Для производства пищевого белка выращивают бактерии

Раздел «Промышленная биотехнология»

Производство белка микроорганизмов

Продуценты белка

Производство микробной биомассы — самое крупное микробиологическое производство. Микробная биомасса может быть хорошей белковой добавкой для домашних животных, птиц и рыб. Производство микробной биомассы особенно важно для стран, не культивирующих в больших масштабах сою (соевую муку используют как традиционную белковую добавку к кормам).

При выборе микроорганизма учитывают удельную скорость роста и выход биомассы на данном субстрате, стабильность при поточном культивировании, величину клеток. Клетки дрожжей крупнее, чем бактерий, и легче отделяются от жидкости при центрифугировании. Можно выращивать полиплоидные мутанты дрожжей с крупными клетками. В настоящее время известны только две группы микроорганизмов, которым присущи свойства, необходимые для крупномасштабного промышленного производства: это дрожжи рода Candida на n-алканах (нормальных углеводородах) и бактерии Methylophillus methylotrophus на метаноле.

Микроорганизмы можно выращивать и на других питательных средах: на газах, нефти, отходах угольной, химической, пищевой, винно-водочной, деревообрабатывающей промышленности. Экономические преимущества их использования очевидны. Так, килограмм переработанной микроорганизмами нефти дает килограмм белка, а, скажем, килограмм сахара — всего 500 граммов белка. Аминокислотный состав белка дрожжей практически не отличается от такового, полученного из микроорганизмов, выращенных на обычных углеводных средах. Биологические испытания препаратов из дрожжей, выращенных на углеводородах, которые проведены и у нас в стране и за рубежом, выявили полное отсутствие у них какого-либо вредного влияния на организм испытуемых животных. Опыты были проведены на многих поколениях десятков тысяч лабораторных и сельскохозяйственных животных. В непереработанном виде дрожжи содержат неспецифические липиды и аминокислоты, биогенные амины, полисахариды и нуклеиновые кислоты, а их влияние на организм пока еще плохо изучено. Поэтому и предлагается выделять из дрожжей белок в химически чистом виде. Освобождение его от нуклеиновых кислот также уже стало несложным.

В современных биотехнологических процессах, основанных на использовании микроорганизмов, продуцентами белка служат дрожжи, другие грибы, бактерии и микроскопические водоросли.

С технологической точки зрения наилучшими из них являются дрожжи. Их преимущество заключается прежде всего в «технологичности»: дрожжи легко выращивать в условиях производства. Они характеризуются высокой скоростью роста, устойчивостью к посторонней микрофлоре, способны усваивать любые источники питания, легко отделяются, не загрязняют воздух спорами. Клетки дрожжей содержат до 25% сухих веществ. Наиболее ценный компонент дрожжевой биомассы — белок, который по составу аминокислот превосходит белок зерна злаковых культур и лишь немного уступает белкам молока и рыбной муки. Биологическая ценность дрожжевого белка определяется наличием значительного количества незаменимых аминокислот. По содержанию витаминов дрожжи превосходят все белковые корма, в том числе и рыбную муку. Кроме того, дрожжевые клетки содержат микроэлементы и значительное количество жира, в котором преобладают ненасыщенные жирные кислоты. При скармливании кормовых дрожжей коровам повышаются удои и содержание жира в молоке, а у пушных зверей улучшается качество меха. Интерес представляют и дрожжи, обладающие гидролитическими ферментами и способные расти на полисахаридах без их предварительного гидролиза. Использование таких дрожжей позволит избежать дорогостоящую стадию гидролиза полисахаридсодержащих отходов. Известно более 100 видов дрожжей, которые хорошо растут на крахмале как на единственном источнике углерода. Среди них особенно выделяются два вида, которые образуют как глюкоамилазы, так и β-амилазы, растут на крахмале с высоким экономическим коэффициентом и могут не только ассимилировать, но и сбраживать крахмал: Schwanniomyces occidentalis и Saccharomycopsis fibuliger. Оба вида — перспективные продуценты белка и амилолитических ферментов на крахмалсодержащих отходах. Ведутся поиски и таких дрожжей, которые могли бы расщеплять нативную целлюлозу. Целлюлазы обнаружены у нескольких видов, например у Trichosporon pullulans, однако активность этих ферментов низкая и о промышленном использовании таких дрожжей говорить пока не приходится. Дрожжи из рода Kluyveromyces хорошо растут на инулине — основном запасном веществе в клубнях топинамбура — важной кормовой культуры, которая также может быть использована для получения дрожжевого белка.

В последнее время в качестве продуцентов белка стали использовать бактерии, которые отличаются высокой скоростью роста и содержат в биомассе до 80% белка. Бактерии хорошо поддаются селекции, что позволяет получать высокопродуктивные штаммы. Их недостатками являются трудная осаждаемость, обусловленная малыми размерами клеток, значительная чувствительность к фаговым инфекциям и высокое содержание в биомассе нуклеиновых кислот. Последнее обстоятельство неблагоприятно только в том случае, если предусматривается пищевое использование продукта. Снижать содержание нуклеиновых кислот в биомассе, употребляемой на корм животным, нет необходимости, так как мочевая кислота и ее соли, образующиеся при разрушении азотистых оснований, превращаются в организме животных в алантоин, который легко выделяется с мочой. У человека избыток солей мочевой кислоты может способствовать развитию ряда заболеваний.

Следующую группу продуцентов белка составляют грибы. Они привлекают внимание исследователей благодаря способности утилизировать самое разнообразное по составу органическое сырье: мелассу, молочную сыворотку, сок растений и корнеплодов, лигнин- и целлюлозосодержащие твердые отходы пищевой, деревообрабатывающей, гидролизной промышленности. Грибной мицелий богат белковыми веществами, которые по содержанию незаменимых аминокислот ближе всего к белкам сои. Вместе с тем белок грибов богат лизином, основной аминокислотой, недостающей в белке зерновых культур. Это позволяет на основе зерна и грибной биомассы составлять сбалансированные пищевые и кормовые смеси. Грибные белки имеют достаточно высокую биологическую ценность и хорошо усваиваются организмом.

Положительным фактором является и волокнистое строение выращенной культуры. Это позволяет имитировать текстуру мяса, а с помощью различных добавок — его цвет и запах. Хранят грибной мицелий обычно в замороженном виде.

В качестве субстрата грибами используются глюкоза и другие питательные вещества, а общим источником азота служат аммиак и аммонийные соли. После завершения стадии ферментации культуру подвергают термообработке для уменьшения содержания рибонуклеиновой кислоты, а затем отделяют мицелий методом вакуумного фильтрования.

Источниками белковых веществ могут служить и водоросли. При фототрофном способе питания и образования биомассы они используют углекислый газ атмосферы. Выращивают водоросли, как правило, в поверхностном слое прудов, где с площади 0,1 га можно получить столько же белка, сколько с 14 га посевов фасоли. Белок водорослей пригоден не только для кормовых, но и пищевых целей.

Наконец, хорошими продуцентами белка являются рясковые, которые накапливают протеина до 45% от сухой массы, а также до 45% углеводов. Однако, несмотря на свои малые размеры, они не принадлежат к вышеперечисленным производителям белка (микроорганизмам), так как не только являются многоклеточными организмами, но и относятся к высшим растениям.

Производство кормового белка

Получение этанола как топлива

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БИОЭНЕРГЕТИКА

Технологическая биоэнергетика — одно из направлений биотехнологий, связанное с эффективным использованием энергии, запасаемой при фотосинтезе. Это может быть достигнуто путём:

1. превращения биомассы, накопленной в результате фотосинтеза в дешевое и высококалорийное топливо-метан и другие углеводороды, этанол и т. д.;

2. модификации самого процесса фотосинтеза, в результате которого энергия света с максимальной эффективностью используется на образование водорода или другого топлива, минуя стадию фотоассимиляции СО₂ и синтеза компонентов клетки. На уровне теоретических разработок находится идея непосредственного преобразования энергии солнца в электрическую (биофотоэлектрические преобразователи энергии).

Рассмотрим в начале путь, пролегающий через использование биомассы, в первую очередь, растительной, ресурсы которой в мире огромны и оцениваются в 100 млрд. тонн по сухому веществу в год. Лишь незначительная часть ее расходуется человеком, но и эта часть дает до 14% потребляемой в мире энергии. Биомасса — не только возобновляемый и почти даровой источник энергии, но и альтернатива тающим запасам полезных ископаемых.

Этанол — экологически чистое топливо, дающее при сгорании СО₂ и H₂O . Он используется в двигателях внутреннего сгорания в чистом виде или как 10-20% добавка к бензину(газохол). В Бразилии уже к 1983 г. 75 % автомобилей работали на 95 % этаноле, а остальные на газохоле. В США предлагают заменить на этанол 10 % потребляемого бензина. Широкое внедрение этанола планируется в странах Западной Европы.

На значительных посевных площадях намечают выращивать сельскохозяйственные культуры, предназначенные для биотехнологической переработки в этанол. В условиях дефицита посевных площадей возникает проблема, которая уже в наши дни актуальна для Бразилии и выражается дилеммой: продовольствие или энергия. Производство этанола из растительного сырья не является безотходным.

В соответствии с нормами в рационе сельскохозяйственных животных на каждую кормовую единицу нужно не менее 110 г полноценного белка. Для поддержания жизненных функций организма, построения клеток и тканей необходим постоянный синтез различных белковых соединений. Если растения и большинство микроорганизмов способны синтезировать все белковые аминокислоты из углекислоты, воды, аммиака и минеральных солей, то человек и животные не могут синтезировать некоторые аминокислоты (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин), которые называют незаменимыми. Эти аминокислоты должны поступать в организм в готовом виде с пищей; их отсутствие вызывает снижение продуктивности сельскохозяйственных животных

Для человека главные источники незаменимых аминокислот — белки животного и растительного происхождения, входящие в состав пищи, а для животных – в основном растительные белки. Все незаменимые аминокислоты должны содержаться в белках пищи в определенных соотношениях, отвечающих потребностям данного организма.

Если содержание белков в растительном корме ниже нормы, то во избежание перерасхода кормов и повышения себестоимости животноводческой продукции количество белка в корме компенсируют введением белковых добавок в виде препаратов незаменимых аминокислот либо белковой массы с более высоким содержанием ряда аминокислот по сравнению с эталоном. Незаменимые аминокислоты наиболее сбалансированы в белках семян сои. Относительно высокую биологическую ценность имеют также белки зерна риса и гороха. В белках зерна пшеницы и ячменя очень мало лизина, метионина и изолейцина, а в белках кукурузы — еще и триптофана. Для балансирования кормов (в которых основной компонент – зерно злаковых культур) по белку и незаменимым аминокислотам применяют концентрированные белковые добавки – комбикорма. Для их приготовления используют мясокостную и рыбную муку, отходы мясной и молочной промышленности, жмыхи масличных растений, отруби, шроты зернобобовых культур.

Особый интерес представляет использование микроорганизмов в качестве источника белка и витаминов при производстве пищевых продуктов. Перспектива и экономическая целесообразность употребления микроорганизмов в технологии производства пищевых продуктов диктуются рядом факторов:

— возможность использования самых разнообразных химических соединений, в том числе отходов производства, для культивирования микроорганизмов;

— высокой интенсивностью синтеза белков;

— относительно несложной технологией культивирования микроорганизмов, которое можно осуществлять круглосуточно и во все сезоны года;

— относительно высоким содержанием белка и витаминов, а также углеводов, липидов и препаратов на основе микробов;

— повышенным содержанием незаменимых аминокислот по сравнению с растительными белками (таблица 4.);

— возможностью направленного генетического влияния на химический состав микроорганизмов в целях совершенствования белковой и витаминной ценности продукта.

Таблица 4 — Содержание незаменимых аминокислот в белках некоторых микроорганизмов (в граммах на 100 г белка)

Использование белка микробного происхождения для изготовления пищевых продуктов позволяет экономить высокоценные животные и растительные белки, а также повышать биологическую ценность готового продукта.

Для промышленного производства пищевых продуктов и их использования на основе микроорганизмов необходимы тщательные медико-биологические исследования. Пищевые продукты, получаемые с добавлением микробных препаратов, должны пройти всестороннюю проверку для выявления канцерогенного, мутагенного, эмбриотропного действия на организм человека и животных.

Токсикологические исследования, усваиваемость продуктов микробного синтеза – основные критерии целесообразности технологии их производства.

В настоящее время мировой дефицит белка составляет около 15 млн. т. Наиболее перспективен микробиологический синтез, что следует из представленных ниже данных. Если для крупного рогатого скота требуется 5 лет для удвоения белковой массы, для свиней — 4 мес., для цыплят — 1 мес., то для бактерий и дрожжей — 1- 6 ч. Мировое производство пищевых белковых продуктов за счет микробного синтеза составляет более 15 тыс. т. в год.

В качестве источников кормового белка чаще используют различные виды дрожжей и бактерий, микроскопические грибы, одноклеточные водоросли, белковые коагуляты травянистых растений.

5 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРОЖЖЕЙ И БАКТЕРИЙ

Дрожжевые клетки в качестве источника углерода для роста способны использовать неразветвленные углеводороды с числом от 10 до 30 углеродных атомов в молекуле. В основном они представлены жидкими фракциями углеводородов нефти с температурой кипения 200 — 320°С. Эти фракции могут быть получены низкотемпературной кристаллизацией, карбомидной депарафинизацией и адсорбцией на молекулярных ситах (цеолитах). В России первый завод по производству кормовых дрожжей из жидких парафинов нефти вступил в действие в 1971 г. В нашей стране и других странах СНГ из Н- парафинов нефти производят большое количество кормовых дрожжей (свыше 1 млн. т.). При выращивании дрожжей на Н–парафинах нефти в приготовленную из них питательную среду добавляют макро- и микроэлементы, необходимые витамины и аминокислоты. Высушенная дрожжевая масса гранулируется и используется как белково-витаминный концентрат (БВК), содержащий до 50 — 60 % белковых веществ, для кормления сельскохозяйственных животных.

Хорошим субстратом для выращивания кормовых дрожжей является молочная сыворотка — производственный отход при переработке молока. В 1 т. молочной сыворотки содержится около 10 кг белка и 50 кг лактозы. Разработана эффективная технология выделения из молочной сыворотки белков методом ультрафильтрации низкомолекулярных веществ через мембраны. Эти белки используют для приготовления сухого обезжиренного молока. Жидкие отходы, остающиеся после отделения белков (пермеат), могут быть переработаны путем культивирования дрожжей в обогащенные белками кормовые продукты.

В качестве источников углерода дрожжевые клетки могут использовать и низшие спирты – метанол и этанол, получаемые в биотехнологии из природного газа или растительных отходов. Дрожжевая масса, полученная после культивирования дрожжей на спиртах, содержит больше белков (56 — 62 % от сухой массы) и меньше вредных примесей, чем кормовые дрожжи, выращенные на H– парафинах нефти, такие, как производные бензола, D-аминокислоты, аномальные липиды, токсины и канцерогенные вещества. Кроме того, кормовые дрожжи имеют повышенное содержание нуклеиновых кислот – 3 — 6 % от сухой массы, которые в этой концентрации вредно воздействуют на организм животных. В результате их гидролиза образуется много пуриновых оснований, превращающихся затем в мочевую кислоту и ее соли, которые могут быть причиной мочекаменной болезни, остеохондроза и других заболеваний. Тем не менее, кормовые дрожжи хорошо усваиваются и перевариваются в организме животных, а по содержанию таких аминокислот, как лизин, треонин, валин и лейцин, значительно превышают многие растительные белки. Вместе с тем белки дрожжей частично не сбалансированы по метионину, в них мало цистеина и селенцистеина. Оптимальная норма добавления дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных животных обычно составляет не более 5 — 10 % от сухого вещества.

Наряду с технологией использования дрожжевых белков в качестве кормовой добавки в рационы сельскохозяйственных животных разработаны технологии получения из них пищевых белков. В некоторых странах пивные и пищевые дрожжи (Saccharomyces cerevisiae, Candida arbrea, Candida utilis) широко используют в качестве белковых добавок к различным пищевым продуктам. Дрожжевой белок позволяет повысить питательную и витаминную ценность пищевых продуктов, улучшить их вкус и аромат. Так, разработана рецептура приготовления дрожжевого хлеба и лапши с частичной заменой муки — до 5% (США). В результате ферментации дрожжевыми клетками глюкозы, получаемой из кукурузного крахмала, синтезирован белковый продукт мукопротеин, используемый при производстве колбас в качестве замены основного сырья (Великобритания).

Очень полезными продуктами являются ацидофильно-дрожжевое молоко и творог, сделанный из него. Технология получения творога включает следующие этапы. В цельное молоко с 2 % сахара вносят 3 % суточной культуры дрожжей и выдерживают 14 — 17 ч. при температуре 32 — 33 ºС. Полученную закваску добавляют в молоко и выдерживают до свертывания при температуре 33ºС еще 5 — 6 ч. Такой творог богат витаминами В₁, В₂, С и др. Представители 14 видов дрожжей рода Candida утилизируют молочную сыворотку для получения биомассы, богатой витаминами и белком. Способность некоторых видов дрожжей (Rhodotorula glutimis) продуцировать каротиноиды нашла применение в производстве пищевых красителей.

Известны более 30 видов бактерий, которые могут быть применены в качестве источников полноценного кормового белка. Бактериальные белковые концентраты с содержанием сырого белка 60 — 80 % (от сухой массы) — ценные препараты в кормопроизводстве. Следует отметить, что бактерии значительно быстрее, чем дрожжевые клетки, наращивают биомассу, кроме того, белки бактерий содержат больше цистеина и метионина, что позволяет отнести их в разряд белков с высокой биологической ценностью. Источником углерода при культивировании бактерий могут служить природный и попутный газы, водород, а также спирты – метанол, этанол, пропанол. Чаще всего на газовых питательных средах выращивают бактерии рода Methylococcus, способные утилизировать до 85 — 90 % метана в специальных ферментерах. Однако производство кормового белка из газообразных продуктов довольно сложно и дорогостояще. Более широко применяется технология выращивания бактерий на метаноле, который легко получают путем окисления метана. При культивировании на питательной среде с метанолом наиболее часто используют бактерии родов Methylomonas, Psedomonas, Methylophillus. Масштабное производство кормовых белков на основе использования метанола впервые было организованно в Великобритании. Концерном «Ай-Си-Ай» выпускается кормовой белковый препарат прутин (коммерческое название). В России также разработана технология получения препарата из метанола под названием меприн. В этом препарате содержится до 74 % белков (от сухой массы), до 5 % липидов, 10 % минеральных веществ, 10 — 13 % нуклеиновых кислот. В настоящее время разрабатывается технология получения кормового белка из этанола на основе культивирования бактерий рода Acinetobacter (препарат эприн).

К числу бактерий с высокой интенсивностью синтеза белков следует отнести и водородокисляющие бактерии, способные накапливать в клетках до 80% сырого белка (в расчете на сухую массу).

Для их культивирования в составе газовой среды обычно содержится 70 — 80 % водорода, 20 — 30 % кислорода, 3 — 5 % СО₂. Производство кормового белка на основе использования водородокисляющих бактерий может быть организовано вблизи химических предприятий.

Кормовой белок бактериального происхождения добавляют в комбикорма в количестве 2,5 — 7,5 % от белка рациона сельскохозяйственных животных, а при кормлении взрослых свиней — до 15 %.

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 4760 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Производство микробиологического кормового и пищевого белка

Дефицит кормового белка сдерживает развитие животноводства. Биологическая ценность белка определяется содержанием в нем незаменимых аминокислот, не синтезируемых в организме животного (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин). Недостаток какой — либо из аминокислот в кормах лимитирует усвояемость остальных, приводит к перерасходу кормов и должен компенсироваться концентрированными кормами. Среди зерновых и зернобобовых культур наиболее сбалансирован по содержанию незаменимых аминокислот белок зерна сои, риса и гороха. В белках зерна пшеницы и ячменя содержится мало лизина, метионина и изолейцина, а в белках зерна кукурузы — триптофана. (табл.1)

Одним из путей решения проблемы кормового белка является получение его микробиологическим путем. При этом продуцентами белка служат дрожжи, бактерии, низкие и высшие грибы и одноклеточные водоросли. Микроорганизмы отличаются высоким (до 60% сухой массы) содержанием белка, сбалансированного по аминокислотному составу.

Таблица 1 Содержание незаменимых аминокислот в белках некоторых микроорганизмов в г на 100 г белка (В.С.Шевелуха и др., 2003).

Кроме того, микроорганизмы содержат углеводы, липиды, витамины, макро- и микроэлементы. Важным достоинством производства кормового белка на основе микроорганизмов является использование сельскохозяйственных отходов, возможность организации промышленного производства, отсутствие сезонности и зависимости от погодно-климатических условий.

Кормовые дрожжи получают на отходах деревообрабатывающей, кондитерской, молочной промышленности, сельского хозяйства, парафинов нефти.

