A new method for the biotransformation of food waste is proposed. The waste is transformed to feed stock by using a novel bioremediant based on Yarrowia lipolytica, designed to be efficient in economic and environmental disposal of food waste. The toxicological studies of the product were carried out, obtained with the help of the developed technology. Biotransformation of the homogenized food waste for three days under non-sterile conditions provides a complete detoxification of the material as shown in acute and chronic toxicity. In contrast, acute test LD50 for the non-treated waste was 1220 mg/kg for mice and 3170 mg/kg for rats. The weight growth of mice and rats fed on the fermented, native preparation and in control for 10 and 28 days was assessed (multiple administration of the preparations in increasing dosages). After 10 days the mice and rats of group 1 (the waste fermented by Y. lipolytica) demonstrated 14,1% and 15,8% growth (Р<0,01). After 28 days this group exhibited 28,3% growth in mice (Р<0,001), and 25,2% in rats (Р<0,001). Group 2 (native preparation) and group 3 (biological control) demonstrated much less growth (mice/rats): 9,1/9,5 and 9,8/10,5% after 10 days; 18,6/19,1 and 21,2/22,4% after 28 days.
food waste, bioremediant, feed stock, Yarrowia lipolytica.
Введение. Ежегодно на Земле образуется около 200 млрд. тонн растительной биомассы, в химическом отношении представляющей собой смесь целлюлозы, лигнина, β-ксиланов, глюканов и β-маннанов [1]. Кроме того, при переработке сельскохозяйственной продукции образуется до 0,5 млрд. тонн неликвидного сырья, использование которого невозможно по соображениям биологической и токсикологической безопасности. К этой категории относится зерно, пораженное токсигенными грибами, продукты санобработки туш павших животных и различные типы сырья, загрязненного ксенобиотиками и микотоксинами. Сюда же можно отнести стоки, получающиеся при мойке сырья и оборудования на бойнях и предприятиях пищевой промышленности, кровь и внутренности животных, щелочные стоки маслоэкстракционных производств, сырье, загрязненное моторным топливом и органическим экстрагентами (гексан, этилацетат и др.). В последние годы к этой категории добавился глицерин, содержащий примеси щелочи и метанола, образующийся при производстве биодизеля.
Дрожжи Yarrowia lipolytica являются перспективным объектом, позволяющим добиться прогресса в решении задачи превращения в источник кормового белка непищевой возобновляемой биомассы растений, а также сырья, загрязненного липофильными токсичными компонентами и ксенобиотиками. Уникальной особенностью Y. lipolytica, отличающей их от других видов дрожжей, в частности, популярных в производстве кормовой биомассы представителей рода Candida, является то, что за счет наличия пероксисом [2]. Обладая мощным аэробным метаболизмом, Y. lipolytica устойчива ко многим агрессивным органическим соединениям, эффективно разрушает ксенобиотики и токсины. В течение 10 лет Y. lipolytica использовалась в СССР в качестве биореактора для производства кормового белка для животноводства с использованием в качестве субстрата парафинов нефти (белково-витаминный концентрат - БВК) [3]. В результате этого накоплены данные, подтверждающие безопасность и высокую кормовую ценность ее биомассы. В 2000 г надзорный орган США - Food and Drug Administration включил Y. lipolytica в список заведомо безопасных видов (GRAS), без ограничений пригодных для производства кормовых и пищевых ингредиентов. По данным [4], живые клетки Y. lipolytica присутствуют в традиционных продуктах из регионов Италии. Для Y. lipolytica разработаны удобные генетические маркеры и методы трансформации, полностью определена последовательность генома типового штамма. Благодаря наличию уникальной системы транспорта липофильных соединений в пероксисомы Y. lipolytica способна экстрагировать из загрязненных продуктов ксенобиотики (пестициды и гербициды), микотоксины, гидропероксиды (продукты окисления жиров) и органические экстрагенты (гептан, этилацетат), не затрагивая содержащийся в сырье белок. Тем самым обеспечивается высокая степень детоксикации сырья.
1. Andreev A.A. Proizvodstvo kormovykh drozhzhey. [Fodder yeast production] // A.A. Andreev, L.I. Bryzgalov – Moscow: Izdatelstvo “Lesnaya promyshlennost”. – 1970.
2. Bankar A.V. Environmental. and industrial. applications of Yarrowia lipolytica / Bankar A.V., Kumar A.R., Zinjarde S.S. // Appl Microbiol Biotechnol. – 2009 . – V. 84 ( 5). – P. 847-865.
3. Viestur U. E. Sistemy fermentatsii. [Fermentation systems] // C.E. Viestur, A.M. Kuznetsova, V.V. Savenkov - Riga: Zinatne. - 1986.
4. Guerzoni M. E. Variability of the lipolytic activity in Yarrowia lipolytica and its dependence on environmental conditions / M.E. Guerzoni, R. Lanciotti, L. Vannini, F. Galgano, F. Favati, F. Gardini, G. Suzzi // International Journal of Food Microbiology. – 2001. – Vol. 69. – P. 79-89.
5. Smirnov A.M. Safe feed for livestock. [Zhivotnovodstvu – bezopasnye korma] / A.M. Smirnov, Talanov G.A., Kononenko G.P. // Veterinariya. – Veterinary Medicine. – 1999. – № 1. – P. 1-2.
6. Sycheva L.V. Nutrient yeast usage in fattening the steers. [Ispolzovanie kormovykh drozhzhey pri otkorme bychkov] // Niva Povolzhya. - Niva Volga. 2013. №26. P. 81-83.
