Виробництво кормового бiлка

Вступ

Бiлки i обов'язковими компонентами клiтин будь-якого живого органiзму, що виконують життiво важливi функцii: каталiтичний, регуляторний, транспортний, бiоенергетичнi, захист вiд iнфекцii й дii стресових факторiв, структурнi, запаснi й iншi. У вегетативнiй масi рослин на частку бiлкiв доводиться 5 тАУ 15 % сухоi речовини, у зернi - 8 тАУ 18 %. У рiзних тканинах органiзму людини й тварин змiст бiлкiв звичайно вiд 20 до 80 % iхньоi сухоi маси, що становить у середньому 40 тАУ 50 %.

Для утворення клiтин i тканин органiзму, а також пiдтримка його життiвих функцiй повинен здiйснюватися постiйний синтез структурних й iнших форм бiлкiв. До складу бiлкiв входять 20 амiнокислот i два амiди (аспарагiн i глютамiн).

Головними джерелами незамiнних амiнокислот для людини i бiлки тваринного або рослинного походження, що входять до складу iжi, а для с/г тварин - головним чином рослиннi бiлки. Вступники з iжею або кормом бiлковi речовини пiд дiiю ферментiв шлункового соку гiдролiзуються до амiнокислот, якi потiм використаються для утворення бiлкових молекул людського органiзму.

Всi незамiннi амiнокислоти повиннi втримуватися в бiлках iжi в певних спiввiдношеннях. Якщо хоча б одна амiнокислота втримуiться в недолiку, то iншi амiнокислоти, опинившись в надлишку, не використаються для синтезу бiлкiв. У таких умовах буде потрiбно додаткова кiлькiсть харчового або кормового бiлка.

З метою запобiгання перевитрати кормiв необхiдно контролювати збалансованiсть бiлкiв корму по змiсту незамiнних амiнокислот i загальна кiлькiсть бiлка в кормi. Кормовi й харчовi бiлки, що мають оптимальний змiст незамiнних амiнокислот, називають бiологiчно повноцiнними бiлками.

Бiологiчна цiннiсть бiльшостi тваринних бiлкiв становить 90 тАУ 95 %, бiлкiв вегетативноi маси бобових трав - 80 тАУ 90 %, бiлкiв овочiв, трав'янистих рослин, насiння олiйних культур - 75 тАУ 85 %, злакових культур - 60 тАУ 70 %, кукурудза - 52 тАУ 58 %.

Найбiльш збалансований змiст незамiнних амiнокислот мають бiлки насiння соi. У них бракуi до еталона тiльки метiонiну й триптофану. Вiдносно високу бiологiчну цiннiсть мають також бiлки зерна рису й гороху. У бiлках зерна пшеницi i ячменя дуже мало втримуiться лiзина, метiонiну й iзолейцину, а в бiлках зерна кукурудзи ще й триптофану. Внаслiдок того, що бiлки соi добре збалансованi по амiнокислотному складi i iхнiй змiст у насiннi досягаi 35 - 40%, ця культура маi важливе значення як найдешевше джерело харчового й кормового бiлка.

Зерновi культури становлять велику питому вагу в структурi кормо виробництва нашоi краiни. У середньому на частку зернових доводиться близько 50 % вiд загальноi кiлькостi кормового бiлка. З метою балансування кормiв, що включають як основний компонент зерно злакових культур, по бiлку й незамiнних амiнокислотах звичайно застосовують концентрованi бiлковi добавки, називанi комбiкормами.

Високою iнтенсивнiстю синтезу бiлкiв вiдрiзняються багато мiкроорганiзмiв, причому бiлки мiкробних клiтин мають пiдвищений змiст незамiнних амiнокислот. Мiкроорганiзми як джерела кормового бiлка мають ряд переваг у порiвняннi з рослинними й навiть тваринними органiзмами. Вони вiдрiзняються високим (до 60 % сухоi маси) i стiйким змiстом бiлкiв.

При використаннi мiкроорганiзмiв на обмеженiй площi можна органiзувати промислове виробництво й одержувати бiльшу кiлькiсть кормових концентратiв у будь-який час року, причому мiкробнi клiтини здатнi синтезувати бiлки з вiдходiв сiльського господарства й промисловостi й, таким чином, дозволяють одночасно вирiшувати iншу важливу проблему - утилiзацiю цих вiдходiв з метою охорони навколишнього середовища.

Мiкроорганiзми мають ще одну коштовну перевагу - здатнiсть дуже швидко нарощувати бiлкову масу. Як джерела кормового бiлка найбiльше часто використають рiзнi види дрiжджiв i бактерiй, мiкроскопiчнi гриби, одноклiтиннi водоростi, бiлковi коагуляти трав'янистих рослин. Головною характеристикою бiологiчноi (живильноi) цiнностi бiлка i збалансованiсть його амiнокислотного складу. Для характеристики збалансованостi амiнокислотного складу бiлкiв Всесвiтня органiзацiя охорони здоров'я рекомендуi прийняти в якостi еталонного амiнокислотний склад бiлкiв курячих яiць або жiночого молока.