Для получения кормовых дрожжей на растительном субстрате (отходы древесины, солома, льняная костра, картофельная мезга, свекловичный жом и др.). наиболее эффективны дрожжи родов (Candida, Torulopsis, Saccharomyces). Растительное сырье, содержащее целлюлозу и гемицеллюлозу, подвергается кислотному гидролизу, в результате чего более половины полисахаридов гидролизуется до моносахаридов. На гидролизатах растительного сырья или на барде, получаемой после сбраживания гидролизатов и отгонки спирта, получают кормовые дрожжи.

Кормовые дрожжи выращивают в специальных ферментерах, где обеспечивается перемешивание суспензии микробных клеток в жидкой питательной среде и аэрация. После окончания рабочего цикла (20 часов) культуральная жидкость вместе с клетками дрожжей выводится из ферментера, после чего дрожжи отделяются от жидкости, подвергаются специальной обработке для разрушения клеточных оболочек, упариваются и высушиваются.

Субстратом для получения кормовых дрожжей могут служить парафины нефти в сочетании с макро- и микроэлементами, витаминами и аминокислотами. Этот процесс впервые был освоен в СССР, а годовой объем белково-витаминных концентратов (БВК) полученных из парафинов нефти, достигал 1 млн.т. В Западной Европе парафины нефти для этих целей не применяются в связи с дороговизной сырья. Кроме того, кормовые дрожжи, полученные на основе парафинов нефти, могут содержать вредные примеси, а отходы производства экологически небезопасны.

В качестве субстратов для получения кормовых дрожжей могут служить также спирты этанол и метанол, полученные из растительных отходов или природного газа.

При переработке молока образуется молочная сыворотка, каждая тонна которой содержит 50 кг молочного сахара, до 10 кг белка; 1.5 кг жира, витамины, микроэлементы и др .(А.Г. Лобанок и др.1988). Прямое применение сыворотки для скармливания животным осложнено транспортировкой, хранением, низкой стоимостью, низкой степенью конверсии белка сыворотки в белок тела животных. Весьма перспективно производство белково-витаминных продуктов при использовании технологических процессов на основе дрожжей, способных к росту на молочной сыворотке. Такой штамм дрожжей Torulopsis candida был выделен из французского сыра камамбер в Институте микробиологии НАН Беларуси. Институтом совместно с Белорусским филиалом ВНИИ молочной промышленности и Белорусским НИИ животноводства созданы технологии получения ряда кормовых препаратов на основе микробной переработки молочной сывортоки (Био-Зум, Промикс, Провилакт, Провибел и др.).Препараты ЗЦМ (заменители цельного молока) превосходят сыворотку по содержанию и качеству белка, а также витаминов. Каждая тонна использованного в животноводстве БИО-ЗЦМ высвобождает для пищевых целей 8 т цельного молока.

Сухой обогащенный белками кормовой продукт «Провилакт » применяется как заменитель сухого обезжиренного молока.

Жидкий белковый продукт «Промикс» с содержанием белка в 2.5-3 раза выше, чем в исходной молочной сыворотке, предназначен для откорма свиней.

Белковые концентраты из бактерий. Бактерии в качестве продуцентов белка отличаются высокой скоростью роста, содержат в биомассе до 70-80 % белка с высокой концентрацией метионинa. Субстратом для получения белка могут быть в этом случае природный газ, метанол, этанол, водород. Продуцентами белка из метанола являются бактерии рода Methylomonas, Pseudomonas, Methylophillus; из этанола — Аcinetobacter. Для производства белка используют ферментеры. Производство белка из метанола налажено в Великобритании, Швеции,ФРГ,США, Италии, России; из этанола — в США, Японии, ФРГ, Испании, России.

Продуцентами белка из водорода являются бактерии из рода Hydrogenomonas. Они содержат в биомассе до 80% белка с 35-40% незаменимых аминокислот. В перспективе этот процесс может быть использован для получения пищевых микробных белков.

Кормовые белки из водорослей

В ряде стран для получения кормового белка применяют одноклеточные водоросли Chlorella и Scenedesmus, а также сине-зеленые водоросли Spirulina, которые используют в качестве источника энергии солнечный свет.

Возможно выращивание водорослей в открытых водоемах , а также в закрытых системах. С 1 га в одной поверхности открытого типа получают до 70 т сухой биомассы в год, причем содержание белков в клетках хлореллы и сценедесмус составляет 45-50% на сухую массу, а в клетках спирулины — 60-65%. Возможно выращивание водорослей на промышленных и сельскохозяйственных стоках, что позволяет не только получить ценный корм, но и обеззараживать стоки (В.С.Шевелуха и др., 2003).

Кормовые белки из грибов.

Грибы (высшие и низшие) являются ценными продуцентами белков, способными использовать в качестве субстрата мелассу, молочную сыворотку, сок растений, лигнин — и целлюлозосодержащие отходы пищевой и деревообрабатывающей промышленности (А.Г.Лобанок и др.,1988).Белки грибного мицелия по содержанию незаменимых аминокислот близки к белкам сои. Они богаты лизином, имеют высокую биологическую ценность и усвояемость. Для промышленного культивирования подобраны быстрорастущие штаммы грибов из родов Penicillium, Aspergillus,Fusarium, Trichoderma. В биомассе грибов синтезируется 20-60% белков от сухой массы.

Достигнув 21-го века, человечество не решило главной проблемы — проблемы голода. Рост народонаселения на планете, сокращение площади питания на одного жителя планеты в результате эрозии и отвода земель на несельскохозяйственные нужды требует поиска новых решений для обеспечения населения продовольствием. Человек должен потреблять ежедневно 60-100 г белка. Повышение производительности в растениеводстве и животноводстве требует увеличения энергетических расходов на единицу продукции и усиливает антропогенное давление на окружающую среду. Альтернативой такого подхода может быть производство пищевого белка биотехнологическим путем на основе переработки субстрата микроорганизмами. В качестве субстрата могут использоваться метиловый и этиловый спирты, природный газ, соединения неорганической природы, древесина. Продуцентами пищевого белка могут быть дрожжи, бактерии, грибы, микроскопические водоросли.

Такие подходы к производству пищевого белка уже испытаны в ряде стран. Добавкой к пище могут служить дрожжи рода Candida, выращенные на мелассе. В Японии производят пищевые продукты на основе водорослей хлореллы и спирулины. В Великобритании используют для получения пищевого белка нетоксичные штаммы грибов рода Fusarium. В Германии выпускается в качестве белкового пищевого продукта облагороженная бактериальная биомасса, выращенная на метаноле. В Новой Зеландии совместно с Великобританией разработан способ получения пищевого продукта из грибов рода Penicillium, в Австрии — из дрожжей-сахаромицетов, во Франции — из дрожжеванной молочной сыворотки (А.Г.Лобанок и др.,1988). Таким образом, получение пищевого белка весьма перспективно как путь решения продовольственной проблемы, утилизации отходов сельского хозяйства, сбережения ресурсов и охраны окружающей среды.

Для производства пищевого белка выращивают бактерии

1.Д.И. Ивановский открыл:
А. Микроорганизмы; В. Грибы; С. Вирусы; D. Растения; Е. Животных

2.Д.И.Ивановский исследовал болезнь:
А. Мозаичная болезнь табака; В. Мучнистую росу; С. Паршу; D. Грипп; Е. Ангину

3. Вирусы это:
А. Клеточные формы жизни; В. Неклеточные формы жизни; С. Одноклеточные организмы; D. Многоклеточные организмы; Е. Сапрофитные организмы

4. Капсид — это:
А. Цитоплазма вируса; В. ДНК вируса; С. РНК вируса; D. Оболочка вируса; Е. Ферменты вируса

5.Только одну нуклеиновую кислоту (ДНК или РНК) содержат:
А. Грибы; В. Вирусы; С. Бактерии; D. Растения; Е. Животные

6. Бактериофагами называют:
А. Вирусы, разрушающие древесину; В. Вирусы, разрушающие бактерии; С. Микроорганизмы; D. Сапрофитные организмы; Е. Плесневые грибы

7. Вирусные заболевания:
А. Дизентерия, холера; В. Туберкулез, корь; С. Грипп, полиомиелит; D. Оспа, брюшной тиф; Е. Бешенство, бруцеллез

8. Вирусы по способу питания являются:
А. Сапрофитами; В. Паразитами; С. Автотрофами; D. Гетеротрофами; Е. Миксотрофами

9. Антони Левенгук открыл:
А. Микроорганизмы; В. Грибы; С. Вирусы; D. Растения; Е. Животных

10. Луи Пастер предложил способы:
А. Консервирования; В. Стерилизации; С. Уничтожения болезнетворных бактерий; D. Технологию выращивания бактерий; Е. Квашения продуктов

11. Разработал и применил вакцинацию:
А. Мечников; В. Тереховский; С Луи Пастер; D. А. Левенгук; Е. С. Н. Виноградский

12. В прокариотической клетке отсутствует:
А. Оформленное ядро; В. Цитоплазма; С. Рибосомы; D. Мезосомы; Е. Оболочка

13. Синезеленые водоросли относятся к:
А. Вирусам; В. Грибам; С. Цианобактериям; D. Растениям; Е. Животным

14. Палочковидные бактерии:
А. Кокки; В. Вибрионы; С. Стрептококки; D. Бациллы; Е. Спириллы

15. Первыми живыми организмами на земле были:
А. Грибы; В. Растения; С. Животные; D. Синезеленые водоросли; Е. Вирусы

16. По способу питания бактерии бывают:
А. Только сапрофиты; В. Только паразиты; С. Сапрофиты и паразиты; D. Автотрофы и гетеротрофы; Е. Миксотрофы

17. Бактерии гниения в почве:
А. Превращают перегной в минеральные соли; В. Превращают растительные остатки в перегной; С. Питаются водой и минеральными солями; D. Участвуют в круговороте азота; Е. Участвуют в круговороте углекислого газа

18. К бактериальным болезням человека относят:
А. Герпес, корь; В. Столбняк, чуму; С. Холеру, СПИД; D. Бешенство, полиомиелит; Е. Желтуху, оспу

19. Бактерии размножаются:
А. Спорами; В. Делением клетки; С. Семенами; D. Вегетативно; Е. Партеногенезом

20. Бактерии образуют споры для:
А. Размножения; В. Защиты от неблагоприятных условий; С. Расселения; D. Питания; Е. Дыхания

21. Для производства пищевого белка выращивают:
А. Клубеньковые бактерии; В. Спирулину; С. Молочнокислые бактерии; D. Почвенные бактерии; Е. Вирусы

22. Обогащают почву азотом:
А. Клубеньковые бактерии; В. Спирулина; С. Молочнокислые бактерии;D. Почвенные бактерии; Е. Вирусы

23. При силосовании кормов, квашении капусты используются бактерии:
А. Клубеньковые; В. Молочнокислые; С. Уксуснокислые; D. Гниения; Е. Почвенные

24. При консервировании овощей и фруктов используются бактерии:
А. Клубеньковые; В. Молочнокислые; С. Уксуснокислые; D. Гниения; Е. Почвенные

25. Клубеньковые бактерии развиваются на корнях растений:
А. Томата; В. Огурца; С. Гороха; D Яблок; Е. Грибов

26. Массовое поражение людей бактериальными болезнями называется:
А. Бактериозом; В. Гоммозом; С. Эпидемией; D. Заражением; Е. Прививкой

27. В 1882 году ученый Р. Кох открыл:
А. Вирусы; В. Бактерии; С. Грибы; D. Туберкулезную палочку; Е. Дизентерийную палочку

28. При употреблении сырого молока от больных коров человек заражается:
А. Дизентерией; В. Холерой; С. Брюшным тифом; D. Глистами; Е Бруцеллезом

29. При употреблении недоброкачественных консервов развивается болезнь:
А. Холера; В. Бруцеллез; С. Ботулизм; D. Брюшной тиф; Е. Пневмония

30. Лекарства, используемые для лечения бактериальный заболеваний:
А. Антибиотики; В. Фитонциды; С. Гербициды; D. Бактериофаги; Е. Витамины

Производство пищевого белка

Краткое описание

Биотехнология — междисциплинарная область научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических знаний, целью которой является промышленное производство товаров и услуг с использованием живых организмов, биологических систем и процессов. Важной отраслью биотехнологии является пищевая биотехнология, которая направлена на решение проблем дефицита продуктов питания, повышения их качества и разработки новых пищевых продуктов с использованием биотехнологических методов и приемов .

Производство сыра

Молоко было, одним из первых продуктов, претерпевших микробиологическую переработку естественным образом. Это происходит за счет того, что в молоке легко размножаются бактерии и оно скисает. В этом процессе один из основных этапов — превращение молочного сахара — лактозы в молочную кислоту. На протяжении тысячелетий усовершенствовался процесс спонтанного скисания молока, результатом чего явилась разработка технологии получения сыра и других продуктов молочнокислого брожения.

Для производства сыра в молоко вносят культуру бактерий, род и вид которых зависит от типа производимого сыра.Размножение молочнокислых бактерий при скисании молока — это важный технологический процесс, так как они подавляют размножение других бактерий и тем самым обусловливают требуемые вкусовые качества и аромат сыра. Молочнокислые бактерии положительно влияют на желудочно-кишечную микрофлору. После внесения бактерий молоко инкубируют при определенной температуре и в результате оно скисает. Для углубления этого процесса — гидролиза белка, искусственно вносят протеолитический фермент, называемый сычужным ферментом или ренином. Ренин образуется в сычуге — в четвертом отделении желудка ягненка или теленка, вскормленных молоком. С возрастом организм животных вместо сычужного фермента вырабатывает другие протеолитические ферменты, с другой субстратной специфичностью, не вызывающие образования сыра.

Производство сычужного фермента в мировом масштабе составляет 25 млн. л. Несмотря на это, сычужный фермент является дефицитным и лимитирующим компонентом в технологии производства сыра. В результате многочисленных поисков получен протеолитический фермент микробного происхождения с аналогичной сычужному ферменту субстратной специфичностью. Этот фермент частично восполнил дефицит сычужного фермента. Другая значительная биотехнологическая новизна заключается в клонировании гена ренина в одну из культур мицелиальных грибов. Это позволило получить абсолютный аналог сычужного фермента. Для промышленных целей сычужный фермент получают из животных организмов (ягнят, телят, поросят) и из культур грибов.

По данным на 1998 г., аналог ренина, выделенный из грибов, удовлетворяет потребность в этом ферменте на одну треть. Микробный фермент широко используется в США и Франции — странах с большими традициями производства сыра.

Сразу же после внесения в молоко фермента, выделенного из животных или микроорганизмов, происходит ограниченный протеолиз казеина. Коагулированный казеин образует гелеподобную массу и соединяется с жиром, после чего сыворотку фильтруют, отжимают остаточную воду и высушивают завертыванием в ткань. Следующим этапом технологии является созревание сыра. Производство сыра из молока — дегидратационный процесс, при котором происходит концентрирование казеина и жира в 6-12 раз. В процессе созревания некоторых сыров практикуется искусственное размножение микроорганизмов (бактерии и грибы) для придания сыру специфического вкуса и аромата.

Приблизительно 100 лет тому назад производство сыра достигло такого уровня и коммерческих масштабов, что производители перестали доверять процессу спонтанного размножения молочнокислых бактерий и начали применять чистые бактериальные культуры. Многообразие бактерий вызвало значительное расширение ассортимента сыров.

Вкус, аромат и качество разных сортов сыра определяют следующие факторы: разновидность молока (козье, коровье, овечье), температура приготовления сыра, наличие вторичной микрофлоры.

Если первичная микрофлора — молочнокислые бактерии осуществляют формирование сыра как продукта, то вторичная микрофлора (бактерии, грибы) придают аромат и свойства, определяющие специфический вкус сыра.

Из молока можно получить и другие продукты брожения. Из них можно выделить кислые продукты: йогурт — аналог грузинского мацони. Традиционно йогурт получают ферментацией в молоке болгарской палочки и термофильного стрептокока.

Сметану, кумыс, кефир, видя (распространенный напиток в Финляндии) и другие продукты получают из пастеризованного молока, обработанного молочнокислыми бактериями.

Производство пищевого белка

Микроорганизмы начали использовать в производстве белковых продуктовза долго до возникновения микробиологии. Достаточно упомянуть все возможные разновидности сыра, а также продукты, получаемые путем ферментации соевыхбобов. И в первом, и во втором случае питательной основой является белок.

При выработке этих продуктов при участии микробов происходит глубокоеизменение свойств белоксодержащего сырья. В результате получают пищевыепродукты, которые можно дольше хранить (сыр) или удобнее потреблять (соевыйтворог). Микробы играют роль в производстве некоторых мясных продуктов,предназначенных для хранения. Так, при изготовлении некоторых сортовколбасы используется кислотное брожение, обычно при участии комплексамолочнокислых бактерий. Образовавшаяся кислота способствует сохранностипродукта и вносит вклад в формирование его особого вкуса.

Этим, пожалуй, и ограничивается использование микроорганизмов впереработке белков. Возможности современной биотехнологии в этих производствах невелики, за исключением сыроделия. Другое дело – выращиваниеи сбор микробной массы, перерабатываемой в пищевые продукты: здесь биотехнология может проявить себя во всей полноте.

Белок одноклеточных организмов

По многим важным показателям биомасса микроорганизмов может обладать весьма высокой питательной ценностью. В немалой степени эта ценность определяется белками: у большинства видов они составляют значительную долю сухой массы клеток. На протяжении десятилетий активно обсуждаются и исследуются перспективы увеличения доли белка микроорганизмов в общем балансе производимого во всем мире белка.

Производство такого белка связано с крупномасштабным выращиванием определенных микроорганизмов, которые собирают и перерабатывают в пищевые продукты. Чтобы осуществить возможно более полное превращение субстрата вбиомассу микробов, требуется многосторонний подход. Выращивание микробов впищевых целях представляет интерес по двум причинам. Во-первых, они растутгораздо быстрее, чем растения и животные: время удвоения их численности измеряется часами. Это сокращает сроки, нужные для производства определенного количества пищи. Во-вторых, в зависимости от выращиваемых микроорганизмов в качестве субстратов могут использоваться разнообразные виды сырья. Что касается субстратов, то здесь можно идти по двум главным

направлениям: перерабатывать низкокачественные бросовые продукты или ориентироваться на легкодоступные углеводы и получать за их счет микробную биомассу, содержащую высококачественный белок.

Получение белковых веществ на углеводном сырье

Исторически одним из первых субстратов, используемых для получения кормовой биомассы, были гидролизаты растительных отходов, предгидрализаты и сульфитный щелок – отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Интерес к углеводному сырью как основному возобновляемому источнику углерода значительно возрос еще и с экологической точки зрения, так как оно может служить основой для создания безотходной технологии переработки растительных продуктов.

В связи с тем, что гидролизаты представляют собой сложный субстрат, состоящий из смеси гексоз и пентоз, среди промышленных штаммов- продуцентов получили распространение виды дрожжей C.utilis, C.scottii и C.tropicalis, способные наряду с гексозами усваивать пентозы, а также переносить наличие фурфурола в среде.

Состав питательной среды в случае культивирования на углеводородном сырье значительно отличается от применяемого при выращивании микроорганизмов на углеводородном субстрате. В гидролизатах и сульфитных щелоках имеются в небольшом количестве практически все необходимые для роста дрожжей микроэлементы. Недостающие количества азота, фосфора и калия вводятся в виде общего раствора солей аммофоса, хлорида калия и сульфата аммония.

Ферментация осуществляется в эрлифтных аппаратах конструкции Лефрансуа-Марийе объемом 320 и 600 м3. Процесс культивирования дрожжей осуществляется в непрерывном режиме при рН 4,2-4,6. Оптимальная температура от 30 до 40(С.

Одним из перспективных субстратов в производстве кормовой биомассы являются гидролизаты торфа, имеющие в своем составе большое количество легкоусвояемых моносахаров и органических кислот. Дополнительно в состав питательной среды вводятся лишь небольшие количества суперфосфата и хлорида калия. Источником азота служит аммиачная вода. По качеству кормовая биомасса, полученная на гидролизатах торфа, превосходит дрожжи, выращенные на отходах растительного сырья.

Грибной белок (микопротеин)

Микопротеин – это пищевой продукт, состоящий в основном из мицелия гриба. При его производстве используется штамм Fusarium graminearum, выделенный из почвы. Микопротеин производят сегодня на опытной установке методом непрерывного выращивания. В качестве субстрата используется глюкоза и другие питательные вещества, а источниками азота служат аммиак и аммонийные соли. После завершения стадии ферментации культуру подвергают термообработке для уменьшения содержания рибонуклеиновой кислоты, а затем отделяют мицелий методом вакуумного фильтрования.

Если сопоставить производство микопротеина с процессом синтеза белков животных, то выявится ряд его преимуществ. Помимо того, что здесь выше скорость роста, превращение субстрата в белок происходит несравненно эффективнее, чем при усвоении пищи домашними животными

Нелишне напомнить, что корма для животных должны содержать некоторое количество белка, до 15-20% в зависимости от вида животных и способа их содержания. Положительным фактором является и волокнистое строение выращенной культуры; текстура массы мицелия близка к таковой у естественных продуктов, поэтому у продукта может быть имитирована текстура мяса, а за счет добавок – его вкус и цвет. Плотность продукта зависит от длины гиф выращенного гриба, которая определяется скоростью роста.

Как вам статья?