Автор неизвестен - Проблема дефицита кормового белка для питания животных - страница 1

Страницы:
1 

В настоящее время остро стоит проблема дефицита кормового белка для питания животных. Основной источник получения протеина животными — корма растительного происхождения. Однако по содержанию и соотношению амино­кислот протеин растений в большинстве своем не соответствует потребностям животного организма в обеспечении процессов интенсивного биосинтеза белков [2, 5]. Белок основных растительных кормов (зерновые культуры, картофель, са­харная свекла, кормовые травы и др.) содержит недостаточное количество вита­минов, ферментов, микроэлементов, а главное, незаменимых аминокислот.

В странах СНГ было создано крупномасштабное производство белка для кормовых целей на основе углеводородов нефти, гидролизатов древесины, отхо­дов пищевой промышленности. Сложившаяся современная экономическая обста­новка, высокие цены на нефть и природный газ привели к перепрофилированию заводов, выпускающих белково-витаминные препараты и использующих продук­ты переработки нефти, на выпуск другой продукции.

Восполнить дефицит кормового протеина, на наш взгляд, могут индустри­альные методы производства белковых веществ, основанные на культивировании низших организмов: дрожжей, бактерий, грибов на непищевых сырьевых источ­никах, среди которых возрастает роль биоконверсии в белковые продукты возоб­новляемых целлюло- зопектин- и крахмалсодержащих растительных субстратов, а также отходов пищевой промышленности и сельского хозяйства [12, 13,15]. Мик­робиологическая трансформация целлюлозы в белок будет способствовать улуч­шению экологической обстановки [3].

Нами разработан способ получения белково-витаминных концентратов (БВК) культивированием дрожжей на питательной среде, полученной из предце-фекационного или предсатурационного осадка как нетрадиционного сырья [1].

Преддефекационный осадок, образующийся при обработке диффузионного сока небольшим количеством извести, содержащий 40—65,8 % органических ве­ществ, сырой протеин, минеральные и органические кислоты, макро- и микроэле­менты сахарной свеклы, по существующей технологии вместе с фильтрационным осадком 1 сатурации выводится на очистные сооружения, что становится источ­ником значительного загрязнения окружающей среды

В качестве продуцентов белка нами были использованы штаммы монокуль­тур дрожжей: Candida scottii КС-2, Candida scottii Тул, Candida utilis (Henneb), Candida guilliermondii, Candida tropicalis, Candida parapsilosis, Trichosporon cuta-neum БД-2. Для лабораторного культивирования преддефекационный осадок раз­бавляли дистиллированной водой, в полученное сусло добавляли сульфат алюми­ния и фосфорную кислоту из расчета 2,3 и 1,2 г на 1 дм соответственно. Среду подкисляли серной кислотой до величины рН 4,4—7,0.

Наиболее перспективными продуцентами белка из исследованных штаммов оказались Trichosporon cutaneum БД-2 и некоторые виды Candida: Candida scottii КС-2, Candida parapsilosis. Активная кислотность действует на дрожжи непосред­ственно и косвенно, изменяя диссоциацию отдельных веществ питательной сре­ды, что сказывается на метаболизме и скорости роста клеток. Оптимальным для исследуемых штаммов дрожжей является рН 4,9—5,2, содержание редуцирую­щихся веществ в питательной среде 1,8—2,2 %, температура 30—32 °С.

Хорошим сырьем для производства кормовых дрожжей служит мелассная послеспиртовая барда. Для более полного использования биосинтетической ак­тивности дрожжей в микробиологической промышленности применяют способ сбраживания мелассной барды двумя культурами в двухстадийном процессе бро­жения. Одна культура дрожжей основная, на которой происходит брожение, а другая — подсевная и вводится на более поздней стадии [9].

Как показали наши исследования, биосинтетическая активность накопления биомассы значительно возрастает (более чем на 30 %) при культивировании на первой стадии Candida scottii Тул, Candida scottii КС-2 и на второй стадии (с под­севом второй культуры через 24 ч) — Trichosporon cutaneum.

