Курс лекций для студентов специальности -48 02 01 «Биотехнология» Минск 2014 034)
ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКА ОДНОКЛЕТОЧНЫХ
жүктеу/скачать 1,87 Mb. Pdf көрінісі
|
| 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 жүктеу/скачать 1,87 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|