия Pleurotus ostreatus, создавая соответствующие условия, можно улучшить такие показатели мицелия, как содержание белка, некоторых аминокислот, липидов и других питательных компонентов и биологически активных веществ.

В последние годы метод глубинного культивирования привлекает внимание в связи с необходимостью сокращения длительности процесса и стандартизации условий получения и химического состава пищевых продуктов и диетических добавок, получаемых из базидиальных грибов [86]. Культуральный мицелий используют в качестве посевного материала для получения пищевых и кормовых продуктов, биологически активных веществ, применяемых в лекарственных препаратах, и биологически активных добавок к пище.

В технологическом процессе культивирования мицелия в глубинной культуре с целью получения пищевой биомассы руководствуются следующими принципами [20]:

- наличие в культуре признаков, характерных для внешних базидиомицетов, генетическая стабильность;

- продуктивность при первичном отборе на качалке не менее 1 г сухой биомассы на 1 л среды в сутки;

- продуктивность при культивировании в ферментере не ниже г/л/сут сухой биомассы, содержание сырого протеина в мицелии 40максимальная удельная скорость роста в экспоненциальной фазе не менее 0,4-1 час;

- способность к росту на дешевых питательных средах, включающих отходы сельского хозяйства и промышленности (Бухало, 1988).

Оптимальный состав среды и другие параметры (температура, аэрация, продолжительность культивирования) определяются методами, принятыми для глубинного культивирования базидиомицетов.

Глубинное культивирование высших базидиомицетов с целью получения пищевого сырья предпринималось, начиная с 40-х годов ХХ века. Однако этот способ выращивания не получил широкого распространения в связи с трудностями, связанными в основном с медленным ростом базидиомицетов и необходимостью использовать богатые питательные среды, что связано с опасностью загрязнения среды посторонними микроорганизмами [16-21].

Активными исследованиями свойств базидиальных грибов и практическим их применением в области медицины занимаются ученые ряда стран на протяжении последних 60 лет. Результаты этих исследований особо широко используются в Китае, России, Японии, Корее, США, Норвегии и Канаде.

Проведенный анализ известных исследований [21,22,26,44] показал, что, несмотря на большой объем полученных результатов по актуальнейшему в этой области направлению, создание новых препаратов во многом сдерживается несовершенными технологиями культивирования мицелия в глубинной культуре, в том числе и мицелия Pleurotus ostreatus, и выделения из его химического состава низкомолекулярных веществ, обладающих стабильностью и требуемой медико-биологической активностью.

Прежде всего, это обосновывается тем, что образование ценных для фармакологии метаболитов зависит от условий культивирования продуцента и, по мнению большинства авторов, носит нестабильный штаммоспецифический характер. Поэтому в настоящее время практически не существует эффективных лекарственных препаратов, получаемых из базидиомицетов, широко применяемых в медицинской практике для профилактики и лечения многих заболеваний человека.

Сдерживающим фактором широкого внедрения в практику, в том числе медицины, медицинских грибов до настоящего времени являлась трудоемкая технология культивирования мицелия в глубинной культуре и выделения из него химических веществ, обладающих устойчивой специфической медико-биологической активностью.

В ходе проводимых многолетних исследований по разработке биотехнологических процессов культивирования мицелия Pleurotus ostreatus в глубинной культуре и выделения из него действующих веществ нами было установлено, что пpи поиске новых биологически активных веществ нельзя огpаничиваться только тpадиционными схемами, в pезультате котоpых все чаще обнаpуживаются пpодуценты уже известных веществ.

В результате было определено, что новые методы напpавленного поиска должны основываться на ряде базовых пpинципов, а именно:

- пеpвичном селективном отбоpе пpодуцентов антибиотиков (в частности, исследование оpганизмов pедких систематических гpупп шляпочных грибов);

- усовершенствовании технологических процессов культивирования мицелия в глубинной культуре и выделения из него биологически активных веществ на новых физико-биологических принципах;

- использовании pазличных схем для тестирования биологической активности (например, использование резистентных патогенных бактерий при поиске новых антибиотиков).

На основе проведенного анализа медико-биологической активности ранее изученных составов биологически активных веществ Pleurotus ostreatus [21, 26] была сформулирована основная цель исследований, направленных на проведение работ по совершенствованию технологии культивирования мицелия Pleurotus ostreatus и выделения из него экстракта, обладающего одновременно максимальной антимикробной и антитоксической активностями.

При этом, основными задачами исследования являлись:

- уточнение существующей и разработка новой технологии культивирования мицелия Pleurotus ostreatus;

- разработка технологии экстрагирования из мицелия экстракта низкомолекулярных веществ (от 100 до 500 дальтон) в природном процентном соотношении масс;

- выявление антимикробной активности у изучаемых природных изолятов агарикового гриба Pleurotus ostreatus;

- выбор из числа изучаемых природных изолятов агарикового гриба Pleurotus ostreatus штамма гриба, биологически активные вещества которого обладают максимальной антимикробной и антитоксической активностями;

- выбор технологии получения экстракта низкомолекулярных веществ (от 100 до 500 дальтон) из мицелия Pleurotus ostreatus, биологически активные вещества которого обладают максимальной антимикробной и антитоксической активностями;

- изучение и стандартизация химического состава экстракта низкомолекулярных веществ (от 100 до 500 дальтон), полученного из мицелия Pleurotus ostreatus.