При выращивании дрожжей на питательной среде, содержащей разные ор­ганические карбоновые и дикарбоновые кислоты, имеет место явление полиаук-сии, т.е. последовательная их ассимиляция, обусловленная взаимной конкуренци­ей. Дрожжи Trichosporon cutaneum не могут быть применены в монокультуре из-за меньшей скорости размножения по сравнению со штаммами дрожжей Candida, вытесняющих их при непрерывном культивировании. Дрожжи Candida быстро размножаются при наличии в питательной среде легко усваиваемых источников углерода: глюкозы, молочной кислоты, глицерина и пирролидонкарбоновой ки­слоты. Дрожжеподобные грибы Trichosporon cutaneum имеют существенное пре­имущество, так как способны использовать более трудноусваиваемые вещества: пептиды, амиды, пептоны [9].

Опытно-промышленные испытания разработанной нами технологии выра­щивания БВК были проведены на Киевском заводе медицинских препаратов (цех бактериальных препаратов). Для этого преддефекационный осадок разбавляли водой, а затем в полученное сусло вносили фосфорное и азотное питание из рас­чета 230 г ортофосфор- ной кислоты и 120 г сульфата аммония на 100 дм пита­тельной среды. Чтобы подавить микрофлору и создать оптимальные условия культивирования, сусло подкисляли серной кислотой до рН 5,0±0,1. Ферментер стерилизовали в течение 1 ч при температуре 120+1 °С, а сусло охлаждали до 30 °С. Максимальный выход БВК получили сбраживанием двух культур дрожжей при культивировании в две стадии. Сначала засевали Candida scottii, а через 25 ч подсевали Trichosporon cutaneum и выращивали БВК в течение 50 ч.

Опыты показали, что накопление АСД при культивировании дрожжей Candida scottii через 25 ч составило 12,22 г/дм , а после подсева Trichosporon cutaneum БД-2 еще через 25 ч — 17,17 г/дм .

Вследствие биоконверсии углеводов питательных субстратов содержание белка увеличилось с 3,33 % (питательная среда) до 28,0 % (АСД), т.е. в 8,4 раза. Выращенный в производственных условиях БВК на основе преддефекационного осадка содержит 28,0 % белка, 2,95 % клетчатки, 1,66 % нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), 0,84 % фосфора, 2,2 % кальция, 0,40 % калия, 8,78 % жиров. В со­ставе липидов БВК обнаружены нативные и омыленные жирные кислоты: мири-стиновая, пальмитоолеиновая, олеиновая, пальмитиновая, стеариновая, линоле-вая; в составе белка — все жизненно необходимые незаменимые аминокислоты: лизин, метионин, триптофан, аргенин, гистидин, валин, лейцин, изолейцин, трео­нин. Биологическая ценность органоминерального премикса по Карпачи состави­ла 58,18 %.


Целью наших дальнейших исследований было установить необходимость дополнительного введения в питательную среду мелассы, как источника сахара и биологически активных веществ, способ внесения посевного материала, а также возможность использования жомопрессовой воды для приготовления питательной среды.

Один из основных факторов, влияющий на быстрое развитие микроорга­низмов и максимальный синтез ими биологически активных веществ, — полно­ценная питательная среда, главные компоненты которой углерод, азот и фосфор. К наиболее доступным источникам углерода относятся углеводы и, в первую оче­редь, моносахариды, а азота — ионы аммония NH^ и аммиака [9]. Для нормаль­ного развития и жизнедеятельности микробной клетки питательная среда должна содержать одно- и двухзамещенные фосфаты. Фосфор входит в состав наиболее активных соединений протоплазмы — фосфолипидов.

Состав питательной среды подбирали методом однофакторного экспери­мента по продуктивности истинного белка. В качестве продуцентов БВК брали штаммы дрожжей Candida utilis Л-35, Candida scottii КС-2, Candida utilis L-22, Candida scottii Тул, Trichosporon cutaneum БД-2 и БД-1, а также Saccharomyces ce­revisiae ЛК-14. Наибольшей продуктивностью по белку в наших опытах обладалиассоциации дрожжей Candida scottii Sp и Trichosporon cutaneum БД-2, а также Candida scottii Тул и Trichosporon cutaneum БД-2.

Исследования подтвердили целесообразность дополнительного внесения в питательные субстраты до 4 % мелассы, а также минеральных солей: сернокисло­го алюминия, фосфорной кислоты и карбамида в количестве 2,3, 1,2 и 0,15 г на 1 дм как дополнительного источника фосфора и азота. Например, при совместном культивировании ассоциаций дрожжей Candida scottii и Trichosporon cutaneum БД-2 на питательной среде без мелассы накопление биомассы дрожжей составило 16,21 г/дм , содержание сырого протеина - 28,09 %, продуктивность по белку —

3 3

4,79 г/дм , а с мелассой - 23,27 и 22,54 г/дм , содержание сырого протеина на 100 г СВ АСД — 28,78 и 29,01 %, продуктивность по белку — 6,70 и 6,54 г/дм соот­ветственно.

При двухстадийном культивировании штаммов дрожжей Candida scottii Тул с подсевом Trichosporon cutaneum БД-2 через 18 ч на питательной среде с мелас­сой накопление биомассы дрожжей через 48 ч составило 24.99 и 23,95 г/дм , со­держание сырого протеина - 29,8 и 30,58 г на 100 г СВ АСД, продуктивность по

3 3

белку 7,45 и 7,32 г/дм , на среде без мелассы накопление биомассы — 14,29 г/дм , продуктивность по белку — 4,19 г/дм (табл. 1).

Причина увеличения биосинтетической активности при добавлении мелассы в питательные субстраты в том, что синтез белка, нуклеиновых кислот, жиров, ви­таминов и других соединений дрожжами происходит за счет энергии, выделяемой в результате окисления и распада поступающих в клетки питательных веществ. В энергетическом обмене дрожжами используются углеводы, сахара, спирты, орга­нические кислоты, азотистые соединения (аминокислоты, аммиачный и аминный азот и др.), зольные элементы и микроэлементы мелассы [9]. Увеличение концен­трации мелассы в питательной среде до 8.0 % оказалось нецелесообразно, так как прирост биомассы АСД не был пропорционален количеству затрачиваемого саха­ра. Многие исследователи отмечали замедленное размножение дрожжей при уве­личении содержания СВ в питательной среде, обусловленное повышением осмо­тического давления [6, 10, 11]. На средах с повышенным содержанием редуци­рующих веществ клетки, теряя свободную воду, замедляют биосинтетическую ак­тивность [7].

Промышленные испытания технологии получения БВК с использованием коагулята несахаров предварительной дефекации и мелассы были проведены со­вместным культивированием штаммов дрожжей Candida scottii КС-2 и Trichosporon cutaneum БД-2. Продуценты культивировали погружным способом в ферментере вместимостью 1000 дм на среде, содержащей 20 % осадка, мелассу и минеральные добавки, г/дм : мелассы - 33, (NH4)S04—2,3; Н3РО4— 1,2: H2NCONH2-0,15.

Технология совместного культивирования включала две стадии. Первая — приготовление посевного материала чистых культур дрожжей в пробирках на скошенной агаризованной питательной среде. Выращенную культуру стерильно смывали и переносили в колбы Эрленмейера вместимостью 750 см , которые со-

3 3

держали 100 см жидкой питательной среды, состоящей из (г/дм ): мелассы — 100, (NH4)S04—0,6; H2NCONH2 -0,15.

Чистые культуры дрожжей выращивали на качалках (180—240 мин) при температуре 28 °С в течение 24 ч. Вторая стадия — собственно ферментация, прикоторой дрожжи культивировали 48 ч в среде при аэрации 1 дм /дм чи темпера­туре +28+1 °С. Аэрация необходима для снабжения растущей глубинной культу­ры дрожжей кислородом. Контроль накопления биомассы дрожжей, определение содержания белка и сырого протеина на 100 г АСД. продуктивность по белку осуществляли соответственно через 24 и 48 ч. По окончании процесса культу-ральную жидкость прогревали при 90 °С в течение 1 ч.

Обобщенные результаты опытно-промышленного культивирования БВК по предложенной технологии представлены в табл. 2. Из нее видно, что высушенный кормовой продукт через 24 ч культивирования содержал 20,26 % белка и 24,61 % сырого протеина. После 48 ч белка стало 23,48 %, сырого протеина — 25,37 %.

Содержание редуцирующих веществ в фильтратах культуральной жидкости после 24 ч культивирования составило 038 %, после 48 ч — 0,018 %, что свиде­тельствует о глубокой ассимиляции редуцирующих веществ используемыми штаммами дрожжей и хорошо коррелирует с содержанием белка в фильтратах культуральной жидкости — 0,081 %.

Данные табл. 2 также показывают, что выход дрожжей по предложенной технологии составляет 23,5—27,2 АСД г/дм содержание сырого протеина — 24,5— 25,4 % на 100 г СВ АСД, продуктивность по белку — 5,76—6,91 г/дм .

Биологическая ценность кормовой биомассы определяется содержанием в ней биологически активных веществ — незаменимых аминокислот, макро- и мик­роэлементов, высших жирных кислот, витаминов, ферментов. Обогащение кор­мов незаменимыми аминокислотами позволяет снизить затраты кормов в 1,5—2,5 раза. Микроэлементы входят в структуру многих витаминов, гормонов, фермен­тов и других органических веществ, участвующих в регулировании жизненных процессов животных.


Аминокислотный состав БВК в своих исследованиях мы определяли на аминокислотном анализаторе ААА-339М (Чехия), макро- и микро- элементный состав — методом атомно-адсорбционной спектроскопии. Результаты анализов (испытывалось 10 образцов БВК) свидетельствуют о широком спектре содержа­ния биологически активных веществ в полученной кормовой биомассе. В состав кормового белка входят все незаменимые (эссенциальные) аминокислоты: лизин, метионин, треонин, валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, гистидин и их коли­чество составляет 33,7 %. Они имеют важное значение в биосинтезе физиологиче­ски активных соединений, пуриновых и пиримидиновых оснований, гормонов, витаминов и др. Обогащение кормов незаменимыми аминокислотами повышает питательную ценность и усваиваемость кормов. Недостаточное количество лизи­на, метионина, триптофана и фенилаланина может быть причиной нарушения деятельности желез внутренней секреции и неблагоприятно отразиться на обмене белков, жиров и углеводов в организме животных [14].


 

 

культур

рования, ч

 

 

%на 100 г СВ АСД

 

I

Candida scottii KC-2 + Tri­chosporon cutaneum БД-2

Смесь

24

24,29

20,26

24,61

5,98

 

Candida scottii KC-2 + Tri­chosporon cutaneum БД-2

»

48

27,25

23,48

25,37

6,91

II

Candida scottii KC-2 + Tri­chosporon cutaneum БД-2

»

24

21,51

19,20

20,20

4.34

 

Candida scottii KC-2 + Tri­chosporon cutaneum БД-2

»

48

23,48

23,30

24,52

5,76

 

Минеральный состав АСД представлен 14 макро- и микроэлементами, зна­чительную часть из них составляет кальций — 6,2 %, фосфор — 2,34 %, калий — 0,31 % к массе АСД. Кальций наиболее трудноусваиваемый элемент кормов, ко­торый способствует формированию скелета, фосфор тесно связан с кальциевым обменом. В состав кормовой биомассы также входят семь незаменимых микро­элементов (биометаллов), мг/кг: железо — 1243,5; медь — 14,36; цинк — 346,4; марганец — 119,7; кобальт — 14,17; хром — 6,9; никель — 7,4, имеющих важное значение в регулировании жизненных процессов.

Многие функции ферментов хорошо коррелируют с содержанием микро­элементов в кормах. Например, железо входит в состав гемоглобина, миоглобина и ряда основных окислительных ферментов — цитохрома, пироксидазы, цито-хромо-ксидазы, обеспечивает доставку кислорода и тканевое дыхание [4, 8]. Медь совместно с железом участвует в процессах кроветворения, в синтезе гемоглоби­на, стимулирует созревание эритроцитов.