Для оцiнки бiлкiв використаiться показник вiдносини незамiнноi амiнокислоти до загальноi кiлькостi незамiнних амiнокислот у бiлку. Вiдношення виражаiться у вiдсотках вiд вiдповiдного вiдношення для даноi амiнокислоти в еталонному бiлку i i показником швидка амiнокислоти. Найменша величина з отриманих показникiв швидка характеризуi живильну цiннiсть бiлкiв продукту. Амiнокислота, що маi найменший показник швидка, називаiться першою амiнокислотою, що лiмiтуi, даного продукту. Амiнокислота, швидкий якоi найбiльш близький до скору першоi амiнокислоти, що лiмiтуi, називаiться другою амiнокислотою, що лiмiтуi. Живильна цiннiсть багатьох бiлкiв тваринного походження наближаiться до еталона, а живильна цiннiсть рослинних бiлкiв виявляiться нижче. Так, бiлок пшеницi маi швидкий усього близько 50 %. Бiлки злакiв взагалi характеризуються низьким змiстом лiзину.

Бiлкова цiннiсть кормових i харчових продуктiв, що складаються в основному зi злакiв, може бути пiдвищена додаванням до них бiомаси мiкроорганiзмiв, що мiстить багато бiлка й лiзину, - 1-й амiнокислоти, що лiмiтуi, у бiлках злакiв.

Перетравлюiмiсть бiомаси дрiжджiв в органiзмi тварин i людини звичайно становить 80 тАУ 90 %. Перетравлюiмiсть бiлка яiць, молока, м'яса й риби близька до 100 %, а багатьох рослинних бiлкiв - близько 80 %.

Вхiднi до складу бiлка амiнокислоти засвоюються краще, нiж вiльнi амiнокислоти, що додають у корм.


1. Бiлки тАУ життiво важливi компоненти клiтин живого органiзму

1.1 Сировина та середовища для культивування

1.1.1 Кормовi дрiжджi

Дрiжджi вперше стали використати як джерело бiлка для людини й тварин у Нiмеччинi пiд час першоi свiтовоi вiйни. Була розроблена промислова технологiя культивування пивних дрiжджiв.

Як вихiдна сировина для одержання кормового бiлка звичайно використаються вiдходи целюлозноi й деревопереробноi промисловостi, солома, бавовняна лушпайка, кошики соняшника, лляна багаття, стрижнi кукурудзяних качанiв, бурячна меласса, картопляна мезга, винограднi вижимки, пивна дробина, верхiвковий мало розкладений торф, барда спиртових виробництв, вiдходи кондитерськiй i молочноi промисловостi.

Здрiбнена рослинна сировина, що мiстить велика кiлькiсть клiтковини, гемiцеллюлоз, пентозанов, пiддають кислотному гiдролiзу при пiдвищеному тиску й температурi. У результатi 60 тАУ 65 % в них полiсахаридiв гiдролiзуються до моносахаридiв. Отриманий гiдролiзат вiдокремлюють вiд лiгнiну. Надлишок кислоти, застосовуваноi для гiдролiзу, нейтралiзують вапняним молоком або амiачною водою. Пiсля охолодження й вiдстоювання в гiдролiзат додають мiнеральнi солi, вiтамiни й iншi речовини, необхiднi для життiдiяльностi мiкроорганiзмiв. Отриману в такий спосiб живильне подавати середовище у ферментерний цех, де вирощують дрiжджi.

Для культивування на гiдролiзатах рослинних вiдходiв найбiльш ефективнi дрiжджi пологiв Candida, Torulopsis, Saccharomyces, якi використають як джерело вуглецю гексози, пентози й органiчноi кислоти.

Для одержання кормових дрiжджiв застосовують технологiю iз глибинного вирощування в спецiальних апаратах - ферментерах, у яких забезпечуiться режим постiйного перемiшування суспензii мiкробних клiтин у рiдкому живильному й з оптимальнi умови аерацii. З метою пiдтримки заданого температурного режиму в конструкцii ферментера передбачаiться система вiдводу надлишкового тепла. Робочий цикл вирощування культури дрiжджiв триваi близько 20 годин. По закiнченнi робочого циклу культуральна рiдина разом iз суспендированними в нiй клiтинами дрiжджiв виводиться з ферментера, а в нього знову подаiться живильний субстрат i культура дрiжджових клiтин для вирощування.

Виведену з ферментера суспензiю мiкробних клiтин подають на флотацiйну установку, за допомогою якоi вiдокремлюють бiомасу дрiжджiв вiд культуральноi рiдини. У процесi флотацii суспензiя спiнюiться, при цьому мiкробнi клiтини спливають на поверхню разом з пiною, що вiдокремлюiться вiд рiдкоi фази. Пiсля вiдстоювання дрiжджову масу концентрують у сепараторi. Для досягнення кращоi перетравностi дрiжджiв в органiзмi тварин проводять спецiальну обробку мiкробних клiтин (механiчна, ультразвукова, термiчна, ферментативна), що забезпечуi руйнування iхнiх клiтинних оболонок. Потiм дрiжджову масу упарюють до необхiдноi концентрацii й висушують, вологiсть готового продукту не повинна перевищувати 8 тАУ 10 %.

Гарний субстрат для вирощування кормових дрiжджiв - молочна сироватка, що i виробничим вiдходом при переробцi молока. В 1 т молочноi сироватки в середньому втримуiться 10 кг повноцiнного бiлка й 50 кг дисахариду лактози, що легко утилiзуiться мiкроорганiзмами. Для видiлення з молочноi сироватки бiлкiв розроблена ефективна технологiя iз застосуванням методу ультрафiльтрацii низькомолекулярних речовин через мембрани. Одержуванi в такий спосiб бiлки використають для готування сухого знежиреного молока. рiдкi вiдходи, що залишаються пiсля вiддiлення бiлкiв, що мiстять лактозу, можуть бути переробленi шляхом культивування дрiжджiв у збагаченi бiлками кормовi продукти.

Дуже часто дрiжджуванню пiддають молочну сироватку без попереднього видiлення з ii бiлкiв, при цьому вирощують спецiальнi раси кормових дрiжджiв з роду Torulopsis. На основi дрiжджування молочноi сироватки роблять три види кормових бiлкових продуктiв: замiнник незбираного молока для годiвлi молодняку сiльськогосподарських тварин - ВлБИО - ЗЦМВ»; рiдкий бiлковий продукт ВлПромиксВ» зi змiстом бiлкiв в 2,5 - 3 рази вище, нiж у вихiднiй молочнiй сироватцi; сухий збагачений дрiжджовими бiлками продукт ВлПровилактВ», застосовуваний як замiнник сухого знежиреного молока.

Крiм вуглеводiв i вуглеводнiв як джерела вуглецю дрiжджовi клiтини можуть використати нижчi спирти - метанол й етанол, якi звичайно одержують iз природного газу або рослинних вiдходiв. Дрiжджова маса, отримана пiсля культивування дрiжджiв на спиртах, вiдрiзняiться високим змiстом бiлкiв (56 тАУ 62 % вiд сухоi маси) i в нiй менше втримуiться шкiдливих домiшок, чим у комовых дрiжджах, вирощених на н - парафiнах нафти.

У порiвняннi з рослинними джерелами бiлкiв кормовi дрiжджi мають пiдвищений змiст нуклеiнових кислот. Кормовi дрiжджi, культивiруiмi на живильному iз середовищi н - парафiнi нафти, можуть мiстити багато шкiдливих домiшок - похiднi бензолу, D - амiнокислоти, аномальнi лiпiди, рiзнi токсини й канцерогеннi речовини, тому iх пiддають спецiальному очищенню (екстракцiя бензином).

При переробцi в харчовий бiлок бiомасу дрiжджiв ретельно очищають. РЖз цiiю метою клiтиннi оболонки дрiжджових клiтин руйнують за допомогою механiчноi, лужноi, кислотноi або ферментативноi обробки й потiм екстрагують гомогенну дрiжджову масу органiчним розчинником. Пiсля такого очищення вiд органiчних i мiнеральних домiшок отриманий дрiжджовий продукт обробляють лужним розчином для розчинення бiлкiв, потiм бiлковий розчин вiдокремлюють вiд маси, що залишилася, дрiжджiв i направляють на дiалiз. У процесi дiалiзу з бiлкового розчину видаляють низькомолекулярнi домiшки. Очищенi дiалiзом бiлки осаджують, висушують й отриману бiлкову масу використають як добавки в рiзнi харчовi продукти.


1.1.2 Бiлковi концентрати з бактерiй

Поряд з одержанням кормових дрiжджiв важливе значення для кормо-виробництва мають також бактерiальнi бiлковi концентрати зi змiстом сирого бiлка 60 тАУ 80 % вiд сухоi маси. Вiдомо бiльше 30 видiв бактерiй, якi можуть бути використанi як джерела повноцiнного кормового бiлка. Бактерii здатнi нарощувати бiомасу в кiлька разiв швидше дрiжджових клiтин й у бiлку бактерiй утримуiться значно бiльше сiрко-мiстких амiнокислот, внаслiдок чого вiн маi бiльше високу бiологiчну цiннiсть у порiвняннi з бiлком дрiжджiв.

При використаннi як сировина газоподiбних продуктiв, основним компонентом яких i метан, живильну сумiш пiд тиском подають у спецiальний ферментер струминного типу. З метою кращоi утилiзацii сировини мiкроорганiзмами в такому ферментерi передбачаiться рециркуляцiя газовоi сумiшi. Для забезпечення необхiдноi аерацii культури бактерiй ферментер продувають повiтрям або киснем. Найчастiше на газових живильних вирощувати середовищах бактерii роду Methylococcus, здатнi при оптимальних умовах утилiзувати до 85 тАУ 90 % подаваного у ферментер метану. Всi технологiчнi лiнii, пов'язанi з культивуванням бактерiй у газовому середовищi, вимагаi контролю за складом цього середовища й оснащення виробничих установок герметизованим, вибухобезпечним устаткуванням.

По закiнченню ферментацii клiтини бактерiй осаджують i вiдокремлюють вiд живильного на середовища сепараторi. Отриману бактерiальну масу пiддають механiчнiй або ультразвуковiй обробцi з метою руйнування клiтинних оболонок, пiсля чого висушують i використають для готування кормових бiлкових концентратiв.

У зв'язку з тим, що газове середовище з метану й повiтря вибухонебезпечнi й для кращоi утилiзацii метану бактерiями вимагають ii постiйноi циркуляцii, виробництво кормового бiлка з газоподiбних продуктiв i досить складним i дорогим. Бiльше широке застосування знаходить технологiя вирощування бактерiальноi бiлковоi маси на метанолi, що легко можна одержати шляхом окислювання метану. При культивуваннi на живильному, середовищi утримуючий метанол, найбiльш ефективнi бактерii пологiв Methylomonas, Pseudomonas, Meth ophillus. Вирощування цих бактерiй проводиться у звичайному ферментерi з використанням рiдкого живильного середовища.

Високою iнтенсивнiстю синтезу бiлкiв характеризуiться бактерii, здатнi накопичувати у своiх клiтинах до 80 % сирого бiлка розраховуючи на суху речовину.

Звичайно водень для виробництва бiлковоi маси одержують iз води шляхом ii електролiтичного (електролiз) або фотохiмiчного розкладання. Вуглекислий газ може бути використаний з газоподiбних вiдходiв яких - або промислових виробництв, а також топкових газiв, що одночасно вирiшуi проблему очищення газового середовища. Виробництво кормового бiлка на основi водно-окислюючих бактерiй може бути також органiзоване поблизу хiмiчних пiдприiмств, де як побiчний продукт утвориться водень.

1.1.3Кормовi бiлки з водоростей

Для виробництва кормового бiлка використають одноклiтиннi водоростi Сhlorella й Scenedesmus, а також синьо - зеленi водоростi з роду Spirulina, якi здатнi синтезувати бiлки й iншi органiчнi речовини з вуглекислого газу, води й мiнеральних речовин за рахунок засвоiння енергii сонячного свiтла.

По iнтенсивностi нагромадження бiомаси водоростi, хоча й уступають кормовим дрiжджам i бактерiям, але значно перевершують сiльськогосподарськi рослини.

Змiст бiлкiв у клiтинах хлорелли й сценедесмус становить 45 тАУ 55 % розраховуючи на суху масу, а в клiтинах спiрулини досягаi 60 тАУ 65 %. Бiлки водоростей добре збалансованi по змiсту незамiнних амiнокислот, недостатньо втримуiться лише метiонiну. Поряд з високим змiстом бiлкових речовин у клiтинах водоростей досить багато синтезуiться полi ненасичених жирних кислот i провiтамiну А - каротину.

Технологiя одержання бiлковоi маси iз клiтин водоростей включаi вирощування промисловоi культури в культиваторах вiдкритого або закритого типу, вiддiлення водоростей вiд маси води, готування товарного продукту у виглядi суспензiй, сухого порошку або пасто-образноi маси. Процес вiддiлення клiтин водоростей вiд маси води енергоiмний.

Спочатку вiдстоюють клiтинну суспензiю, потiм клiтини водоростей вiдокремлюють вiд води. Для прискорення осадження клiтин часто застосовують метод хiмiчноi флоккуляцii. Зухвалу швидку коагуляцiю часток. Пiсля осадження клiтинноi бiомаси ii пропускають через сепаратор, у результатi суспензiя згущаiться до необхiдноi концентрацii.

Важливе значення маi вирощування водоростей на стоках промислових пiдприiмств. При культивуваннi водоростей на промислових стоках або стоках теплових станцiй використають надлишок тепла, що вiдводить iз цих об'iктiв, а також утилiзуiться вуглекислота.

1.1.4 Бiлки мiкроскопiчних грибiв

Коштовним джерелом добре збалансованих по амiнокислотному складi бiлкiв i клiтини мiцелiю багатьох мiкроскопiчних грибiв. По своiх живильних властивостях бiлки грибiв наближаються до бiлок соi й м'яса, внаслiдок чого можуть використати не тiльки для готування бiлкових концентратiв, але i як добавка в iжу. Сировиною для промислового вирощування мiкроскопiчних грибiв звичайно служать рослиннi вiдходи, що мiстять клiтковину, гемицеллюлози, лiгнiн.

У цей час у процесi дослiдження вiдiбранi токсичнi швидкозростаючi штами мезо- i термофiльних грибiв для промислового культивування. У порiвняннi iз дрiжджовими бiлки мiкроскопiчних грибiв вiдрiзняються пiдвищеним змiстом сiрко-мiстких амiнокислот i кращою засвоюванiстю. Концентрацiя нуклеiнових кислот у грибному мiцелii (1 тАУ 4 % вiд сухоi маси) майже така ж, як у тканинах рослинного органiзму. Разом з тим у бiомасi грибiв значно менше, нiж у дрiжджах, синтезуiться бiлкiв й у них вiдносно повiльнiше вiдбуваiться рiст бiомаси.

Нижчi мiцелiальнi гриби, культивiруемi на целлюлозо- i лiгнинмiстких рослинних вiдходах, внаслiдок iхньоi здатностi синтезувати комплекс гiдролiтичних ферментiв розкладають целюлозу й лiгнiн до простих речовин, з яких утворяться амiнокислоти й бiлки. З метою прискорення росту грибiв проводиться попередня обробка рослинноi сировини, що пiдвищуi доступнiсть його компонентiв для утилiзацii мiкроорганiзмами. Найчастiше застосовують кислотно-лужний спосiб обробки целлюлозо- i лiгнин-мiстких вiдходiв, вiдпарювання пiд тиском. Обробка амiаком i каустичною содою. Пiсля такоi обробки вiдбуваiться повне або часткове розкладання полiсахаридiв i лiгнiну, що забезпечуi прискорений рiст грибноi маси й скорочення строкiв промислового культивування грибiв.

Залежно вiд способу пiдготовки рослинноi сировини для культивування мiкроскопiчних грибiв застосовують i вiдповiднi технологii iхнього вирощування. Для культивування грибiв на твердому живильному розробленому середовищi метод твердо фазноi ферментацii, що включаi здрiбнювання й обробку рослинноi сировини парами води й амiаку, збагачення цiii сировини мiнеральними речовинами, посiв i вирощування мiцелiю грибiв у заданому режимi аерацii й пiдтримки оптимальноi температури. Однак при такiй технологii культивування грибiв коефiцiiнт використання рослинноi сировини низький, що визначаi й порiвняно невисокий рiвень змiст бiлка у вирощуванiй грибнiй масi (20 тАУ 30 % вiд сухоi маси).

Бiльше високий коефiцiiнт використання сировини звичайно досягаiться при вирощуваннi грибiв на гiдролiзатах рослинних вiдходiв i рiдких вiдходiв деревопереробноi й целюлозно-паперовоi промисловостi. Для цього застосовують метод глибинного культивування, як i при вирощуваннi кормових дрiжджiв. Змiст бiлкiв у грибнiй масi. Вирощеноi на рiдкому живильному , середовищi може досягати 50 тАУ 60 % вiд сухоi маси. З метою бiльше повного використання сировини також практикуiться спiльне культивування грибiв i бактерiй. Поряд з використанням рослинних вiдходiв розробленi також технологii по переробцi в грибний бiлок торфу, гною, екскрементiв тварин.

1.1.5 Кормовi бiлковi концентрати з рослин

По змiсту всiх амiнокислот бiлки трав не уступають або значно перевищують еталон ФАО, i тiльки лише дефiцит вiдзначаiться по кiлькостi метiонiну.

Досвiди показують, що iз всiх трав'янистих рослин найбiльш високу бiологiчну цiннiсть бiлкiв мають бобовi кормовi трави, трохи нижче в мятлiкових трав.

Сприятливий амiнокислотний склад бiлкiв, iнтенсивний iхнiй синтез у вегетативних органах рослин послужили основою розробки технологii витягу з рослинноi маси бiлкiв для кормових i харчових цiлей.

Однак пiзнiше було з'ясовано, що в рослинному соку втримуiться багато шкiдливих домiшок, таких, як феноли, важкi метали, iнгiбiтору трипсину, гемолiзуючi речовини, нуклеiновi кислоти й т.д. Бiльше таких речовин - у ядрi, хлоропластах, мiтохондрiях i менше - у цитоплазмi. Виходячи iз цього, для використання на кормовi й харчовi цiлi найбiльш придатними i цитоплазматичнi бiлки.

Невеликi напiвпромисловi установки для одержання кормових бiлкових концентратiв з вегетативноi маси рослин можуть бути використанi в будь-якому господарствi, що маi високобiлкову рослинну сировину й кормоцех. Технологiя готування бiлкових концентратiв включаi здрiбнювання рослинноi маси, отжиму соку, його коагуляцiю, подiл коагуляту на зелену творого-образну масу й коричневий сiк, консервування бiлково-вiтамiнноi пасти.

Таким чином, у результатi переробки рослинноi маси можуть бути отриманi три види кормiв: бiлковий коагулят, з якого одержують бiлково-вiтамiнну пасту; ферментований сiк; залишки рослинного матерiалу пiсля отжиму соку у виглядi гнiта. [14].

Вiдомий спосiб одержання бiлка за допомогою аеробного культивування при температурi 45 тАУ 65 В°С у водному середовищу, що мiстить джерела вуглецю, азоту й мiнеральних речовин. Недолiком вiдомого способу i невисокий вихiд протеiну. Поставлена мета досягаiться тим, що як вихiдна культура мiкроорганiзму для одержання протеiну використають термофiльну змiшану культуру.Термофiльна змiшана культура бактерiй складаiться iз трьох окремих видiв бактерiй. Цi бактерii класифiкуються як великi вигнутi палички, пiдтип бактерiй, клас Schizomycetes, загiн Enbacteriales, сiмейство Bacillaceae рiд Bacillus; великi грамотрицательные палички, пiдтип бактерiй, клас Schizomycetes, загiн Enbacteriales,сiмейство Bacillaceae, рiд Bacillus; дрiбнi грамотрицательные палички, пiдтип бактерii, клас Schszomycetes. Змiшана термофiльна культура проявляi коштовнi властивостi. Ця змiшана культура (Мс) росте краще при високих температурах, чим при звичайних, з бiльшим виходом клiтин i зменшеною тенденцiiю до пiно утворення в умовах ферментацii.