Для решения вышеуказанных задач в рамках программы поиска новых биологически активных веществ, образуемых высшими грибами в 1997-1999 годах в Москве и Московской области микологами биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова под научным руководством доктора биологических наук, профессора Камзолкиной О.В. было найдено и выделено в чистую культуру штаммов агарикового гриба Pleurotus ostreatus (Fr.) Kumm.

Из 14 штаммов Pleurotus ostreatus при росте в глубинной культуре для дальнейшего исследования был выбран штамм № 1137, обладающий самым высоким уровнем биосинтеза антимикробных веществ [27-32].

Культурально-морфологические характеристики мицелия Pleurotus ostreatus 1137 и оценка антимикробной активности полученных из него экстрактов были подробно изучены в работах [27, 32].

Начиная с 2000-го года были проведены исследования и испытания экстрактов мицелия Pleurotus ostreatus 1137, выявившие их полифункциональную медико-биологическую активность [22, 25, 26, 37, 38, 39, 42, 44].

Полученные результаты явились базой для дальнейшей разработки новых средств и способов, применяемых в биотехнологии культивирования и переработки мицелия Pleurotus ostreatus 1137, включающих:

- разработку средств и способов очистки воздушной среды в камерах подготовки и культивирования мицелия Pleurotus ostreatus 1137 с применением слабых электромагнитных полей;

- разработку новых способов и средств каталитической очистки воздуха в камерах подготовки и культивирования мицелия Pleurotus ostreatus 1137 от токсических примесей и микробиологических загрязнений в плазмоподобных средах, формируемых на фильтрующих материалах наноструктурными частицами серебра;

- разработку способов и средств обоснованного применения наноструктурных частиц коллоидного серебра в технологическом процессе культивирования мицелия Pleurotus ostreatus 1137 в глубинной культуре;

- разработку технологического процесса двухстадийного культивирования мицелия Pleurotus ostreatus 1137 в глубинной культуре и выделения из него экстракта низкомолекулярных биологически активных веществ, составляющих фармакологическую субстанцию новых лекарственных препаратов;

- разработку предложений по составу и производству нового детоксикационного препарата.

ГЛАВА 2. НОВЫЕ СРЕДСТВА И СПОСОБЫ В

БИОТЕХНОЛОГИИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ Pleurotus Цель исследования:

Разработка новых технических средств и обоснование технологических способов их применения в биотехнологии, обеспечивающей высокоэффективное устойчивое культивирование мицелия Pleurotus ostreatus 1137 в глубинной культуре и получение из него экстракта низкомолекулярных биологически активных веществ (от 100 до 500 дальтон), в дальнейшем используемого для создания фармакологической субстанции нового лекарственного препарата.

Задачи исследования:

- разработка средств и способов очистки воздушной среды в камерах подготовки и культивирования мицелия и плодовых тел Pleurotus ostreatus 1137 с применением слабого электромагнитного поля с экспериментальной оценкой эффективности их применения;

- разработка технологии синтеза наноструктурных частиц коллоидного серебра, описание их физико-химических характеристик с обоснованием областей применения препаратов в технологическом процессе культивирования мицелия Pleurotus ostreatus 1137;

- разработка новых способов и средств каталитической очистки воздуха от токсических примесей и микробиологических загрязнений в плазмоподобных средах, формируемых на поверхностях стен и на фильтрующих материалах наноструктурными частицами серебра;

- уточнение полученных ранее результатов исследования и разработка биотехнологического процесса производства мицелия Pleurotus ostreatus 1137 методом глубинного культивирования в питательных средах, обогащенных концентратом наноструктурных частиц коллоидного серебра в водной дисперсии;

- проведение экспериментальных исследований по культивированию мицелия Pleurotus ostreatus 1137 в среде, обогащенной «Концентратом КС», и его переработке в экстракт с изучением биологической активности экстракта на цитокинетические параметры клеток HeLa на уровне in vitro.

Научной новизной разработанных биотехнологических решений являются оптимизированные биологические и физико-химические технологические процессы, обеспечивающие высокоэффективное культивирование мицелия Pleurotus ostreatus 1137 в глубинной культуре и его переработку в экстракт низкомолекулярных биологически активных веществ (от 100 до 500 дальтон).

Культивирование мицелия в глубинной культуре и его переработка в экстракт осуществляются на разработанном в ООО «Инбиофарм» (г. Москва) лабораторном технологическом комплексе (ТК), позволяющем моделировать и масштабировать биологические процессы эффективного опытно-экспериментального Nстадийного культивирования мицелия.

В отличие от существующих технологий, разработанная технология культивирования мицелия кардинально повышает технологичность и качество производимого экстракта мицелия Pleurotus ostreatus 1137.

Новизна разработанных технических и технологических решений, вошедших в состав биотехнологического комплекса, подтверждена 12-ю патентами на изобретения [45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 54, 55, 56, 57, 58].

2.2 Разработка новых средств и обоснование способов их применения в биотехнологии культивирования мицелия и 2.2.1 Результаты теоретических исследований создания средств и способов очистки воздушной среды с применением слабых электромагнитных полей 2.2.1.1 Цель и задачи исследования В настоящее время в области культивирования базидиомицетов остро требуются интенсивные технологии, которые бы базировались на природных способах их выращивания, повышали устойчивость растений к изменяющимся природно-климатическим условиям, к бактериальному и микробному заражению, повышали качество и увеличивали урожайность выращиваемой продукции [87].

Для решения этой задачи в результате 20-летних исследований [46, 47, 88-90] были разработаны новые способы и средства, создающие в зоне роста биологических структур максимально комфортный природный микроклимат. Создание такого микроклимата позволяет активизировать рост и развитие культур, защитить их от неблагоприятных природных и техногенных воздействий и, как следствие, значительно увеличить их урожайность, а также повысить их качество при минимальных материальных и энергетических затратах.

В основу разработанных интенсивных технологий и средств заложены анализ и обобщенные результатов теоретических и экспериментальных исследований «стимулирующего действия слабого электромагнитного излучения на биологические процессы» [91].

В связи с вышеизложенным целью исследования являлось обоснование направлений и научных подходов к совершенствованию способов культивирования базидиомицетов, а также разработка и создание на их основе новых средств, применение которых обеспечивало бы значительное повышение их урожайности за счет нормализации физических и биологических параметров окружающей среды в замкнутом пространстве.

Нормализация физических и биологических параметров окружающей среды - это такое воздействие на изменяемые факторы воздушной среды, которое активно подавляет неблагоприятные колебания влажности, снижает запыленность воздуха и концентрацию находящихся на частицах пыли болезнетворных микроорганизмов, улучшает газовый состав воздуха за счет снижения концентрации углекислого газа, а также подавляет рост болезнетворных бактерий и плесени, препятствует развитию насекомых, наносящих вред культуре грибов в процессе ее культивирования.

Воздействие слабого электромагнитного поля, создаваемого электронным генератором импульсов (ЭГИ) комплекта защиты и активизации растений (КЗАР) в замкнутом воздушном пространстве, приводит к нормализации следующих параметров:

- влажности за счет активизации молекул водяного пара;

- запыленности за счет агрегации и оседания микрочастиц пыли, находящейся во взвешенном состоянии;

- газового состава за счет деструкции органических и неорганических примесей, включая углекислый газ;

- концентрации и активности болезнетворных микроорганизмов за счет угнетения микроорганизмов, находящихся в воздухе и базовой среде, на которой выращивают грибы;

- количества вредных насекомых за счет угнетения их развития;

- электромагнитного фона за счет организующего влияния на среду сформированных электронным генератором импульсов (ЭГИ) слабого электромагнитного излучения специальной конфигурации.

2.2.1.2 Физические аспекты проявления эффекта очистки воздушной среды с применением слабых электромагнитных полей Разработанный авторами [92-95] способ коррекции физиологического состояния биологического объекта состоит в том, что в зоне роста биологического объекта создают (формируют) сконцентрированное излучение под воздействием слабых электромагнитных полей конусоидальными полыми волноводами, выполненными из металлического проводника в виде замкнутого контура спиралей.

Проанализируем более подробно физические процессы, протекающие в результате работы полых конусоидальных волноводов, в замкнутом контуре пространства которых расположен биологический объект.

Разработанная форма замкнутого контура полых волноводов и их расположение относительно друг друга и биологического объекта формирует слабое электромагнитное поле, которое обеспечивает защиту биологического объекта от микроорганизмов и от воздействия гнилостных начал.

Для передачи действия заряда от точки к точке пространства создана идеальная среда с образованием в ней зарядов, непосредственно генерируемых ЭГИ вовнутрь пространства соосно расположенными друг к другу конусоидальными полыми волноводами. Образование таких зарядов возникает в виде диполей, т.е.

смещенных друг относительно друга зарядов разного знака.

По существу мы сталкиваемся здесь с возникновением сильных эффектов при слабых направленных воздействиях, что было подтверждено натурными испытаниями, при которых осуществлялось изменение структуры различных веществ биологических объектов при непосредственном их расположении внутри действия поля, создаваемого в результате излучения полых конусоидальных волноводов [88].

В соответствии с рядом работ [96-98] можно предполагать, что проявление эффекта действия слабого электромагнитного поля на биологическую структуру тел можно объяснить с помощью сформировавшейся сравнительно недавно теории квантовой электродинамики [99].

Созданные нами технология и устройство для ее осуществления позволяет получить не что иное, как слаботочный самогенерирующий (СГ) разряд, образующий заряды в виде диполей смещенных друг относительно друга зарядов разного знака [92, 93].

По мнению профессора А.В.Чернетского [96, 97], самогенерирующий разряд представляет собой особую форму дуги, возникающей при достижении определенных критических плотностей разрядных токов, когда в поверхностном слое плазмы создается замагниченность электронов, происходит их пинчевание с образованием электрического поля разделения зарядов.

Другим интересным обстоятельством в описываемом процессе является то, что при развитии СГ-разряда возникают радиально выходящие из него электромагнитные волны с продольной направлению распространения компонентой электрического поля.

Продольная компонента обязана своим происхождением пульсирующему униполярному заряду q, создающемуся за счет зарядового эквивалента. При пульсациях заряда амплитуда выходящей волны периодически меняется, что формирует в пространстве определенное распределение напряженности электрического поля.

Обычно такого рода периодичность в пространстве не характерна ни для бегущей волны, ни для электростатического поля.

Согласно теории, разработанной В.И.Докучаевым [98], униполярный позитрон заряда определяется по формуле:

где q0 - величина заряда позитронов в неподвижной системе координат;

К - скорость быстрых частиц;

С - скорость света.

Для определения величины заряда позитронов в неподвижной системе координат q0 зададим систему координат для каждой заряженной частицы, движущейся во внутреннем объеме пространства конусоидальных полых волноводов, каждая спираль которых выполнена также соответственно с правосторонней или левосторонней деформацией кручения относительно осевых линий объемных тел.

Так, прохождение оси Х обозначим по направлению радиуса большой конусоидальной спирали, при этом Вх = 0.

Ось Y расположена в горизонтальной плоскости, перпендикулярной оси Х по касательной по радиусу спирали, при этом Ву 0.

Ось параллельна оси большой конусоидальной спирали, причем Вz 0.

Предположим, что частица имеет скорость Vx, Vy, Vz.

Тогда:

соответственно, Тогда Так как число витков каждой большой спирали волноводов намного меньше числа витков малых спиралей, расположенных относительно осевых линий проводников больших спиралей (Вy Bz), то и скорость Vz Vx и Vy.

В этом случае:

При условии, когда ах ау, величина заряда q0 в рассматриваемой системе координат будет иметь вид:

Учитывая то, что из-за постоянно (непрерывно) протекаемого во времени энергетического обмена клеток биологических объектов энергии, выделяемой из питательной среды (субстрата), со временем становится недостаточно, то нарушается баланс роста или прекращается рост биологических тел. В этих условиях становится недостаточно излучаемой питательной средой энергии для активного роста биологических объектов.

По нашему мнению, по существу именно в этот период возникает некий «курковый» эффект, когда волна с продольной электрической компонентой стимулирует структурирование среды (физического вакуума) с возникновением направленного движения частиц, униполярно заряжаемых поочередно каждым элементом устройства, с последующей передачей их энергии и импульса атомам и молекулам вещества биологического объекта.

В настоящее время достаточно глубоко изучены биохимические процессы, происходящие в биологических объектах как на микро-, так и на макроуровне при действии слабых электромагнитных полей [88].

2.2.2 Способы и средства очистки воздушной среды с использованием слабых электромагнитных полей Для подтверждения теоретических положений на практике в ходе проведения лабораторных экспериментальных исследований и натурных испытаний нами были разработаны способы и созданы экспериментальные и опытно-промышленные образцы средств для культивирования посевного материала (мицелия) и плодовых тел Pleurotus ostreatus 1137 [92, 93, 94, 100, 101].

2.2.2.1 Способ коррекции физиологического состояния Pleurotus ostreatus 1137 в процессе культивирования мицелия и плодовых тел и средства для его осуществления Разработанный нами способ заключается в том, что в зоне роста плодовых тел Pleurotus ostreatus 1137 образуется область, формируемая слабым электромагнитным излучением, специально созданным для этого Комплектом защиты и активизации растений (КЗАР).

Для достижения эффекта очистки воздуха за счет работы КЗАР в этой области формируется сконцентрированное поляризованное волновое излучение под воздействием силы слабых электромагнитных полей с заданной периодичностью в пространстве, временем и определенной направленностью волны, например, с продольной компонентой, направляя волновое излучение с заданной периодичностью в виде двух находящихся в противофазе слабых электромагнитных полей соосно друг к другу.

2.2.2.2 Комплект защиты и активизации растений (КЗАР) КЗАР (рисунок 2.1) предназначен для создания в зоне выращивания сельскохозяйственных культур особого микроклимата, позволяющего активизировать вегетативный рост и развитие сельскохозяйственных культур, в том числе грибов, и защитить их от неблагоприятных природных и техногенных воздействий.

Рисунок 2.1 - Внешний вид прибора КЗАР.

КЗАР включает в себя: электронный генератор импульсов слабого электромагнитного излучения (ЭГИ) и одну или две пары волноводов, выполненных из металлического проводника в виде двух спиралей, причем сам проводник выполнен с деформацией кручения и содержит токопроводящие нелинейные элементы, а также проводник для заземления (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема КЗАР.

В состав КЗАР входят: ЭГИ; медный волновод (катод); алюминиевый волновод (анод); каркас для волновода (возможна комплектация без каркаса); соединительный кабель.

ЭГИ представляет собой электронный прибор, работающий от сети промышленного тока (220 В, 50 Гц) и генерирующий слабое импульсное электрическое излучение. ЭГИ имеет защиту от перепадов напряжения в сети.

Потребляемая электрическая мощность КЗАР - не более 20 Вт.

Зона активного воздействия одного комплекта КЗАР в помещениях до 4000 м2 [94, 95].

По результатам испытаний ЭГИ специализированной лабораторией установлено, что уровни электромагнитного поля промышленной частоты 50 Гц, создаваемые ЭГИ, значительно ниже допустимых уровней, регламентированных для населения.

Уровни постоянного и переменного магнитного поля не зафиксированы в пределах чувствительности ЭГИ.

Уровни переменного электрического поля незначительно превышают фон и одинаковы во всех контрольных точках прилегающего к ЭГИ пространства.

Таким образом, было установлено, что уровни электромагнитного поля, создаваемые ЭГИ, не представляют опасности для человека, что подтверждается санитарно-эпидемиологическим заключением № 04 от 21 июня 2013 г.

Металлический проводник представляет собой замкнутый контур расположенных соосно друг к другу конусоидальных полых волноводов, верхние и нижние концы которых замкнуты между собой через нелинейные токопроводящие элементы, снабженные формирователем управляющего (опорного) сигнала.

В замкнутом контуре конусоидальных полых волноводов, выполненных в виде двух спиралей, правая часть спирали имеет правостороннюю навивку относительно вертикальной оси объемного тела, проходящего от верхнего к нижнему концу проводника, который выполнен также с правосторонней деформацией кручения относительно его осевой линии.

Левая часть спирали волновода имеет левостороннюю навивку относительно вертикальной оси объемного тела, проходящего от верхнего к нижнему концу проводника, который выполнен также с левосторонней деформацией кручения относительно его осевой линии.

Проводники для заземления соединены с каждым отдельным проводником замкнутого контура верхних и нижних концов конусоидальных полых волноводов и снабжены формирователем управляющего (опорного) сигнала.

Оси спиралей замкнутого контура полых конусоидальных волноводов расположены в одной плоскости и ориентированы по общей оси встречно (рисунок 2.2).

На объекте соответственно левая и правая часть волноводов устанавливается горизонтально поверхности Земли на высоте от 1,0 до 2,0 м соосно друг к другу по периметру объекта. Технические характеристики КЗАР («Зеленые Волны») приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Технические характеристики КЗАР («Зеленые п/п Максимальная зона активизации, м2:

Потребляемая мощность, Вт, не более Напряжение питания с качеством электроэнергии по ГОСТ 13109-87 (50 Гц), В Масса КЗАР в снаряжённом состоянии, кг, не более Принцип работы КЗАР Принцип действия устройства основан на генерации слабых электромагнитных полей, создаваемых электронным генератором импульсов (ЭГИ) с заданной периодичностью во времени и пространстве с определенной направленностью излучения, сконцентрированного коническими волноводами (антеннами).

В основу работы КЗАР заложены принципы воздействия слабого электромагнитного излучения на находящиеся в замкнутом воздушном пространстве теплицы молекулы воды, органические, неорганические примеси и микробиологические загрязнения, оказывающие влияние на рост и качество растительных сельскохозяйственных культур, в том числе и культивируемых грибов.

В процессе работы КЗАР с помощью слабого импульсного электрического излучения, генерируемого ЭГИ по специальному закону, между волноводами (катодом и анодом) формируется пространственная зона активизации роста и защиты тепличных растений, обеспечивающая их ускоренное развитие и улучшение потребительских свойств, а также защиту от неблагоприятных природных и техногенных воздействий (рисунок 2.1).

Слабые электромагнитные поля как основа полевого катализа применяются для деструкции токсических примесей и угнетения микробиологических загрязнений воздуха за счет активизации среды электромагнитным излучением с определенными направленностью излучения и параметрами.

Поэтому в процессе работы КЗАР формируется пространственная зона активизации и защиты биологических объектов, обеспечивающая их ускоренное развитие и улучшение потребительских свойств, а также защиту от неблагоприятных климатических и техногенных воздействий. В отличие от известных устройств при применении КЗАР очистка воздуха осуществляется за счет возбуждения химических реакций деструкции органических и неорганических примесей воздуха до простых молекул с одновременным угнетением микроорганизмов в воздушной среде.

В процессе работы КЗАР поддерживает созданный в теплице микроклимат и в случае отклонения его параметров от требуемых физических значений обеспечивает коррекцию функционального состояния, роста и качества выращиваемых сельскохозяйственных культур.

Формирование импульсов электромагнитного поля производится ЭГИ через волноводы, выполненные в виде конических объемных спиралей из металлического проводника с левосторонней и правосторонней закруткой (анод, катод).

Левосторонняя (для анода) закрутка волновода формирует стекание с проводника в пространство отрицательных зарядов, а правосторонняя закрутка (для катода) - положительных зарядов.

Обеспечение комплексной очистки воздуха в теплицах от токсических примесей и микробиологических загрязнений осуществляется за счет возникающего в воздушной среде полевого катализа загрязнителей воздуха на генерируемых ЭГИ положительных и отрицательных зарядах, при соприкосновении с которыми происходит импульсный коронный разряд, при ионизирующем воздействии которого осуществляется диссоциация (деструкция) нейтральных молекул загрязняющих токсических веществ на более простые нетоксические составляющие (например, С, H2, О2 и др.) и угнетение микроорганизмов за счет импульсного (~ 10-7c) воздействия электронного удара.

Преимуществом КЗАР перед другим известным оборудованием для очистки воздушной среды является его простота по конструктивному исполнению и впервые установленная многофункциональность в работе, обеспечивающая комплексную очистку воздуха.

Новизна разработанных способов и средств защищена патентами РФ на изобретения № 2169458 и № 2201665.

Уникальность КЗАР состоит в том, что в процессе непрерывной работы он не образует в воздухе опасных промежуточных продуктов окисления (диоксиды, закиси, перекиси, например, диоксида азота NO2 и угарного газа СО). В основе впервые открытого нами эффекта каталитической очистки воздуха от токсических примесей заложена их деструкция до простых молекул, в том числе и деструкция углекислого газа СО2 при одновременной конвертации его в молекулярный кислород О2 и атомарный углерод С, что значительно способствует поддержанию нормального микроклимата в зоне роста грибных культур. Этот физический эффект был нами неоднократно проверен и подтвержден в лабораторных условиях на созданном измерительном комплексе при моделировании процессов загрязнения воздуха токсическими примесями и проведением его очистки с применением КЗАР.

КЗАР позволяет:

- улучшить фитосанитарную обстановку помещений;

- ускорить рост и улучшить физиологическое развитие растений;

- при предпосевной обработке семян увеличить процент всхожести и ускорить дальнейшее вегетативное развитие культур;

- повысить устойчивость биологических объектов к болезням и вредителям;

- повысить качество получаемой конечной продукции;

- повысить устойчивость растительных культур к несанкционированно возникающим физико-климатическим факторам (резкие перепады температуры, влажности, давления и т.д.);

- получить равномерный рост и развитие одних и тех же культур на участках почвы с различными значениями рН;

- нормализовать кислотно-щелочной баланс почвы без применения химических препаратов и других агротехнических приемов.

КЗАР сохраняет работоспособность при температуре окружающей среды +1…+45С и относительной влажности воздуха до 95%.

2.2.3 Результаты экспериментальных исследований В период с июля 2003 г. по июнь 2004 г. ООО «Агро-3М» при технической поддержке ЗАО «НТЦ МЕТТЭМ» была проведена экспериментальная апробация разработанных образцов комплекта защиты и активизации растений (КЗАР) при промышленном культивировании мицелия и плодовых тел грибов Pleurotus ostreatus.

Эксперимент проводился по методике, разработанной и утвержденной ООО «Агро-ЗМ» совместно с ЗАО «НТЦ МЕТТЭМ» [88].



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие работы:

«Сергей Павлович МИРОНОВ доктор медицинских наук, профессор, академик РАН и РАМН, заслуженный деятель науки РФ, лауреат Государственной премии и премии Правительства РФ, директор Центрального института травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова Евгений Шалвович ЛОМТАТИДЗЕ доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии Волгоградского государственного медицинского университета Михаил Борисович ЦЫКУНОВ доктор медицинских наук, профессор,...»

«Г.М. Федоров, В.С. Корнеевец БАЛТИЙСКИЙ РЕГИОН Калининград 1999 Г.М. Федоров, В.С. Корнеевец БАЛТИЙСКИЙ РЕГИОН: СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ И СОТРУДНИЧЕСТВО Калининград 1999 УДК 911.3:339 (470.26) Федоров Г.М., Корнеевец В.С. Балтийский регион: социальноэкономическое развитие и сотрудничество: Монография. Калининград: Янтарный сказ, 1999. - 208 с. - ISBN Книга посвящена социально-экономическому развитию одного из европейских макрорегионов – региона Балтийского моря, на берегах которого...»

«Институт археологии Российской академии наук С.Ю.ВНУКОВ ПРИЧЕРНОМОРСКИЕ АМФОРЫ I В. ДО Н.Э. – II В. Н.Э. (МОРФОЛОГИЯ) Москва 2003 Институт археологии Российской Академии наук С.Ю.ВНУКОВ ПРИЧЕРНОМОРСКИЕ АМФОРЫ I В. ДО Н.Э. – II В. Н.Э. (МОРФОЛОГИЯ) Москва 2003 УДК 902/904 ББК 63.4 В60 Монография утверждена к печати на заседании Ученого совета Института археологии РАН 24.05.2002 Рецензенты: кандидат исторических наук А.А.Завойкин, кандидат исторических наук Ш.Н.Амиров Внуков С.Ю. В60...»

«252 Editorial Board: Dr. Igor Buksha (Ukraine) Dr. Roman Corobov (Moldova) Acad. Petro Gozhik (Ukraine) Dr. Pavel Groisman (USA) Acad. Valeryi Eremeev (Ukraine) Acad. Vitalyi Ivanov (Ukraine) Prof. Gennady Korotaev (Ukraine) Dr. Yuriy Kostyuchenko (Ukraine) Prof. Vadym Lyalko (Ukraine) – Chief Editor Acad. Leonid Rudenko (Ukraine) Dr. Igor Shkolnik (Russia) Acad. Vyacheslav Shestopalov (Ukraine) Prof. Anatoly Shvidenko (Russia-Austria) Acad. Yaroslav Yatskiv (Ukraine) Изменения земных систем в...»

«КОЛОМЕНСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) МГОУ ИМЕНИ В.С. ЧЕРНОМЫРДИНА Вестник библиотеки’2012 Новые поступления Библиографический указатель · Гуманитарные науки · Технические науки · Экономика и управление · Юриспруденция Коломна 2012 УДК 013 ББК 91 В 38 Вестник библиотеки’2012. Новые поступления: библиографический указатель / В 38 сост. Т. Ю. Крикунова. – Коломна: КИ (ф) МГОУ, 2012. – 46 с. В библиографическом указателе собраны записи об учебниках, монографиях и других документах, поступивших в фонд...»

«А. Г. Сафронов Психология религии Киев Ника-Центр 2002 УДК 159.9+2 Б Б К 86.2 С12 Настоящая монография посвящена целостному рассмотре­ нию религии как психологического феномена. В частности, ос­ вещены следующие вопросы: психологические истоки религии, роль измененных состояний сознания в системе религиозного опыта, эзотерические психопрактики в религиозных традициях мира, а также проблема манипулятивного воздействия на психи­ ку со стороны так называемых неорелигиозных организаций. Особый...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова 1. И. Ю. Вяткин тр -с ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕФОРМИРОВАНИЯ ЖИЛИЩНОru КОММУНАЛЬНОЙ СФЕРЫ И ЕЁ ВЛИЯНИЯ НА СОКРАЩЕНИЕ БЮДЖЕТНЫХ РАСХОДОВ tu ltg Монография.a w w w :// tp ht Изд-во АлтГТУ Барнаул • ББК 65.9(2)441- Вяткин И.Ю. Исследование проблемы реформирования жилищно-коммунальной сферы и её влияния на сокращение бюджетных расходов: Монография / Алт. гос. техн. ун-т им....»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирская государственная автомобильно-дорожной академия (СибАДИ) МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ДОРОЖНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН: ИМИТАЦИОННЫЕ И АДАПТИВНЫЕ МОДЕЛИ Монография СибАДИ 2012 3 УДК 625.76.08 : 621.878 : 519.711 ББК 39.92 : 39.311 З 13 Авторы: Завьялов А.М., Завьялов М.А., Кузнецова В.Н., Мещеряков В.А. Рецензенты:...»

«RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES INSTITUTE FOR THE HISTORY OF MATERIAL CULTURE PROCEEDINGS. VOL. XVII M. V. Malevskaya-Malevich SOUTHWEST RUSSIAN TOWNS CERAMIK of 10th — 13thcenturies St.-Petersburg Institute of History RAS Nestor-lstoriya Publishers St.-Petersburg 2005 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ИСТОРИИ МАТЕРИАЛЬНОЙ КУЛЬТУРЫ ТРУДЫ. Т. XVII М. В. Малевская-Малевич КЕРАМИКА ЗАПАДНОРУССКИХ ГОРОДОВ Х-ХІІІ вв. Издательство СПбИИ РАН Нестор-История Санкт-Петербург УДК 930.26:738(Р47)09/12 ББК...»

«С.П. Спиридонов МЕТОДОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМНЫХ ИНДИКАТОРОВ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ С.П. СПИРИДОНОВ МЕТОДОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ЖИЗНИ СИСТЕМНЫХ ИНДИКАТОРОВ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ЖИЗНИ ИЗДАТЕЛЬСТВО ФГБОУ ВПО ТГТУ Научное издание СПИРИДОНОВ Сергей Павлович МЕТОДОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМНЫХ ИНДИКАТОРОВ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ЖИЗНИ Монография Редактор Е.С. Мо...»

«Российская академия наук Э И Институт экономики УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ РАН ВОСТОЧНАЯ И ЮГОВОСТОЧНАЯ АЗИЯ–2008: ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА Москва 2009 ISBN 978-5-9940-0175-2 ББК 65. 6. 66. 0 B 76 ВОСТОЧНАЯ И ЮГО-ВОСТОЧНАЯ АЗИЯ–2008: ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА / Ответственный редактор: М.Е. Тригубенко, зав. сектором Восточной и Юго-Восточной Азии, к.э.н., доцент. Официальный рецензент сборника член-корреспондент РАН Б.Н. Кузык — М.:...»

«КАЗАХСТАНСКИЙ ИНСТИТУТ СТРАТЕГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН МУРАТ ЛАУМУЛИН ЦЕНТРАЛЬНАЯ АЗИЯ В ЗАРУБЕЖНОЙ ПОЛИТОЛОГИИ И МИРОВОЙ ГЕОПОЛИТИКЕ Том V Центральная Азия в XXI столетии Алматы – 2009 УДК 327 ББК 66.4 (0) Л 28 Рекомендовано к печати Ученым Советом Казахстанского института стратегических исследований при Президенте Республики Казахстан Научное издание Рецензенты: Доктор исторических наук, профессор Байзакова К.И. Доктор политических наук, профессор Сыроежкин...»

«ТЕХНОГЕННЫЕ ПОВЕРХНОСТНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ ЗОНЫ СОЛЕОТВАЛОВ И АДАПТАЦИЯ К НИМ РАСТЕНИЙ Пермь, 2013 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ О.З. Ерёмченко, О.А. Четина, М.Г. Кусакина, И.Е. Шестаков ТЕХНОГЕННЫЕ ПОВЕРХНОСТНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ ЗОНЫ СОЛЕОТВАЛОВ И АДАПТАЦИЯ К НИМ РАСТЕНИЙ Монография УДК 631.4+502.211: ББК...»

«УДК 94(477)1941/1944 ББК 63.3(2)622.5 Г58 Гогун А. Г58 Сталинские коммандос. Украинские партизанские формирования, 1941–1944 / А. Гогун. – 2-е изд., испр. и доп. – М. : Российская политическая энциклопедия (РОССПЭН), 2012. – 527 с. – (История сталинизма). ISBN 978-5-8243-1634-6 Безоглядное применение тактики выжженной земли, умышленное провоцирование репрессий оккупантов против мирных жителей, уничтожение своих же деревень, хаотичный сбор у населения продналога, дополнявшийся повседневным...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский государственный экономический университет Я. Я. Яндыганов, Е. Я. Власова ПРИРОДНО-РЕСУРСНАЯ РЕНТА – ЭКОНОМИЧЕСКАЯ БАЗА РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ Под редакцией Я. Я. Яндыганова Рекомендовано Научно-методическим советом Уральского государственного экономического университета Екатеринбург 2011 УДК 333.54 ББК 65.28+65.9(Рос.) Я 60 Рецензенты: Кафедра экономической теории и предпринимательства Уральского государственного горного...»

«ИНСТИТУТ РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВА И ПРАВА АКАДЕМИЯ РОССИЙСКОЙ ПРАВОСУДИЯ АКАДЕМИИ НАУК В. В. ЛАПАЕВА Монография Москва 2012 1 УДК 340 ББК 67.0 Л 24 Автор Лапаева В. В., главный научный сотрудник Института государства и права Российской академии наук, д-р юрид. наук Лапаева В. В. Типы правопонимания: правовая теория и практика: МоноЛ 24 графия. — М.: Российская академия правосудия, 2012. ISBN 978-5-93916-330-9 (РАП) ISBN 978-5-83390-088-3 (ИГП РАН) В монографии рассмотрены история формирования и...»

«УДК 339.9 (470) ББК 65.5 Научный редактор д-р экон. наук, проф. А.М. Ходачек (Гос. ун-т – Высшая школа экономики СПб. филиал) Рецензенты: Максимцев И.А., д.э.н., профессор, ректор Санкт-Петербургского государственного университета экономики и финансов. Ягья В.С., д.и.н., профессор, зав. кафедрой мировой политики факультета международных отношений Санкт-Петербургского государственного университета. Зарецкая М.С., Лукьянов Е.В., Ходько С.Т. Политика Северного измерения: институты, программы и...»

«ТРУДЫ ИСТОРИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА СПбГУ Редакционный совет: д-р ист. наук А. Ю. Дворниченко (председатель), д-р ист. наук Э. Д. Фролов, д-р ист. наук Г. Е. Лебедева, д-р ист. наук В. Н. Барышников, д-р ист. наук Ю. В. Кривошеев, д-р ист. наук М. В. Ходяков, д-р ист. наук Ю. В. Тот, канд. ист. наук И. И. Верняев ББК 63.3(0)5-28 (4Вел) К 68 Рецензенты: д-р ист. наук, проф. Г.Е.Лебедева(СПбГУ), д-р ист. наук, ведущий научный сотрудник Н.В. Ревуненкова (ГМИР СПб) Печатаетсяпорешению...»

«ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА (Часть 1) ОТЕЧЕСТВО 2011 УДК 520/524 ББК 22.65 И 90 Печатается по рекомендации Ученого совета Астрономической обсерватории им. В.П. Энгельгардта Научный редактор – акад. АН РТ, д-р физ.-мат. наук, проф Н.А. Сахибуллин Рецензенты: д-р. физ.-мат. наук, проф. Н.Г. Ризванов, д-р физ.-мат. наук, проф. А.И. Нефедьева Коллектив авторов: Нефедьев Ю.А., д-р физ.-мат. наук, проф., Боровских В.С., канд. физ.-мат. наук, доц., Галеев А.И., канд. физ.-мат. наук, Камалеева...»

«В.А. Гавриков МИФОПОЭТИКА В ТВОРЧЕСТВЕ АЛЕКСАНДРА БАШЛАЧЕВА Брянск 2007 ББК 83.336-5 Га-12 Рецензенты: Ю.В. Доманский – доктор филологических наук, профессор. Ю.П. Иванов – доктор филологических наук, профессор. Га-12 Гавриков В.А. Мифопоэтика в творчестве Александра Башлачева. – Брянск: Ладомир, 2007. – 292 с. В монографии исследуется феномен рок-поэзии, ее место в ряду других синтетических видов искусства. Дана общая характеристика рокпоэзии в ее преломлении через призму наследия крупнейшего...»














 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.