Курс лекций для студентов специальности -48 02 01 «Биотехнология» Минск 2014 034)


 ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКА ОДНОКЛЕТОЧНЫХ



Pdf көрінісі
бет22/63
Дата17.06.2022
өлшемі1,87 Mb.
#36984
түріКурс лекций
1   ...   18   19   20   21   22   23   24   25   ...   63
Байланысты:
Tehnologiya-mikrobnogo-sinteza-El--konspekt-lekcij (2)

7. ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКА ОДНОКЛЕТОЧНЫХ 
Мировой дефицит белка оценивается в 15–30 млн т в год. Белко-
вый дефицит может быть устранен интенсификацией сельскохозяй-
ственного производства, использованием ресурсов Мирового океана, 
органическим или микробиологическим синтезом белков. 
Микробиологический синтез белка имеет ряд преимуществ: высо-
кую скорость роста микробных клеток по сравнению с растительными 
и животными, «мягкие» условия процесса биосинтеза (температура 
30–45°С, рН 4–6, атмосферное давление), возможность применения 
дешевого сырья в виде отходов производств, независимость накопле-
ния биомассы от климатических условий. 
В развитых западных странах в кормопроизводстве широко ис-
пользуется белок сои. Мировой уровень производства соевых бобов 
составляет более 120 млн т в год. Большая часть территории бывшего 
СССР малопригодна для эффективного возделывания этой культуры, 
что и предопределило быстрое развитие крупнотоннажной отрасли по 
получению микробного белка. Крупнейшие в мире заводы, произво-
дящие сухую микробную биомассу, были построены в Республике Бе-
ларусь. Повышение цен на энергоносители до уровня мировых приве-
ло к резкому снижению рентабельности и сокращению производства 
микробного белка. 
Потребность в кормовом белке для животноводства и птицевод-
ства по Республике Беларусь на 2010 г. оценивается в 120 тыс. т при 
фактическом уровне производства около 6 тыс. т в год. 
Из-за высоких энергетических затрат на производство сухой био-
массы микробный белок не может конкурировать с более дешевым 
белком сои. Однако все развитые страны располагают отработанными 
на промышленных установках технологическими процессами произ-
водства микробного белка с использованием различных видов сырья. 
Качество белоксодержащего продукта оценивается прежде всего 
по содержанию истинного белка и по его аминокислотному составу. 
Микробная биомасса содержит 42–50% истинного белка от сухой 
массы и превосходит по этому показателю соевую муку (35–37%), не 
уступая по содержанию незаменимых аминокислот. Повышает кор-
мовую ценность микробной биомассы высокое содержание витами-
нов группы В. 
Питательная среда для культивирования продуцентов белка одно-
клеточных должна содержать источник углерода (субстрат), азот, 
фосфор, калий в доступной для микробных клеток форме и микроэле-


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:
1   ...   18   19   20   21   22   23   24   25   ...   63




©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет