ЯМР-характеризация биополимеров и липидов из жмыха конопли, обработанного Thermomyces lanuginosus

Преображение остатков урожая в скрытое сокровище

По всему миру у фермеров и производителей продуктов остается много растительных остатков после извлечения масла или зерна. Производство конопляного масла не исключение: оно дает волокнистый побочный продукт — жмых конопли, который обычно рассматривают как малоценный отход или корм для животных. В этом исследовании изучается, как термофильный гриб способен выступать в роли микроскопической рафинировки, перестраивая молекулы в жмыхе конопли, чтобы получать более полезные ингредиенты для топлива, материалов и удобрений. С помощью мощного аналитического метода — ЯМР — исследователи подробно проследили, как гриб трансформирует масла, растительные волокна и соединения фосфора, заключенные в этом недооцененном ресурсе.

Взгляд поближе на забытый фракцион конопли

Жмых конопли — это не просто сухая растительная масса. Он богат структурными растительными волокнами — целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином — а также обладает неожиданно высоким содержанием масел и соединений, содержащих фосфор. Эти компоненты ценны, но плотно связаны в сложной трудно перерабатываемой смеси, известной как лигноцеллюлозная биомасса. Такая сложность делает материал устойчивым к разложению и затрудняет его модернизацию для производства продвинутых продуктов. Авторы поставили задачу выяснить, может ли термофильный гриб Thermomyces lanuginosus, выращиваемый на увлажненном жмыхе конопли в условиях ферментации в твердой фазе, мягко, но эффективно перестроить внутреннюю химию, сделав биомассу более универсальной для промышленного использования.

Гриб как природный переработчик масел

Команда сначала отслеживала изменения масляной фракции в течение 4, 7 и 10 дней роста гриба. С помощью протонной ЯМР они обнаружили, что гриб стабильно потреблял сложные запасные жиры — моно-, ди- и триглицериды — одновременно увеличивая количество свободного глицерина и сохраняя большое количество ненасыщенных жирных кислот. Через 10 дней содержание глицерина резко возросло и достигло примерно одной трети липидной фракции, тогда как некоторые полиненасыщенные жирные кислоты, такие как линолевая и линоленовая, частично превращались. Масла в жмыхе конопли оказались необычно богаты мононенасыщенными жирными кислотами, которые ценятся как в питании, так и для качества топлива. Фактически гриб выступал как биологический перерабатывающий завод, расщепляя крупные молекулы жиров на более мелкие, более ценные фрагменты, которые могут использоваться в пищевой, косметической промышленности, а также для производства биодизеля и биополимеров.

Переработка растительных волокон и высвобождение фосфора

Кроме масел, гриб также перестраивал твердую растительную матрицу. Твердотельная ЯМР показала, что компонент лигнина — прочный, древесный «клей» в клеточных стенках растений — со временем приобретал больше карбонильных и карбоксильных групп. Эти изменения могут сделать лигнин более реакционноспособным и пригодным в качестве строительного блока для диспергентов, полимеров или даже заменителей битума в строительных материалах. В целлюлозе сигналы указывали на то, что сохраняющиеся ароматические примеси, вероятно следы лигнина, уменьшились, оставив химически более чистый полисахарид, привлекательный для производства бумаги, текстиля и химических производных. Гемицеллюлоза показала сдвиг в сторону более углеводно-подобных сигналов и снижения доли метоксильных групп, что указывает на то, что активность гриба удаляла лигнинообразные присоединения и обогащала сахарный каркас. Одновременно анализ фосфорсодержащих экстрактов показал, что гриб преобразовал часть органических форм фосфора (моноэфиров) в более доступные неорганические ортофосфаты, что потенциально повышает ценность остатка как источника питательных веществ для растений.

Новый путь для зеленых биорафинировок

В совокупности эти изменения показывают, что Thermomyces lanuginosus способен одновременно улучшать жмых конопли несколькими путями: упрощать масла до глицерина и полезных жирных кислот, переводить лигнин в более реакционноспособные формы, очищать целлюлозу и гемицеллюлозу и перестраивать фосфорную химию в сторону более доступных питательных форм. Поскольку ЯМР позволила исследователям наблюдать эти трансформации недеструктивно и с высокой детализацией, они смогли связать конкретные молекулярные изменения с потенциальными промышленными применениями. Главная мысль для широкого читателя в том, что то, что кажется низкоценным производственным отходом, с помощью подходящего гриба может стать многоцелевым сырьем для топлива, материалов и удобрений. Такой мягкий, биологически направляемый процесс рафинирования — важная часть развивающейся циркулярной биоэкономики, где остатки одного процесса становятся сырьем для следующего.

Цитирование: Vuković, J.P., Jednačak, T., Novak, P. et al. NMR characterisation of biopolymers and lipids from hemp pomace treated with Thermomyces lanuginosus. Sci Rep 16, 13345 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41682-1

Ключевые слова: жмых конопли, ферментация в твердой фазе, грибная биорафинировка, лигноцеллюлозная биомасса, ЯМР-спектроскопия