63
менты (Fe, Mg, Mn, Zn и др.). В промышленных условиях применяют
разнообразные субстраты: углеводы различного происхождения (в со-
ставе гидролизатов растительного сырья, сульфитных щелоков, свек-
лосахарной мелассы), углеводороды (фракция н-парафинов С
11
–С
18
),
спирты (этанол, метанол), метан (в составе природного газа), а также
жидкие отходы пищевой промышленности (молочную сыворотку, пос-
леспиртовую барду, картофельный сок и др.).
Технология производства белка одноклеточных мало зависит от
вида используемого субстрата. Существенные различия имеют место
только на стадии культивирования продуцентов белка, аппаратурное
оформление которой и технологический режим процесса определяют-
ся видом применяемого источника углерода.
Типовая технологическая схема производства сухой микробной
массы включает следующие операции: приготовление питательной
среды, получение посевного материала, производственную фермента-
цию, сгущение микробной суспензии в центробежных машинах, тер-
мообработку суспензии для получения легкоусваиваемого плазмоли-
зата, концентрирование биомассы упариванием под разряжением,
сушку концентрата с
получением порошкообразного или гранулиро-
ванного продукта, фасовку и упаковку товарного продукта.
В качестве продуцентов кормового белка широко используют
дрожжи (точнее дрожжеподобные грибы), реже применяют бактерии и
очень редко – мицелиальные грибы. Предпочтение отдают дрожжевым
культурам, как наиболее изученным и не требующим, в
отличие от
бактерий, асептических условий культивирования. Массовое развитие
посторонних микроорганизмов (бактерий) при нестерильном выращи-
вании дрожжей ограничивается пониженным значением величины рН
ферментационной среды (4,2–4,5), которое не оказывает негативного
влияния на скорость накопления биомассы продуцентом белка. В то
же время кислая среда не препятствует размножению «диких»
дрожжей. Состояние популяции считают удовлетворительным, если
доля основной культуры дрожжей составляет не менее 80%.
Бактериальные культуры отличаются высоким выходом белка от
ассимилированного субстрата, но необходимость асептических усло-
вий культивирования резко повышает энергетические и капитальные
затраты, а малые размеры бактериальных клеток осложняют реализа-
цию технологической операции по сгущению микробной суспензии.
Использование мицелиальных грибов в крупнотоннажном произ-
водстве белка ограничивается их низкой удельной скоростью роста
(0,12–0,15 ч
–1
).
64
Важнейшими характеристиками культур – продуцентов белка –
являются выход биомассы от ассимилированного субстрата (экономи-
ческий коэффициент), удельная скорость роста популяции, содержа-
ние белка в биомассе и продуктивность культуры по абсолютно сухой
биомассе (АСБ), г АСБ/(дм
3
· ч).
Для промышленных продуцентов белка выход биомассы на раз-
личных субстратах колеблется в пределах 33–100% и определяется
главным образом физиологическими особенностями штамма, долей
углерода в
молекуле субстрата и доброкачественностью питательной
среды. Чем больше доля углерода в молекуле субстрата, тем выше
ожидаемый выход биомассы.
В
производственных условиях накопление биомассы проду-
центов белка осуществляют непрерывным культивированием в ре-
жиме хемостата, когда скорость роста и плотность популяции
ограничена концентрацией лимитирующего субстрата, поступле-
ние которого в ферментатор регулируется изменением скорости
протока среды.
Продуценты белка нуждаются в растворенном в ферментацион-
ной среде кислороде, потребность в
котором высокая и сильно зави-
сит от природы субстрата. Чем больше восстановлена молекула суб-
страта, тем выше потребность в кислороде на ее окисление. Например,
потребность в кислороде на синтез 1 кг абсолютно сухой биомассы
при культивировании продуцентов белка на глюкозе составляет
в среднем 0,9 кг, на н-парафинах – 2,2 кг, на метане – 5 кг.
Скорость растворения кислорода в
жидкой фазе определяется
конструкцией системы воздухораспределения ферментатора. Для
каждого конкретного типа ферментатора существует предельное зна-
чение скорости растворения кислорода, которому соответствует кри-
тическая концентрация биомассы продуцента. Концентрация биомас-
сы в ферментаторе не может быть выше критической из-за недостатка
кислорода. Исходя из величины критической концентрации, опреде-
ляют паспортную производительность ферментатора по биомассе. Ра-
бочая концентрация микробной массы в
ферментаторе должна быть
близка к критической. Из уравнений материального баланса фермен-
тации можно рассчитать предельную концентрацию субстрата
С
н
, %,
в приточной среде
кр
н
к
,
40 0,01
Достарыңызбен бөлісу: