Производство дрожжей на питательной среде из топинамбура сорта "Интерес"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство дрожжей на питательной среде из топинамбура сорта «Интерес»

Валентина Батырбековна Цугкиева, Алан Макарович Хозиев, Борис Георгиевич Цугкиев3, Лариса Батырбековна Дзантиева, Элла Викторовна Рамонова

Аннотация

Одним из экономически выгодных путей решения снятия дефицита белка в пище и кормах является производство дрожжей, которые выращиваются на питательных средах различного происхождения и состава. Перспективными в этом плане являются многолетние нетрадиционные растения. Одним из таких растений многоцелевого использования является топинамбур (Helianthus tuberosus). Одним из технических культур, широко используемых в биотехнологии, сельском хозяйстве, медицине, пищевой промышленности и т.д. является топинамбур, в том числе и сорт «Интерес».

Питательную среду готовили путем термической обработки. Выращивание дрожжей проводили при температуре 37°С, рН среды 4,5. В качестве продуцента белка одноклеточных использовали штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae, основой субстрата - клубни топинамбура. В процессе выращивания изучена динамика изменения числа клеток и накопление их биомассы. Прирост биомассы дрожжей составил 21 г/л, а число КОЕ/мл - 450 млн./мл. Полученные результаты исследований свидетельствуют о сбалансированности субстрата по компонентам питания, а также целесообразности ее использования для культивирования разных видов дрожжей.

Ключевые слова: топинамбур, сорт «Интерес», культивирование, питательная среда, культуральная жидкость, биомасса, дрожжи, ферментер, микроорганизмы

Abstract

Production of yeast on the basis of Jerusalem artichoke varieties «Interes»' s nutrient medium

Valentina B. Tsugkieva, Alan M. Hoziev, Boris G. Tsugkiev, Larisa B. Dzantieva, Ella V. Ramonova

One of the economically profitable ways to eliminate protein deficiency in food and feed is the production of yeast which is grown on nutrient media of various origins and compositions. Perennial non- traditional plants are promising in this regard. One such multipurpose plant is Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus). One of the industrial crops widely used in biotechnology, agriculture, medicine, food industry, etc. is Jerusalem artichoke, including the variety «Interest». The nutrient medium was prepared by heat treatment. Yeast cultivation was carried out at a temperature of 37 degrees Celsius, medium pH 4.5. The yeast strain Saccharomyces cerevisiae was used as a producer of unicellular protein. The basis of the substrate was Jerusalem artichoke tubers. The dynamics of changes in the number of cells and the accumulation of their biomass were studied during cultivation. The increase in yeast biomass was 21 g/l and the number of CFU/ml was 450 million/ml. The obtained research results indicate the balance of the substrate in terms of nutritional components, as well as the expediency of its use for the cultivation of different types of yeast.

Keywords: Jerusalem artichoke, variety «Interes», cultivation, nutrient medium, culture liquid, biomass, yeast, fermenter, microorganisms

Введение

Производство дрожжей - биотехнологический процесс получения спиртовых, хлебопекарных, пивных и кормовых дрожжей. Растущий белковый дефицит в питании человека и животных можно устранить производством дрожжевой биомассы.

Целесообразно при составлении дрожжевых заквасок использовать разные виды и штаммы дрожжей, так как они дополняют друг друга и при этом повышается выход дрожжевой биомассы; например, дрожжи рода Candida: C. utilis, C. tropicalis, а также Trichosporon cutaneum и Cryptococcus diffluens. Также для производства дрожжевой биомассы можно использовать дешевое растительное сырье, например, топинамбур [1].

Обзор литературы

Для сбалансированности кормов в животноводстве применяют кормовые дрожжи, значительно превосходящие растительные корма по составу незаменимых аминокислот, витаминов и микроэлементов. Из каждой 1000 тонн дрожжей можно получить 450-500 тонн перева- римого белка, содержащего свыше 220 тонн незаменимых аминокислот (в тоннах): лизин - 90, метионин - 7,5, цистеин - 9, триптофан - 12,5, витаминов группы В и Д - 9 [2,3].

Высокопродуктивными штаммами дрожжей при выращивании на гидролизатах и гидролизо-спиртовой барде отмечены C. scottii (штаммы Кр-9, Кр-9в, Астр-1, Тул-1, Кс-2), С. tropicalis (штаммы Л-2, Сясь-1, Кэ-14, Ахм-1, Кн-1, Гб-1, Сд-5, К-41), C. utilis (штаммы Св-1, Тал-1) и некоторые другие [4].