Ця змiшана культура i термофiльноi, росте ефективно з високою продуктивнiстю на сировину з окислених вуглеводнiв, зокрема, нижчих спиртiв, найбiльше переважно з метанолу або еталона, при низьких температурах, при яких бiльшiсть iнших вiдомих видiв бактерiй або вiдносно непродуктивнi, або просто не можуть iснувати, або непродуктивнi й не толерантнi до сировини з окислених вуглеводнiв.

Рiст мiкроорганiзмiв здiйснюiться у водному живильному, середовищi утримуючий водяний розчин мiнеральноi солi, джерело вуглецю й енергii, молекулярний кисень i вихiдний посiвний матерiал змiшаноi культури Мс. Мс i високопродуктивною при порiвняно високих температурах ферментацii й продуцируi необхiднi й коштовнi одноклiтиннi протеiновi продукти з високим змiстом протеiну у виглядi амiнокислот необхiдного типу й у необхiдному спiввiдношеннi.

Вирощування Мс змiшаних бактерiй iз сировини з окислених вуглеводнiв може бути успiшно здiйснене при 45 тАУ 65 В°С, переважно, для досягнення оптимальноi швидкостi росту, 50 тАУ 60 В°С. Бiльше низькi температури придушують рiст бактерiй.

При використаннi змiшаноi культури досягаiться великий вихiд клiтин, що визначаiться в грамах отриманих клiтин на 100 м використаного джерела вуглецю й енергii, наприклад метанолу.

Задовiльний контроль може бути досягнуть також шляхом перевiрки змiсту живильного матерiалу у вихiдному з ферментаторiв потоцi, воно повинне становити 0 - 0,2 вага. %.

Джерелом азоту може бути будь-яке азот мiстке з'iднання, здатне видiляти азот у виглядi, зручному для обмiнного поглинання мiкроорганiзмами. Хоча можуть застосовувати рiзнi органiчнi джерела азоту, наприклад iншi протеiни, сечовина або т.п., але звичайно неорганiчнi джерела азоту бiльше економiчнi й зручнi для практичного застосування. Як приклад таких неорганiчних азот мiстке з'iднань можна привести амiак або гiдроксид амонiю, а також рiзнi солi амонiю, наприклад карбонат амонiю, цитрит амонiю, фосфат амонiю, сульфат амонiю й пiрофосфат амонiю. Зручно застосовувати газоподiбний амонiй, якому можна барботировати у вiдповiдних кiлькостях через водне ферментацiйне середовище. рН водноi мiкробноi ферментацiйноi сумiшi 5,5 - 7,5 переважно 6 - 7.

Крiм джерел кисню, азоту й вуглецю й енергii, необхiдно до живильного додавати середовища обранi мiнеральнi живильнi речовини в необхiдних кiлькостях i спiввiдношеннях, щоб забезпечити правильний рiст мiкроорганiзмiв i максимальне засвоiння окисленого вуглеводню клiтинами в процесi мiкробноi конверсii. Джерелом вуглецю й енергii i окислений вуглеводень. Окисленi вуглеводнi включають спирти, кетони, складнi й простi ефiри, кислоти й альдегiди, якi в основному i водорозчинними й переважно мiстять до 10 атомiв вуглецю в молекулi.

Найбiльш кращими спиртами i спирти, що мiстять С1 тАУ С4 у молекулi, особливо одноатомнi спирти, внаслiдок iхньоi доступностi, економiчностi. Особливо кращий метанол, тому що вiдносно дешево, легко доступний i розчинний у водi. [15].

1.2 Особливостi культивування бiообъiктiв

При перiодичному культивуваннi доцiльно створити штучно такий сталий стан, при якому концентрацiя клiтин, питома швидкiсть росту й навколишньоi клiтини середовище не змiнювалися б у часi. Такi умови можливi при безперервному культивуваннi, коли клiтини продуцента розмножуються зi швидкiстю, що залежить вiд припливу живильних речовин i деяких iнших умов. Безперервний спосiб особливо вигiдний, коли джерелом вуглецю й енергii i нижчий спирт, наприклад метанол або етанол, витрата якого може бути легко автоматизований. Частина обсягу культуральноi рiдини постiйного випливаi з тiiю же швидкiстю, з який подаiться середовище в апарат. Метод проточного культивування може бути органiзований як процес повного витиснення i як процес повного змiшання. Здiйснення першого можливо для культивування анаеробних мiкроорганiзмiв у ферментаторi, що представляi собою трубу, у яку з одного кiнця безупинно подають живильне й з посiвний матерiал, а з iншого кiнця вiдбирають культуральну рiдина. Процес вiдбуваiться без перемiшування й аерацii. Коли середовище й посiвний матерiал попадають у ферментатор, популяцiя перебуваi в лаг - фазi, а на виходi з ферментатора культура може перебувати в будь-якiй фазi залежно вiд швидкостi подачi середовища. У ферментаторi вiдтворюiться повна крива розмноження, але не в часi, а в просторi.

У процесi повного змiшання розмноження культури вiдбуваiться у ферментаторi при iнтенсивному перемiшуваннi й аерацii. У повному обсязi культуральноi рiдини умови повиннi бути однаковими. При цьому у ферментаторi можуть бути створенi умови, що вiдповiдають будь-якiй крапцi кривоi розмноження культури, вирощуваноi перiодичним способом. Процес повного змiшання може бути органiзований по типi системи "турбидостат" й "хемостат".

У системi "турбидостат" у ферментаторi пiдтримують щiльнiсть популяцii постiйноi, i при швидкiй протоцi середовища створюються умови, близькi до тих, якi вiдповiдають логарифмiчнiй фазi, при повiльному - наближаються до умов, що вiдповiдають стацiонарнiй фазi. У сталому режимi роботи ферментатора питома швидкiсть протоки середовища дорiвнюi питомоi швидкостi розмноження культури. Пiдвищення швидкостi протоки або вплив, що сповiльнюi рiст, приводить до того, що швидкiсть розмноження виявляiться менше швидкостi протоки й клiтини культури будуть вимитi з ферментатора.

У системi "хемостат" величину клiтинноi популяцii контролюють за допомогою окремих компонентiв живильного . середовища Середовище становлять так, щоб один з компонентiв, необхiдний для росту бiомаси клiтин, був у недолiку або лiмiтував рiст, пiдтримуючи тим самим культуру в потрiбному станi. Використовуючи батарею ферментаторiв, можна в кожному апарату постiйно пiдтримувати продуцент у певнiй фазi розмноження.

У цей час безперервне культивування застосовують для одержання бiлково-вiтамiнних концентратiв (БВК), кормових дрiжджiв, лимонноi кислоти, лiзину.

У виробництвi антибiотикiв, поряд з перiодичним культивуванням, всi частiше починають використати методи, що займають промiжне положення мiж переодичним i безперервним культивуванням, тобто напiвбезперервний вiдтАЩiмна-доливной метод. Таким способом вдаiться в 2 - 3 рази збiльшити час перебування продуцента в активнiй фазi. Недолiк полягаi в тому, що доливи здiйснюють живильним повним середовищем складу. Цього недолiку позбавлений метод напiвбезперервноi регульованоi ферментацii. Суть цього методу полягаi в тому, що в певний час, починаючи з логарифмiчноi фази розмноження в культуральну рiдину додають окремi компоненти живильного , середовища пiдтримуючи iхню концентрацiю на постiйному сприятливому рiвнi - спочатку для росту бiомаси клiтин, а потiм - для синтезу цiльового продукту.

Перiодично з ферментатора вiдбирають певнi обтАЩiми культуральноi рiдини iз всi зростаючою концентрацiiю цiльового продукту. Ферментацiю припиняють пiсля того як активнiсть продукту досягла максимуму. Цим способом вдаiться не тiльки продовжити активну фазу, у якiй перебуваi продуцент, але й пiдвищити ступiнь використання iм субстрату, а в остаточному пiдсумку - продуктивнiсть процесу, тобто збiльшити вихiд кiнцевого продукту розраховуючи на спожитий субстрат.

РЖз усього розмаiтостi способiв проведення процесiв бiотехнологii найбiльш складними i регульованi ферментацii з дотриманням умов асептики. Крiм того для проведення процесу в асептичних умовах необхiдне введення додаткових стадiй, що забезпечують стерилiзацiю живильних i з подаваного у ферментатори повiтря.

Стерильне живильне в з iнокуляторi - посiвному апарату першого щабля засiвають iз дотриманням правил асептики через спецiальний пристрiй посiвним матерiалом, що попередньо був вирощений у колбi.

Створюються й пiдтримуються необхiднi режими в апарату для розмноження клiтин продуцента (температуру, аерацiю й перемiшування), а потiм контролюють й оцiнюють розвиток культури. При досягненнi необхiдних стадiй розвитку й кiлькостi бiомаси посiвний матерiал передавлюють стерильним стисненим повiтрям по посiвному колекторi в посiвний апарат бiльшоi мiсткостi. На цьому другому щаблi вирощування посiвного матерiалу прагнуть одержати бiльше бiомаси клiтин, щоб у ферментаторi можна було створити необхiдну для даного штаму продуцента вихiдну щiльнiсть популяцii. Якщо ця вимога здiйсненна без другого щабля, то ферментацiйне середовище засiвають безпосередньо з iнокулятора.

Бiосинтез цiльового продукту у ферментаторi вiдбуваiться при заданих температурному режимi, аерацii, перемiшуваннi й рН культуральноi рiдини; величину рН звичайно регулюють перiодичною подачею амiачноi води через барботер ферментатора. У випадку пiно утворювання подають стерильний пiногасник зi спецiального апарата по сигналi датчика рiвня пiни.

Для пiдтримки сталостi концентрацiй окремих компонентiв живильного iх середовища подають у виглядi стерильних розчинiв по командi ЕОМ з вiдомою швидкiстю й перiодичнiстю у ферментатор зi спецiальних апаратiв.

У випадку проведення ферментацii свiдомо в нестерильних умовах живильне й з повiтря для аерацii не стерилiзують, але посiвний матерiал завжди вирощують на стерильних живильних у з асептичних умовах.[20].

1.3 Обладнання для культивування

1.3.1 Ферментатори для глибинного культивування мiкроорганiзмiв на рiдких живильних середовищах

Глибинне культивування мiкроорганiзмiв - продуцентiв бiологiчно активних речовин - i найбiльш складним i тонким процесом одержання продуктiв мiкробного синтезу. Бiосинтез продуцируемих мiкроорганiзмом бiологiчно активних речовин залежить вiд таких факторiв, як температура, рН середовища й зростаючоi культури, концентрацiя розчиненого кисню, тривалiсть культививування, конструкцiя й матерiал устаткування, у якому вiдбуваiться процес, i iн.

Залежно вiд застосовуваних методiв оцiнки роботи ферментатори для глибинного вирощування мiкроорганiзмiв пiдроздiляють на ряд груп по наступних ознаках:

- по способi культивування - на апарати безперервноi й перiодичноi дii;

- по стерильностi - на герметичнi й не потребуючоi строгоi герметичностi;

- по конструктивних ознаках - на ферментатори з дифузором i турбiною, з обертаючими аераторами, з механiчними мiшалками, iз зовнiшнiм циркуляцiйним контуром, колоннi ферментатори, з ежекцiйною системою аерацii;

- по способi уведення енергii й органiзацii перемiшування й аерацii - на апарати з пiдведенням енергii до газовоi фази, до рiдкоi фази й комбiнованоi.

У мiкробiологiчнiй промисловостi практично всi процеси культивування продуцентiв бiологiчно активних речовин, за винятком дрiжджiв для одержання БВК на парафинах, гiдролiзатах i сульфiтних лугах, проводяться перiодичним способом у стерильних умовах.

1.3.2 Ферментатори для стерильного культивування мiкроорганiзмiв

Ферментатори з механiчним перемiшуванням барботажного типу.Даний тип ферментатора широко застосовуiться для стерильних процесiв вирощування мiкроорганiзмiв - продуцентiв бiологiчно активних речовин.

Ферментатори конструкцii Гипромедпрома. Це цилiндричний апарат вертикального типу з верхнiм приводом пристрою, що перемiшуi. Геометричний обсяг ферментатора коливаiться в межах 1 тАУ 50 м3. апарати обсягом 50 м3 обладнанi пристроiм, що дозволяi змiнювати частоту обертання приводу пристрою, що перемiшуi, вiд 60 до 140 хв-1.

З метою вiдводу фiзiологiчного тепла ферментатор постачений багатоярусною сорочкою, що маi площа поверхнi охолодження 55 м2, i змiйовиками, розташованими всерединi нього, iз площею поверхнi 39 м2. ферментатор, теплообмiннi сорочки й змiйовики розрахованi на робочий тиск 0,29 МПа й температуру стерилiзацii 140В°С.

На валу дiаметром 160 мм i довжиною 7000 мм змонтованi два комплекти мiшалок, що складаються з вiдкритих i закритих турбiн. Ущiльнення вала торцеве, окружна швидкiсть на кiнцi мiшалки 6,5 м/с. Ферментатор обладнаний барботером розбiрноi конструкцii, що маi 2000 конiчних отворiв дiаметром 3 мм, звужуючих донизу. Дiаметр апарата 3000 мм, висота без електродвигуна 6800 мм.

Ферментатор фiрми ВлНордонВ». Конструкцiя цього ферментатора вiдрiзняiться вiд вищенаведених тем, що нижньоi частини вала розташоване пристрiй, що перемiшуi, iз шести регульованих лопат прямокутного розтину, а на верхньоi тАУ пiно гасячи механiчний пристрiй iз двох лопат прямокутного розтину з ребрами жорсткостi, спрямованими убiк обертання.

Ферментатори iз пневматичним перемiшуванням середовища.

До цього типу ставляться апарати, усерединi яких змонтованi форсунки, дифузори, барботери для подачi повiтря. Вступник повiтря використаiться для перемiшування зростаючоi культури, забезпечення потреби мiкроорганiзму в киснi й вiдводу метаболiтiв, що утворяться.

Ферментатор цилiндричний. Конструктивно такий ферментатор зовнi аналогiчний ферментатору з механiчним перемiшуванням, але в ньому вiдсутнi механiчнi пристроi, що перемiшують. Недолiком цього виду ферментатора i бiльше низька в порiвняннi з ферментаторами з механiчним перемiшуванням величина робочого обсягу, особливо при роботi iз сильно пiнливими середовищами. Вони застосовуються в тих випадках, коли культура мiкроорганiзму не маi потреби в iнтенсивному перемiшуваннi i ii в'язкостi невелика.

Також до цього типу ставляться ферментатори: ферментатор кульовий iз пневматичним перемiшуванням, ферментатор з форсуночним пiдведенням повiтря, ферментатор з iнтенсивним масообмiном, ферментатор фiрми ВлХеманВ».

1.3.3 Ферментатори для нестерильних процесiв культивування мiкроорганiзмiв

До нестерильних процесiв культивування мiкроорганiзмiв ставляться в основному процеси вирощування продуцентiв кормових дрiжджiв. По конструктивному виконанню ферментатори для виробництва кормо

Вместе с этим смотрят:


Бiологiчне рiзноманiття людських рас


Бодрствование - нейрофизиологический процесс человека


Влияние биологически активных факторов окружающей среды на наследственные системы организма человека


Влияние космических процессов и явлений на развитие Земли


Влияние Солнца на биологическую жизнь Земли