Роль микроорганизмов в переработке непищевого растительного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержaние

Введение

1. Получение кормовых белков

2. Микробиологическая переработка отходов

3. Обогащение кормовым белком

4. Технологические особенности микробиологической конверсии в кормовой белок

5. Выбор метода культивирования для стадии основной ферментации

6. Технико-химический контроль и обеспечение качества продукции

7. Принципы организации малоотходного производства

Зaключение

Библиографический список



Введение

Белки являются обязательными компонентами клеток любого живого организма. Они выполняют жизненно важные функции: структурные, каталитические, регуляторные, транспортные, биоэнергетические, защиту от инфекции и действия от стрессовых факторов, запасные и др. В вегетативной массе растений на долю белков приходится 5-15 % сухого вещества, в зерне 8-18, семенах масличных культур - 25-40 %. В различных тканях организма человека и животных содержание белков обычно от 20 до 80% на сухую массу, что составляет в среднем 40-50%.

Для образования клеток и тканей организма, а также поддержания его жизненной функции должен осуществляться постоянный синтез структурных и других форм белков. В состав белков входят 20 аминокислот и два амида (аспарагин и глутамин). Растения и большинство микроорганизмов способны синтезировать все входящие в их состав аминокислоты из простых веществ - углекислоты, воды и минеральных солей, тогда как в организме человека и животных некоторые аминокислоты не могут синтезироваться и должны поступать в готовом виде как компоненты пищи. Такие аминокислоты принято называть незаменимыми, к ним относится валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин. Отсутствие в пище хотя бы одной незаменимой аминокислоты приводит к тяжелым заболеваниям человека, а недостаток их в кормах снижает продуктивность сельскохозяйственных животных.

В связи с необходимостью обеспечения человека и животных незаменимыми аминокислотами разработаны научно обоснованные нормы их суточного потребления. Так, например, ежедневная потребность человека в незаменимых аминокислотах составляет (г): валин - 0,5, лейцин - 0,7, изолейцин - 0,4, лизин - 5,5, метионин - 3,5, треонин - 4,0, триптофан - 1,0, фенилаланин - 5,5.

Главным источником незаменимых аминокислот для человека являются белки животного или растительного происхождения, входящие в состав пищи, а для сельскохозяйственных животных - главным образом растительные белки. Поступающие с пищей или кормом белковые вещества под действием ферментов желудочного сока гидролизуются до аминокислот, которые затем используются для образования белковых молекул человеческого или животного организма.

Отходы сельского хозяйства (солома, кукурузная кочерыжка, рисовая шелуха, подсолнечная лузга и др.). Содержание лигнина в этих отходах низкое; доля целлюлозы или других полисахаридов достигает 90%. В связи с низкой насыпной плотностью эти отходы невыгодно транспортировать, поэтому для их переработки строят поблизости от сырьевых источников небольшие заводы.

Перерабатывая эти отходы с помощью ферментов, ферментных композиций имикроорганизмов, получают продукты с улучшенной кормовой ценностью. Зеленая масса растений - ценное сырье для получения кормов силосованием, а также растительного и микробного кормового белка.

В целях предотвращения перерасхода кормов необходимо контролировать сбалансированность белков корма по содержанию незаменимых аминокислот и общее количество белка в корме. Для оценки аминокислотного состава белков определяют показатели, характеризующие их биологическую питательную ценность. Кормовые и пищевые белки, имеющие оптимальное содержание незаменимых аминокислот, называют биологически полноценными белками.



1. Получение кормовых белков

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

Аминокислоты	Дрожжи	Бактерии	Грибы	Соевый шрот	Эталон ФАО
Лизин	6-8	6-7	3-7	6,4	4,2
Триптофан	-1,5	1-1,4	1,4-2	1,4	1,4
Метионин	1-3	2-3	2-3	1,3	2,9
Треонин	4-6	4-5	3-6	4,0	2,8
Валин	5-7	4-6	5-7	5,3	4,2
Лейцин	6-9	5-11	6-9	7,7	4,8
Изолейцин	4-6	5-7	3-6	5,3	4,2
Фенилаланин	3-5	3-4	3-6	5,0	2,8

Микроорганизмы в качестве источников кормового белка имеют ряд преимуществ по сравнению с растительными и даже животными организмами. Они отличаются высоким (до 60% сухой массы) и устойчивым содержанием белков, тогда как в растениях концентрация белковых веществ значительно изменяется в зависимости от условий выращивания, климата, погоды, типа почвы, агротехники и др. Наряду с белками в микробных клетках накапливаются и другие ценные в питательном отношении вещества: легкоусвояемые углеводы, липиды с повышенным содержанием ненасыщенных жирных кислот, витамины, макро- и микроэлементы.

При использовании микроорганизмов на ограниченной площади можно организовать промышленное производство и получать большое количество кормовых концентратов в любое время года, причем микробные клетки способны синтезировать белки из отходов сельского хозяйства и промышленности и, таким образом, позволяют одновременно решать другую важную проблему - утилизацию этих отходов в целях охраны окружающей среды.

Микроорганизмы имеют еще одно ценное преимущество - способность очень быстро наращивать белковую массу. Например, растения сои массой 500 кг в фазе созревания семян способны в сутки синтезировать 40 кг белков, бык такой же массы - лишь 5,0-1,5 кг, а дрожжевые клетки массой 500 кг - до 1,5 т белков. В качестве источников кормового белка используют различные виды дрожжей и бактерий, микроскопические грибы, одноклеточные водоросли, белковые коагуляты травянистых растений.

2. Микробиологическая переработка органических отходов

Из различных биологических методов переработки отходов наиболее широко используются микробиологические. Способность микроорганизмов и их ферментов потреблять органические вещества различного строения, разлагать или трансформировать природные биополимеры лежит в основе получения многих полезных продуктов микробиологического синтеза и переработки отходов. Методы экобиотехнологии применяют для переработки углевод-, белок- и жиросодержащих жидких отходов, растительной биомассы, твердых бытовых отходов, активного ила и др.

Возможные варианты переработки растительного сырья и целлюлозосодержащих отходов представлены на рис. 3.3.

Наиболее крупномасштабные промышленные микробиологические процессы переработки органических отходов:

· получение кормовых продуктов, обогащенных микробным белком, или в общем случае - белком одноклеточных организмов (БОО),

· силосование,

· компостирование,

· анаэробное сбраживание, биоконверсия в топливо (в этанол, получение биогаза - метаногенерация, прямая конверсия в тепло).

3. Обогащение кормовым белком

Обогащение кормовым белком - один из вариантов переработки биомассы растений и различных органических отходов, в основном углевод- и целлюлозосодержащих.

Растительная биомасса является основным источником кормов для сельскохозяйственных животных. Однако кормовая ценность большинства растений низкая из-за невысокого содержания белка и кормовой несбалансированности. Поэтому используют белковые добавки, которые позволяют балансировать рационы необходимыми кормовыми компонентами. В этих целях в животноводстве обычно используются рыбная и мясокостная мука, зернобобовые культуры, соя, люцерна, клевер, подсолнечник, рапс и др. Извлекая и концентрируя белок из этих растений, получают еще более высокопитательный корм. Мировые цены на кормовые препараты устанавливаются по количеству протеина: ~8 долл. США за 1% протеина в 1 т корма.

Во многих странах в качестве основной белковой добавки используют соевую муку, 80-90% мирового экспорта которой приходится на США. Почвенноклиматические условия России не являются благоприятными для культивирования сои, а потребность в кормовых добавках не обеспечивается за счет других источников.

Количество белка, которое может быть получено с 1 га сельхозугодий при культивировании и переработке различных сельскохозяйственных растений и их отходов (табл. 2)

Таблица 2

Наименование	Количество продукта (отхода), т/га	Содержание в сырье, кг/т	Сырой протеин, кг/га
Сырья
		сахара	сырого протеина
Зеленая масса кукурузы	38,8	27	13	504
Кукуруза (початки)	6,1	60	29	177
Горох (зерно)	2,0	55	220	440
Соя (бобы)	3,5	40	320	1120
Свекла (клубни) - сахарная
	30,2	120	16	483
- полусахарная	38,2	80	16	611
- кормовая	40,8	40	13	530
Топинамбур	10,9	63	22	240
Свекловичный жом	27,6	50	12	331
Свекловичный бой	3,0	2,8	16	48
Кукурузная мезга	4,8	65	25	120

В бывшем СССР для удовлетворения потребностей животноводства было налажено крупнотоннажное микробиологическое производство по выпуску белка одноклеточных организмов, который по полноценности не уступает белку животного происхождения и соевому. Считалось, что поскольку для получения растительного белка требуются большие площади посевов (табл. 3.11), а конверсия растительного сырья в микробный белок в несколько раз выше по сравнению с таковой в белок птицы, свиней или крупного рогатого скота (табл. 2), производство кормового микробного белка на относительно дешевых по тому времени органических субстратах (древесина, продукты нефтепереработки, спирты, природный газ) обеспечит потребность страны в кормовом белке при значительной экономии в площадях посевов и удешевлении кормов (табл. 3).

Сравнительные показатели конверсии растительного корма в белок коров, свиней, кур и дрожжей р. Candida

Таблица 3

	Исходный продукт	белок, г	Продукция общая, г
Корова	1 кг корма	14	68 говядины
Свинья	то же	41	200 свинины
Курица	то же	49	240 Мяса
Дрожжи	1 кг углеводов +	до 250	до 2000 (сырая клеточная масса)
р. Candida	неорганический азот

С переходом России к новым экономическим условиям и ростом цен на не возобновляемое сырье крупнотоннажное производство кормового белка одноклеточных организмов стало нерентабельным, что привело к остановке и ликвидации большинства отечественных производств. В ныне существующих условиях цена возобновляемого растительного сырья, различных углеводсодержащих отходов и вторичных сырьевых ресурсов остается невысокой, что при одновременном решении экологических задач создает основу для увеличения масштабов переработки биомассы растений и различных органических отходов в кормовые продукты, обогащенные БОО и другими ценными компонентами. Целесообразны небольшие установки, например, вблизи сельскохозяйственных производств или перерабатывающих предприятий, где биотехнологические процессы осуществляются по упрощенной технологической схеме на отходах сельского хозяйства и переработки, а продукция подлежит использованию на месте. Это снизит затраты на строительство, производство и транспортировку продукции, а также на обеспечение экологических требований.

В кормовые продукты, обогащенные БОО, могут быть переработаны различные отходы: деревообработки, сельского хозяйства (солома, зеленая масса растений, ботва и т. п.), животноводства (навоз и птичий помет), перерабатывающей промышленности (актуальна утилизация барды спиртового производства и молочной сыворотки), активный ил очистных сооружений, сортированные ТБО.

В качестве микроорганизмов используют дрожжи, бактерии, низшие мицелиальные грибы. Ферменты применяют для повышения доступности и усвояемости корма животными. В результате получают белково-витаминные концентраты, кормовые добавки, обогащенные белком, незаменимыми аминокислотами, витаминами, доступными углеводами и минеральными веществами.

Наиболее дешевый кормовой белок может быть получен из органического вещества сточных вод, в частности из активного ила. Однако получение его возможно только при незначительном содержании в активном иле тяжелых металлов, других токсичных веществ, отсутствии патогенных микроорганизмов. По этой же причине, а также из-за низкой пищевой ценности и повышенного содержания патогенной микрофлоры для получения белкового кормового продукта мало пригодны и бытовые отходы.

В настоящее время на российском рынке присутствует достаточно широкий спектр различных кормовых добавок, обогащенных белком одноклеточных организмов и предназначенных для использования в составе комбикормов для животноводства, птицеводства и рыбоводческих хозяйств.



4. Технологические особенности микробиологической конверсии в кормовой белок

Ключевой стадией промышленного биотехнологического производства является собственно биотехнологическая стадия. Исходя из принципиального решения этой стадии, а также характера целевого продукта, требований к его чистоте, содержанию примесей, строится и вся технологическая схема производства. Типовая схема, основные стадии и реализующие их технологические процессы представлены на рис. 2.

Рис. 2. Обобщенная функциональная схема биотехнологии получения кормового микробного продукта



Рис. 3. Схема биореактора для культивирования микроорганизмов глубинным способом с подачей основных технологических потоков и контролем параметров ферментации

Рис. 4

Ключевая стадия технологического процесса - ферментация в биореакторе (ферментере). На рис. 4 представлена схема типичного биореактора для культивирования микроорганизмов глубинным способом с подачей основных технологических потоков в аппарат и контролем параметров ферментации. Системы стерилизации, перемешивания, пенорегулирования, автоматизации и биореактор в целом должны соответствовать морфофизиологическим свойствам продуцентов, их чувствительности к посторонней микрофлоре, потребностям в кислороде, чувствительности питательной среды к тепловой стерилизации.

Процесс выделения продукта должен обеспечивать сохранность его качества и биологических свойств: предотвратить потери белка, незаменимых аминокислот, витаминов в связи с нагревом, механическим и химическим воздействием, наличием микрофлоры загрязнений.

Выбор биологических продуцентов

Микроорганизм, используемый как продуцент белка, должен отвечать ряду требований, среди которых наиболее важные следующие:

· Высокий коэффициент выхода продукта или продуктов из сырья (высокий коэффициент конверсии).

· Высокая удельная скорость роста.

· Высокий конечный уровень накопления целевого продукта в среде культивирования.

· Высокое сродство продуцента к углеродным энергетическим субстратам.

· Стабильность и неприхотливость.

· Способность доминировать в биоценозе ферментера при нестерильных условиях культивирования.

· Устойчивость штамма к собственным продуктам метаболизма. Это особенно важно для процессов с рециркуляцией культуральной жидкости.

· Устойчивости штамма к условиям культивирования, изменяющимся в широких пределах.

· Способность штамма обеспечивать необходимые качества готового продукта: высокое содержание белка, незаменимых аминокислот; наличие определенного количества витаминов в микробной клетке, небольшое количество нецелевых метаболитов в среде культивирования.

· Технологические требования: хорошая фильтруемость, сепарируемость, флотируемость, подходящая температура культивирования.

· Безвредность для животных.

· Непатогенность для человека. У некоторых людей возможна аллергия к определенным видам микроорганизмов, но этот признак не означает их патогенность.

· Если есть возможность выбора между бактериями, дрожжами или грибами, то учитывают всю совокупность факторов.

Бактерии быстрее растут, могут содержать больше белка (до 80%), но менее технологичны - хуже фильтруются, сепарируются по сравнению с дрожжами. Мицелиальные плесневые грибы, в отличие от дрожжей и бактерий, содержат значительно меньше нуклеиновых кислот, высокое содержание которых снижает качество кормового продукта1, а также способны утилизировать более широкий ряд углеводов, могут лучше расти на твердых субстратах (сено, солома и другое растительное сырье), что позволяет использовать для их выращивания дешевые отходы сельского хозяйства и пищевой промышленности. Волоконная структура мицелия дает возможность применять дешевые методы фильтрации. Однако грибы медленно растут - 3-7 сут, образуют мицелий, который склонен к лизису и сильно загрязняет среду продуктами лизиса и токсинами.

При промышленной переработке растительных, углевод- и целлюлозосодержащих отходов чаще всего используют дрожжи (жидкие субстраты) и плесневые грибы (твердые растительные субстраты).

5. Выбор метода культивирования для стадии основной ферментации

Если цель ферментации - получение кормового продукта, максимально обогащенного белком микроорганизмов, конверсию проводят в аэробных условиях. Выход биомассы организмов в этих условиях в несколько раз выше, чем в анаэробных.

Используются периодические и непрерывные ферментационные процессы. Непрерывные процессы более производительны, более стабильны во времени,для них меньше расходы на эксплуатацию оборудования, их легче регулировать и автоматизировать. В производстве биомассы для кормовых целей они используются в крупномасштабных технологиях переработки гидролизатов древесины, торфа, сульфитных щелоков, спиртов, углеводородов, органических кислот, когда ферментацию можно проводить в не асептических условиях. Если процесс основной ферментации ведут непрерывным способом, то его обычно организуют в виде одноступенчатого реактора или каскада реакторов. Каскад реакторов может представлять собой один аппарат, разделенный на секции. Многоступенчатый процесс целесообразен для переработки трудно окисляемых субстратов, смеси последовательно потребляемых субстратов (например, гексоз и пентоз) и в случае высокого остаточного содержания субстратов при одноступенчатой ферментации.

В периодическом процессе используется один или несколько параллельно и независимо работающих аппаратов. Если аппаратов несколько, то организуется их работа в циклическом режиме. Большая часть из них находится в режиме ферментации, а меньшая - в режиме мойки и стерилизации.

В крупномасштабных процессах непрерывного культивирования на гидролизатах древесины, торфа, щелоках, барде ферментация проводится в не асептических или нестрого асептических условиях, поскольку в проточных режимах при крупнотоннажном производстве сложно обеспечивать стерильность в течение длительного времени. В маломасштабных процессах с использованием легко инфицируемых посторонней микрофлорой субстратов - плодоовощных соков, молочной сыворотки и других - необходимо поддерживать условия стерильности: обеспечить герметизацию аппаратуры, ввод чистой культуры в аппарат, защиту от посторонней микрофлоры. В этом случае требования к квалификации обслуживающего персонала, оборудованию и уровню технологии выше, чем в не асептических процессах.

Технология получения микробиологического продукта сильно зависит от того, используется ли глубинное, глубинное гетерофазное или поверхностное культивирование.

Глубинное культивирование проводят внутри водной фазы. В среду вносят посевной материал, органический субстрат в растворенном состоянии, растворы солей (см. рис. 3.6). Глубинное культивирование используется в большинстве промышленных биотехнологических процессов. Методом глубинного культивирования перерабатываются сульфитный щелок, гидролизаты древесины, торфа, спиртовая барда, молочная сыворотка и другие субстраты, не содержащие твердой фазы.

В этих случаях в качестве продуцента белка чаще всего используются дрожжи.

В табл. 4 приведены сравнительные технико-экономические показатели получения некоторых кормовых продуктов методом глубинной ферментации и их кормовой эффективности.

Таблица 4. Технико-экономические показатели крупнотоннажных производств кормового микробного белка и его кормовой эффективности (табл.3.18)

Показатель	Кормовой продукт
	Паприн (дрожжина н-парафинах)	Гаприн (бактерии на природном газе)	Гиприн (дрожжи на гидролизатах древе-сины)	Сухие дрожжи на углеводсодержащих отходах	Сухие дрожжи на плодо-овощных отходах
1	2	3	4	5	6
Расход углерод- ного субстрата, т/т абсолютно сухой биомассы (асб)	1,1-1,2	2,0-2,4 при степени утилизации метана 60-70%	5,2-5,5 (древесина) 2,1-2,2 (по редуцирующим веществам)	2,0-2,5 (по редуцирующим веществам)	5-8 (по отходам)
Расход электроэнергии, в том числе на технологический процесс, кВт·ч/т асб	6600 5000	5000-7000	1700-2400 700-800 (нафермен- тацию)	2000-4000	1500- 2000
Расход воды, м3/т асб	200	нет данных	90-450	100-400	100-200
Расход то- плива, кг усл. топлива1/т асб	600-650	нет данных	700-800	600-800	600-800
Расход пара, Гкал/т асб, в том числе на технологический процесс	5,9 3,9	нет данных	11-18	6-11	10-15

Глубинное гетерофазное культивирование проводят в жидкой фазе с внесением и суспендированием в качестве субстратов дробленого зерна кукурузы, картофеля, различных плодоовощных отходов. Питание микроорганизмов при этом способе может осуществляться на поверхности, но сами микроорганизмы находятся в толще жидкости. В качестве микроорганизмов используют дрожжи р. Candida, плесневые грибы рр. Fusarium, Chrysosporium, Aspergillus, совместные культуры бактерий р. Cellulomonas, обладающих целлюлолитической активностью, и дрожжей рр. Saccharomyces, Candida, утилизирующих образующуюся целлобиозу. В результате ферментации получают продукт, содержащий остатки исходного сырья и микробную биомассу с суммарным содержанием протеина до 20%.

При таком методе трудно организовать непрерывный процесс, загружать, перемешивать и выгружать содержимое биореактора в присутствии твердой фазы, сложно обеспечить необходимые массообменные условия в биореакторе для снабжения микроорганизмов кислородом.

Поверхностное культивирование (твердофазная ферментация) проводится в массе слегка увлажненного растительного субстрата (влажность от 25 до 75%). В качестве субстрата могут использоваться различные отходы - солома, древесные опилки, виноградные выжимки, другие лигноцеллюлозные материалы, отруби, пивная дробина, измельченный картофель и т. п. Рост микроорганизмов происходит на границе фаз твердый субстрат - вода - воздух; в некоторых случаях - внутри частиц субстрата.

Различают три варианта твердофазной ферментации.

· Поверхностная твердофазная ферментация - «тонкий слой». Рост микроорганизмов происходит в слое субстрата 3-7 см в кюветах, противнях, на стеллажах в камере, где поддерживаются необходимая температура и влажность воздуха.

· Глубинная твердофазная ферментация в неперемешиваемом слое - «высокий слой». Рост происходит по всей массе аэрируемого субстрата.

· Твердофазная ферментация в перемешиваемой и аэрируемой массе субстрата во вращающихся барабанах, со шнековыми мешалками и другими перемешивающими устройствами. Для твердофазной ферментации используются мицелиальные грибы, макромицеты в мицелиальной форме, смешанные культуры грибов и дрожжей, чистые культуры дрожжей (Endomycopsis fibuligera, Saсcharomycopsis spp. на крахмалистых субстратах).

6. Технико-химический контроль и обеспечение качества продукции

Технико-химический контроль - это работа, связанная с выполнением физических, физико-химических, химических, микробиологических методов анализа по месту по всей технологической линии в цеховых и заводских условиях.

Содержание технико-химического контроля на производстве определяется нормативно-технической документацией и регламентом завода. Нормативнотехническая документация определяет показатели и состав любого вещества сырья, полупродуктов, продуктов. Различают:

· ГОСТы (государственные стандарты) на вещества;

· ОСТы (отраслевые стандарты); ТУ (технические условия) - временные документы, действующие до разработки и утверждения ОСТа и ГОСТа. Регламент завода утверждается уполномоченным ведомством и носит обязательный характер в ходе технологического процесса.

Необходимо проконтролировать:

На стадиях приготовления питательной среды и подготовки воздуха.

1)Состав, концентрация субстрата S. На предприятиях этот показатель не всегда контролируется.

2)Химический состав солей, наличие вредных примесей (если предполагается их наличие).

3)Примеси в воде (например, жесткость воды).

4)Качество воздуха - качество очистки от пыли и микроорганизмов, отсутствие загрязнений после компрессора.

В ферментере.

Химические показатели

5)Концентрация субстрата - достаточно ли его в ферментационной среде или следует прекращать процесс.

6)Концентрация фосфора, азота, питательных солей.

7)Концентрация продуктов метаболизма.

Микробиологические показатели

8)Концентрация микроорганизмов.

9)Состояние культуры - количество живых и мертвых клеток, количество почкующихся, спорулирующих клеток.

10) Концентрация сопутствующей микрофлоры и ее состав.

Контроль этих показателей важен для наблюдения за стерильностью процесса и получения качественного продукт

Физико-химические параметры

11)Температура, рН, давление, расход питательной среды и воздуха, рО2 и другие параметры ферментационной среды.

12)Поток отходящих газов из ферментера, их состав. Важны соотношение между О2 и СО2, концентрация летучих продуктов метаболизма, концентрация микроорганизмов (продуцентов и сопутствующих).

Стадии выделения.

13)Состав и концентрация культуральной жидкости, концентрация микроорганизмов.

14)Коэффициент сгущения - отношение концентрации биомассы или другого целевого продукта к их концентрации в исходной постферментационной жидкости.

Сушка.

15)Влажность целевого продукта после сушилки.

16)Содержание микроорганизмов и белка в газовоздушных выбросах.

Готовый продукт.

17)Все показатели, указанные в нормативно-технической документации:

-содержание основного вещества и примесей (особенно тяжелых металлов, металломагнитных примесей, зольность продукта и др.);

-содержание продуцента и загрязняющей микрофлоры, спор, токсинов;

-отсутствие живых клеток микроорганизмов, или наоборот - титр живых клеток.

Сточные воды.

БПК, ХПК, содержание аммонийного и нитратного азота, фосфора, наличие санитарно-показательной микрофлоры.

Для качества кормового продукта важно:

· минимальное содержание посторонней микрофлоры;

· максимальное содержание протеина и оптимальный состав незаменимых аминокислот;

· минимальное содержание вредных примесей.

Из технологических мер для уменьшения содержания посторонней микрофлоры эффективны следующие:

· поддержание асептических условий;

· использование как можно более простых сред; наличие витаминов, аминокислот, других органических примесей увеличивает содержание сопутствующей микрофлоры; в субстрате не должно быть много мертвых клеток микроорганизмов, которые могут служить источниками факторов роста;

· использование высоких скоростей разбавления (D, для проточной ферментации); культуральные штаммы выращивают при D 0,2-0,25 ч-1; удельная скорость роста дикой микрофлоры обычно ниже (0,1-0,15 ч-1), она не удерживается в ферментере при D > 0,2 ч-1;

· обеспечение кислородом процесса, т. е. использование ферментеров с высокими массообменными характеристиками; если концентрация О2 в среде падает, то для достижения необходимой степени конверсии субстрата в биомассу необходимо уменьшать скорость разбавления, что приводит к увеличению численности посторонней микрофлоры;

· при культивировании дрожжей ведение процесса в закисленной среде (pH 4,2-4,6); дрожжи при этом рН растут хорошо, а рост большинства бактерий угнетается.

Содержание протеина в биомассе дрожжей обычно составляет от 30 до 60%; в биомассе бактерий - до 80%. К падению содержания протеина приводят:

· увеличение температуры ферментации, особенно в летнее время, когда из-за повышения температуры охлаждающей воды теплоотвод из ферментера затруднен (использование термофильных штаммов не устраняет проблему, так как они содержат меньше белка);

· недостаточное обеспечение процесса биосинтеза кислородом;

· переход на азотдефицитную среду; важно соотношение С: N и N: P (оптимальное соотношение N: P2O5 = 2-1,5: 1).

Уменьшение содержания вредных примесей в продукте достигается: более тщательной предобработкой питательных субстратов;

· использованием минеральных солей с низким содержанием примесей (но их стоимость более высокая);

· промывкой биомассы на стадии выделения; снижением рецикла отработанной (бесклеточной) культуральной жид-

· кости, что, однако, увеличивает количество сточных вод.

7. Принципы организации малоотходного производства

Несмотря на то что отходы относят к дешевому сырью (вторичным материальным ресурсам), получение из них кормовых продуктов связано с существенными материальными и энергозатратами. Поэтому важное направление совершенствования биотехнологии кормовых продуктов - уменьшение затрат сырья и энергии на единицу продукции. Этого можно достичь более глубокой предобработкой субстратов, в частности, с использованием ферментов, выращиванием смешанных культур, утилизирующих различные компоненты предобработанного сырья.

Другое направление совершенствования - повышение кормовой ценности (поедаемости, переваримости, питательности) продуктов, например, путем обогащения их незаменимыми аминокислотами, витаминами и другими полезными добавками с помощью смешанных культур микроорганизмов, стабилизации скоропортящихся отходов молочнокислым брожением с последующим выращиванием на них кормовых дрожжей, используя дополнительную обработку ферментами.

Обработка ферментами используется и как самостоятельный метод повышения кормовой ценности растительного сырья. Для этой цели наиболее перспективны мультиэнзимные композиции (МЭК), которые создаются на базе нескольких ферментных препаратов, получаемых из разных продуцентов. Они позволяют в составе комбикормов, особенно несбалансированных по питательным компонентам, достичь более рационального соотношения ферментов, обеспечивающих требуемое расщепление природных полимеров. В настоящее время мультиэнзимные препараты введены в рецептуру премиксов для разных видов животных и птицы.

Повышение рентабельности производства может быть достигнуто комплексной переработкой сырья и биотехнологических полупродуктов с получением нескольких целевых продуктов. Например, на основе кормовых дрожжей или бактерий можно получать автолизаты или ферментолизаты, аминокислотные смеси, различные препараты нуклеотидной и белковой природы, выделять из биомассы липиды, нуклеиновые кислоты, мононуклеотиды и нуклеозиды, другие продукты, имеющие применение в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве.



Заключение

кормовой белок микробиологический ферментация

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



Библиографический список

1. Головлев Е.Л., Скрябин Г.К. Обогащение растительных кормов микробным белком. - В кн. Биотехнология под ред. акад. А.А. Баева. - М.: Наука, 1984. с.41-47.

2. Сельскохозяйственная биотехнология: Учеб./В.С. Шевелуха, Е.А. Калашникова, С.В. Дегтярев и др.: Под ред. В.С. Шевелухи. - М.: Высш. шк., 1998. - 416с.

3. Скрябин Г.К., Ерошин В.К. Биотехнологическое получение белка. - В кн. Биотехнология под ред. акад. А.А. Баева. - М.: Наука, 1984. с.35-41

Размещено на Allbest.ru

...