Микроорганизмы имеют еще одно ценное преимущество - способность быстро наращивать белковую массу. По мнению А.А. Андреева, Л.Н. Брызгалова, дрожжи представляют собой высококачественную белковую кормовую массу. В 1 кг сухого вещества биомассы содержится витаминов, мг:

- тиамин В₁ 15-18;

- пиридоксин В₆ 19-30;

- рибофлавин В₂ 54-68;

- биотин В₇ 1,6-3,0;

- пантотеновая кислота В₃ 130-160;

- инозит В₈ 500;

- холин В₄ 2600,0;

- фолиевая кислота В₉ 3,4;

- никотиновая кислота РР 500-600;

- кобаламин В₁₂ 0,08.

Зола кормовых дрожжей содержит ценные для животных макро- и микроэлементы, достаточно переваримого (истинного) протеина - 380-480 г [5].

Парамонова И.Е. и др. утверждают, что сахарное сорго представляет собой альтернативу для микробиологического производства как дешевый, высокоэнергетический, богатый углеродом субстрат. Авторами Родригес В.И. и др. изучены закономерности глубинного культивирования дрожжей на негидролизованном растительном сырье и установлено, что дрожжи Pichia anomala 9a имеют стабильность роста на негидролизованных сырьевых материалах [6, 7].

Баннициной Т.Е. и др. проведен обзор использования дрожжевых культур в биотехнологических процессах: пищевой промышленности, фармацевтике, кондитерском и хлебопекарном производстве, животноводстве. Ю.Р. Малашенко, И.Г. Соколов, В.А. Романовская (1987) отмечают возможность применения метанола в качестве субстрата для производства белка одноклеточных, а также полисахаридов, аминокислот и витаминов.

В условиях Северного Кавказа, как главной житницы кукурузы России, для получения дрожжевых кормов целесообразно использовать отходы кукурузокрахмального производства [8-10].

Джанаев К.И. обосновал целесообразность переработки топинамбура с целью получения микробного белка. Известно, что биологически ценным источником для приготовления субстратов для дрожжей является зеленая масса многолетних, высокоурожайных культур [11-13].

Проведено исследование эффективности использования высушенной и натуральной зеленой массы Сильфии пронзеннолистной в качестве компонента питательной среды для культивирования дрожжей [14].

Определена эффективность биомассы дрожжей Pichia kudriavzevii и Metschnikovia pulcherrima в кормлении цыплят-бройлеров кросса «КОББ 500». Исследователями установлено, что корнеклубни якона могут применяться в качестве компонента субстрата для выращивания дрожжей [15-20].

Таким образом, исходя из вышеизложенного целесообразно изучение производства дрожжей на растительной среде.

Цель исследований - изучение возможности культивирования дрожжей на питательной среде из корнеклубней топинамбура сорта «Интерес». В связи с этим в задачи исследований входило:

- определение химического состава клубней топинамбура;

- приготовление субстрата на основе клубней топинамбура;

- изучение динамики накопления клеток дрожжей в питательной среде из корнеклубней топинамбура.

Материалы и методы исследований

Материалом для исследований явились клубни топинамбура сорта «Интерес», выращенные в коллекционном питомнике Горского ГАУ, и готовые кормовые дрожжи.

Исследования проводились по общепринятым методикам на базе НИИ биотехнологии Горского ГАУ. Проведены работы по определению химического состава клубней топинамбура, содержанию редуцирующих сахаров в топинамбуре, дана физико-химическая и органолептическая оценка качества кормовых дрожжей. Количественный учет микроорганизмов проводили под микроскопом, био- массу-взвешиванием.

Результаты и их обсуждение. Для исследований использовали культуру Saccharomyces cerevisiae, субстрат - из корнеклубней топинамбура сорта «Интерес».

Так, корнеклубни топинамбура сорта «Интерес» измельчали на мясорубке и помещали в стеклянные баллоны. Содержимое баллонов стерилизовали автоклавированием в течение 60 мин при 1 атм.

Питательную среду готовили путем термической обработки. С этой целью содержимое баллонов разбавляли водой в соотношении 1:1 и нагревали с выдерживанием температурных пауз : 1. При 37°С; 2. При 43°С; 3. При 53°С; 4. При 63°С; 5. При 70°С. Питательную среду фильтровали, сливали в баллоны и подвергали стерилизации. Выращивание дрожжей проводили в ферментере, который заполняли питательной средой на 2/3 объема. В качестве источника азота использовали карбамид из расчета 0,2%.

Параметры культивирования: температура 37°С и перемешивание; рН 4,5-5,0. Аэрировали из расчета 4-5 л. на 1 л. среды в час.

Готовую дрожжевую суспензию сливали в стерильные баллоны. Отделение дрожжей от субстрата осуществляли методом центрифугирования. Был определен химический состав клубней топинамбура в воздушно-сухом состоянии (табл. 1).

Таблица 1. Содержание питательных веществ в клубнях топинамбура сорта «Интерес»

Источник: составлено авторами на основе собственных исследований.

Анализ данных показал, что клубни топинамбура имеют богатый состав и являются подходящим сырьем для приготовления питательных сред.

Из данных табл. 2 видно, что смешивание измельченных клубней топинамбура с водой в соотношении 1:1 приводит к уменьшению содержания сахаров примерно наполовину

Динамика изменения редуцирующих сахаров при культивировании дрожжей представлена на рис. 1.

Таблица 2. Содержание редуцирующих сахаров в клубнях топинамбура сорта «Интерес» и в готовой питательной среде

Источник: составлено авторами на основе собственных исследований.

Из рис. 1 видно, что активное усвоение сахаров дрожжами происходит с первого часа после начала культивирования и приостанавливается к 9 часу Неполное усвоение сахаров связано с накоплением в среде продуктов метаболизма, что существенно сказывается на их активности.

В процессе культивирования изучена динамика изменения дрожжевых клеток и накопление их биомассы (табл. 3).

Данные табл. 3 свидетельствуют о положительной динамике в трех генерациях. С 3 по 8 час культивирования отмечается фаза наибольшей активности (логарифмическая), после 8-го часа наступает некоторое замедление в росте (стационарная фаза).

Накопление биомассы дрожжей в культуральной жидкости представлено в табл. 4.

Как видно из данных табл. 4, накопление биомассы составило в среднем 21 г/л. Полученный готовый продукт представляет собой суспензию светло-коричневого цвета, с характерным дрожжевым запахом. Полученные данные сопоставимы с литературными данными [1].

На основании полученных результатов установлена эффективность использования субстрата из корнеклубней топинамбура для культивирования дрожжей.

Рис. 1. Динамика изменения редуцирующих сахаров при культивировании дрожжей

Источник: составлено авторами на основе собственных исследований.

Таблица 3. Концентрация дрожжевых клеток в процессе культивирования

Источник: составлено авторами на основе собственных исследований.

Таблица 4. Результаты накопления биомассы дрожжей

Источник: составлено авторами на основе собственных исследований.

Заключение

В результате проведенных исследований установлено, что клубни топинамбура сорта «Интерес» являются перспективным и эффективным сырьем для производства микробного белка дрожжами.

дрожжи топинамбур биомасса

Список источников

1. Нейман Б.Я. Индустрия микробов: [Перевод]. М/: Знание, 1983. 208с.

2. Винниченко А.Н., Дворецкий А.И. Биопрепараты в животноводстве и растениеводстве. Днепропетровск: Проминь, 1989. С. 124-125.

3. Bergkvist R., Yare N. // Moder. Kemi. 1969. Vol. 11. P. 44.

4. Босенко А.М., Петроченко Л. В. Культивирование дрожжей Candida scotii на древесных гидролизатах разбавленной отработанной культуральной жидкостью // Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1977. №1. С. 5-6.

5. Андреев А.А., Брызгалова Л.И. Производство кормовых дрожжей. Москва: Лесная промышленность, 1986. С. 3-6, 73-74, 79-80.

6. Культивирование дрожжей-продуцентов кормового белка на соке сахарного сорго / И.Е. Парамонова [и др.] // Биотехнология, теория и практика. 2013. N° 1. С. 52-56.

7. Родригес В.И., Лаптева Е.А., Борисенко Е.Г. Некоторые закономерности глубинного культивирования дрожжей на негидролизованном растительном сырье // Пищевая промышленность. 2019. №5. С.49-51.

8. Дрожжи в современной биотехнологии / Т.Е. Банницына [и др.] // Вестник Международной академии холода. 2016. № 1. С.24-29.

9. Малашенко Ю.Р., Соколов И.Г., Романовская В.А. Микробный метаболизм неростовых субстратов. Киев: Наукова думка, 1987. 189 с.

10. Тменов И.Д., Цугкиев Б.Г. Использование продуктов микробиологического синтеза в животноводстве. Владикавказ: Эра,1996. 122 с.

11. Медведев В.В. Топинамбур пищевого назначения // Топинамбур и топинсолнечник - проблемы возделывания и использования: тезисы докладов III Всесоюзной научно-производственной конференции, 7-11 октября. Одесса: Маяк. 1991. 133, [2] с.

12. Джанаев К.И. Биоконверсия зеленой массы и клубней топинамбура сорта Скороспелка разными видами дрожжей с целью получения кормового белка: автореф. дис. ... канд. биолог, наук: 03.02.14: Владикавказ, 2012. 28с.

13. Tsugkieva V.B., Tsugkiev B.G., Dzantieva L.B., Kokoeva A.T., Tokhtieva L.Kh., Shabanova I.A., Tokhtieva E.A. Effect of feeding Yeast obtained from Sakhalin Buckwheat on the growth of broiler chickens // Jornal of Livestock Science. 2021. Vol. 12. № 2. P 71-75.

14. Технология выращивания дрожжей на питательных средах из зеленой массы Сильфии пронзеннолистной / Б.Г. Цугкиев [и др.] // Биотехнология. 2021. Т. 37. № 4. С. 60-64.

15. Реализация биоресурсного потенциала цыплят бройлеров кросса «КОББ 500» с использованием биомассы дрожжей селекции Горского ГАУ/ А.М. Хозиев [и др.] // Известия Горского государственного аграрного университета. 2020. Т. 57. № 2. С.139-145.

16. Цугкиева В.Б., Дзантиева Л.Б., Цугкиева И.Б. Качество кормовых дрожжей в зависимости от технологии производства и вида исходного сырья // Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих инновационных технологий: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию победы в Великой Отечественной войне. 26-28 января, Волгоград, 2010. Т.2. С.164-166.

17. Использование якона в качестве компонента питательной среды для культивирования дрожжей / В.Б. Цугкиева [и др.] // Пищевая промышленность. 2021. № 9. С.58-60.

18. Цугкиев Б.Г., Каркусова Н.Н., Хозиев А.М. Получение микробного белка на основе питательной среды из зеленой массы Горца сахалинского // Известия Горского государственного аграрного университета. 2014. Т. 51. № 1. С. 255-259.

19. Пат. 2370531, Российская Федерация, МПК C12N 1/16. Штамм дрожжей Metschnikowia pulcherrima - продуцент кормового белка [Текст] / Цугкиев Б.Г., Кабулова М.Ю., Цугкиева И.Б., Гекиев З.А.; заявитель и патентообладатель Горский государственный аграрный университет №2008124697/13; заявл. 16.06.2008; опубл.20.10.2009. Бюл. № 29.

20. Пат. 2449012, Российская Федерация, МПК C12N 1/20, C12R 1/225, A23C 9/12. Штамм Sacсharomyces unisporus ВКПМ Y-3416, используемый для приготовления кисломолочных продуктов [Текст] / Цугкиев Б.Г., Козырева И.И., Рамонова Э.В., Хаев Д.Л.; заявитель и патентообладатель Горский государственный аграрный университет №2010119744/10; заявл. 17.05.2010; опубл.27.04.2012. Бюл. № 12.

References

1. Neiman B.Ya. The microbial industry: [Translation]. Moscow: Knowledge; 1983. (In Russ.).

2. Vinnichenko A.N., Dvoretsky A.I. Biological products in livestock and crop production. Dnepropetrovsk: Promin; 1989. (In Russ.).

3. Bergkvist R., Yare N.Moder Kemi. 1969;(11): 44.

4. Bosenko A.M., Petrochenko L.V. Cultivation of yeast Candida scotii on wood hydrolysates with diluted spent culture liquid. Hydrolysis and wood chemical industry. 1977;(1): 5-6. (In Russ.).

5. Andreev A.A., Bryzgalova L.I. Feed yeast production. Moscow: Forest industry; 1986. p:3-6, 73-4, 79-80. (In Russ.).

6. Paramonova I.E., Kravchenko N.A., Balpanov B.S., Ten O.A., Paramonova I.E. Cultivation of yeast-producers of fodder protein on sugar sorghum juice. Biotechnology, theory and practice. 2013;(1): 52-56. (In Russ.).

7. Rodriguez V.I., Lapteva E.A., Borisenko E.G. Some patterns of deep cultivation of yeast on non-hydrolyzed vegetable raw materials. Food industry. 2019;(5): 49-51. (In Russ.).

8. Bannitsyna T.E., Kanarsky A.V., Shcherbakov A.V., Chebotar V.K., Kiprushkina E.I. Yeast in modern biotechnology. Journal of International Academy of Refrigeration. 2016;(1): 24-29. (In Russ.).

9. Malashenko Yu.R., Sokolov I.G., Romanovskaya V.A. Microbial metabolism of non-growth substrates. Kyiv: Naukova Dumka; 1987. (In Russ.).

10. Tmenov I.D., Tsugkiev B.G. The use of products of microbiological synthesis in animal husbandry. Vladikavkaz: Era; 1996. (In Russ.).

11. Medvedev V.V. Jerusalem artichoke for food purposes. In: Jerusalem artichoke and Jerusalem artichoke - problems of cultivation and use: abstracts of the III All-Union Scientific and Production Conference, 7-11 October 1991. Odessa: Lighthouse; 1991. p. 133. (In Russ.).

12. Dzhanaev K.I. Bioconversion of green mass and tubers of Jerusalem artichoke variety Skorospelka with different types of yeast in order to obtain feed protein [dissertation abstract]. Vladikavkaz; 2012. (In Russ.).

13. Tsugkieva V.B., Tsugkiev B.G., Dzantieva L.B., Kokoeva A.T., Tokhtieva L.Kh., Shabanova I.A., et al. Effect of feeding Yeast obtained from Sakhalin Buckwheat on the growth of broiler chickens. Jornal of Livestock Science. 2021;12(2): 71-75. Available from: DOI: 10.33259/JlivestSci.2021.

14. Tsugkiev B.G., Tsugkiev V.B., Khoziev A.M., Dzantieva L.B., Soldatova I.E. The technology of growing yeast on nutrient media from the green mass of Sylphia perforate. Biotechnology. 2021;37(4): 60-64. (In Russ.).

15. Hoziev A.M., Tsugkiev B.G., Kozyrev S.G., Tsugkieva V.B., Siukaev S.A. Implementation of the bioresource potential of broiler chickens of the «KOBB500» cross-country using the yeast biomass of the selection of the Gorsky State Agrarian University. Proceedings of the Gorsky State Agrarian University. 2020;57(2): 139-145. (In Russ.).

16. Tsugkieva V.B., Dzantieva L.B., Tsugkieva I.B. The quality offodder yeast depending on the production technology and type of feedstock. In: New directions in solving the problems of the agro-industrial complex based on modern resource-saving, innovative technologies: materials of the International scientific and practical conference dedicated to the 65th anniversary of victory in the Great Patriotic War, 26-28 January, Volgograd. 2010. V.2. p.164-166. (In Russ.).

17. Tsugkieva V.B., Hoziev A.M., Tsugkiev B.G., Dzantieva L.B., Khairbekov S.U. The use of yacon as a component of the nutrient medium for the cultivation ofyeast. Food industry. 2021;(9): 58-60. (In Russ.).

18. Tsugkiev B.G., Karkusova N.N., Hoziev A.M. Obtaining microbial protein based on a nutrient medium from the green mass of Gorets Sakhalin. Proceedings of the Gorsky State Agrarian University. 2014;51(1): 255-259. (In Russ.).

19. Tsugkiev B.G., Kabulova M.Yu., Tsugkieva I.B., Gekiev Z.A., inventors; Gorsky State Agrarian University, assignee. Yeast strain Metschnikowia pulcherrima - producer of feed protein. RU patent 2370531. 2009 October 20. (In Russ.).

20. Tsugkiev B.G., Kozyreva I.I., Ramonova E.V., Khaev D.L., inventors; Gorsky State Agrarian University assignee. The strain Saccharomyces unisporus VKPM Y-3416, used for the preparation of fermented milk products. RU patent 2449012. 2012 April 27. (In Russ.).

Размещено на Allbest.ru