Особая ценность кормовых дрожжей обусловлена наличием в них комплек­са витаминов группы В: тиаминана (Bi), рибофлавина (Вг), пантотеновой кислоты (В3), холина (В4), никотиновой кислоты (В3), пиродоксина (В,), биотина (В7), ино­зита (Bg). Суммарное содержание витаминов этой группы составляет 4553,5— 10375,7 мг/кг.

Таким образом, кормовые дрожжи, полученные из нетрадиционного сырья (преддефекационного осадка), являются ценным биологически активным продук­том и могут быть использованы как белково-витаминная добавка, содержащая эс-сенциальные аминокислоты, незаменимые микроэлементы (биометаллы), липиды и нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК).

ЛИТЕРАТУРА

1.   AC. 1595900 СССР, МКИС12М 1/16. Способ получения кормовой био­массы / СП. Олянская, О.П. Ткаченко, Т.П. Слюсаренко и др. - Б.И., 1990. № 36.

2.   Бабицкая В.Г., Стахаев И.В., Костина А. М. Образование белка смешан­ными культурами гриба Penicillium 24П и дрожжей // Микробиологическая про­мышленность. 1977. № 11. - С. 32 - 35.

3.   Бабицкая ВТ., Стахеев И.В., ПлавскаяА.М. Мицеллиальные грибы — продуценты белка на целлюлозе // Микробиология и фитопатология. 1979. № 12. С. 118-122.

4.   Биологически активные вещества пищевых продуктов. Справочник / В.В. Петрушевский, А.Л. Козаков, А. Бандюкова и др. - Киев: Техшка, 1985. - 127 с.

5.   Валъдман А.Р., Бекер В.Д. Актуальные проблемы аминокислотного и ви­таминного питания животных // Прикладная биохимия и микробиология. 1982. № 6. С. 778-791.

6.   Жеребцов Н.А., Букова В.В. Влияние осмотического давления среды на спиртовое брожение и размножение дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Фер­ментная и спиртовая промышленность. 1978. №5. С. 10-13.

7.  Калюжный М.Д., Петрушко Г.М. Внутриклеточное давление дрожжевой клетки и уточнение его определения // Сборник трудов НИИГС. 1962. Т. 10. - С. 117-123.

8.   Мосичев М.С., СкладнееА.А., Котов В.Б. Общая технология микробиоло­гических производств. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 262 с.

9.   Переработка мелассы на спирт и другие продукты по безотходной техно­логии/В. Г. Артюхов, В.Г. Гарбаренко, Я.С. Гайворонский и др. - М.: Агропром-издат, 1985.-287 с.

 

10.       Пузыревская О. М. Зависимость между осмотическими свойствами дрожжей и их способностью утилизировать повышенные концентрации сахара // Труды института микробиологии и вирусологи и АН Казахской ССР, 1974. Т. 20. С. 28-30.

11.    Розманова И.В., Палагина Н.К., Хрычева А.И. Интенсивность размноже­ния дрожжей в зависимости от концентрации среды // Хлебопекарная и кондитер­ская промышленность. 1981. № 1. С. 40 - 43.

12.    Рычков Ф.С. Актуальные проблемы развития микробиологической про­мышленности // Журнал Всесоюзного микробиологического общества. 1982. Т. 27. №6. -С. 613-617.

13.     Reib J. Der Einsalts on Mikrojrganismen zur Geewinnung ovn Eiweib // Prakt. Naturwiss. Biol. 1982. Vol. 31. № 10. P. 300 - 304.

14.    Система научного и инженерного обеспечения пищевых и перерабаты­вающих отраслей АПК России / А.Н. Богатырев, В.А. Панфилов, В.И. Тужилкин и др. - М.: Пищевая промышленность, 1995. - 528 с.

15.    Скрябин Г. К, Ерошин В.К. Биотехнологическое получение белка. Био­технология / Под ред. А.А. Бабаева. - М.: Наука, 1984. С. 41 - 47.

 

// Сахар. -2005. -№ 2. -С. 55-58

Страницы:
1 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа