Топинамбур как альтернатива зерну в российской модели биоэкономики

21 ноября 2016

В России запущен комплекс мероприятий по развитию биотехнологий, одним из которых является технологическая платформа «БиоТех2030». По сути, она представляет собой институт государственно-частного партнерства, который призван обеспечить поддержку государства разработкам в биотехнологической сфере. В структуру ТП «БиоТех2030» включена и ФЦП по исследовательско-производственной деятельности в приоритетных сферах развития научно-технологического комплекса Российской Федерации на 2014–2020 годы. Участие в этой программе принял и ФИЦ «Биотехнологии РАН», работающий над проектом по биотехнологическому преобразованию растительного сырья в карбоновую, молочную и фумаровую кислоты с целью их дальнейшего применения при создании биополимерных материалов.

Основная концепция этого проекта заключается в построении биоэкономики и её части – биозавода, предполагающего замещение невозобновляемого сырья на возобновляемое. В качестве последнего отличные перспективы демонстрируют полисахариды, содержащиеся, например, в зерновых культурах (крахмал) и древесине (целлюлоза). Эти химические вещества могут быть трансформированы в моносахариды, которые, свою очередь, могут быть преобразованы микроорганизмами в биотопливо или органические кислоты (фумаровую, молочную, янтарную). Эти кислоты можно затем использовать для синтеза биополимерных материалов.

Отличительными особенностями технологии, предложенной российскими разработчиками, являются:

  • использование топинамбура в качестве источника инулина, характеризующегося лучшей производительностью в сравнении с зерновыми,
  • использование экзонулиназы в качестве фермента при трансформации инулина во фруктозу,
  • использование мобилизованных форм микроорганизмов для трансформации фруктозы в смесь фумаровой и молочной кислот.

Результатом проведенной исследовательской работы стал синтез рекомбинантного грибного штамм-продуцента экзоинулиназы. Затем, изменив один из его генов, исследователи создали высокоактивные трансформанты, которые впоследствии использовались для создания обезвоженных ферментных препаратов. Конверсионная активность последних при преобразовании инулина во фруктозу достигает нескольких тысяч единиц экзоинулиназной активности на 1 г обезвоженного препарата. Эта величина на 1 – 2 порядка превышает активность подобных ферментных компонентов, предлагаемых иностранными производителями.

Получаемый гидрализат инулина, обогащенный фруктозой, является отличной альтернативой глюкозе, синтезируемой из крахмала.

В работе над проектом принимает участие и Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН, задача которого заключается в повышении эффективности выращивания штаммов микроорганизов-продуцентов.

Результатом проекта, в ходе которого были испытаны образцы карбоновых кислот, стала разработка лабораторного способа получения из них биополимерных материалов. Этот процесс биоконверсии был полностью смоделирован, что позволило исследователям подать патентную заявку.

Для масштабирования разработанной технологии биосинтеза молочной кислоты предполагается использовать производственные площади ООО «Краснодарский биоцентр», на которых имеются:

  • ферментеры,
  • сушилки,
  • центрифуга

и другое необходимое оборудование.

Отработка производственной технологии переработки топинамбура позволит ускорить процесс ее реализации в промышленных масштабах. При этом данная технология применима и в регионах с рискованным земледелием, в том числе подходит для развития агропромышленного комплекса в Северо-западном федеральном округе.