Микробный белок. Его свойства и основные продуценты

3.3  Одноклеточные водоросли

В России и ряде других стран для производства кормового белка используются одноклеточные водоросли Chlorella и Scenedesmus, а так же сине-зеленые водоросли из рода Spirulina, которые способны синтезировать белки и другие органические вещества из углекислоты, воды и минеральных веществ за счет усвоения энергии солнечного света. Для их выращивания необходимо обеспечивать определенный режим освещения и температуры, а так же требуются большие объемы воды.

По интенсивности накопления биомассы водоросли, хотя и уступают кормовым дрожжам и бактериям, значительно превосходят сельскохозяйственные растения. При их выращивании в культиваторах открытого типа с 1 га водной поверхности можно получать до 70 т сухой биомассы в год, тогда как при возделывании пшеницы – 3-4 т, риса – 5т, сои – 6 т, кукурузы – 7т.

Содержание белков в клетках хлореллы и сценедемус составляет 45-55 % в расчете на сухую массу, а в клетках спирулины достигает 60-65 %. Белки водорослей хорошо сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот, недостаточно содержится лишь метионина. Наряду с высоким содержанием белковых веществ в клетках водорослей довольно много синтезируется полиненасыщенных жирных кислот и провитамина А – каротина.  Каротина в биомассе водорослей в 7-9 раз больше, чем в травяной муке из люцерны, отличающейся наиболее высоким содержанием этого провитамина среди кормовых трав.  Содержание нуклеиновых кислот в одноклеточных водорослях значительно ниже (4-6 %), чем у бактерий,  однако несколько выше по сравнению с растительными источниками белка (1-2 %) [1].

Технология получения белковой массы из клеток водорослей включает выращивание промышленной культуры в культиваторах открытого или закрытого типа, отделение водорослей от массы воды, приготовление товарного продукта в виде суспензии, сухого порошка или пастообразной массы. Процесс отделения клеток водорослей от массы воды энергоемкий, так как необходимо перерабатывать большие объемы жидкости.

Вначале отстаивают клеточную суспензию, затем клетки водорослей отделяют от воды декантацией. Для ускорения осаждения клеток часто применяется метод химический флоккуляции, вызывающий быструю коагуляцию частиц. После осаждения клеточной биомассы ее пропускают через сепаратор, в результате чего происходит концентрирование суспензии до необходимой концентрации. Если требуется получить пастообразный препарат, то полученную белковую массу высушивают. Для улучшения переваримости биомассы клеток хлореллы и сценедемус проводится их обработка с целью разрушения клеточных оболочек.

В нашей стране наиболее распространено выращивание хлореллы, которая применяется  для кормления сельскохозяйственных животных в виде суспензии или сухого порошка. Суточная норма суспензии хлореллы при кормлении молодняка крупного рогатого скота 3-6 л, взрослых животных 8-10 л. При добавлении в корм жвачных животных муки хлореллы допускается замена 50 %  растительного белка белком водоросли.

Важное значение имеет выращивание водорослей на стоках промышленных предприятий, тепловых электростанций, животноводческих комплексов, так как в этих случаях наряду с получением кормового белка одновременно решаются проблемы, связанные с защитой окружающей среды. Так, например, выращивание культуры сценедемус или хлореллы на стоках животноводческих комплексов в течение 15 сут позволяет почти полностью очистить их от органических веществ, исчезает запах и цвет.  При культивировании  водорослей на промышленных стоках используется отводимый с этих объектов избыток тепла, а также утилизируется углекислота, образуемая как побочный продукт технологических процессов и в результате сжигания различных отходов.

В связи с тем, что биомасса водорослей рода Spirulina легко переваривается ферментами желудочного сока и характеризуется высоким содержанием белков (до 70 % сухой массы), хорошо сбалансированных по аминокислотному составу, она в ряде стран используется для приготовления продуктов питания, главным образом кондитерских изделий, обогащенных белком [2].

3.4  Микроскопические грибы

Ценным источником хорошо сбалансированных по аминокислотному составу белков являются клетки мицелия многих микроскопических грибов. По своим питательным свойствам белки грибов приближаются к белкам сои и мяса, вследствие чего могут использоваться не только для приготовления кормовых концентратов, но и как добавка в пищу человека. Сырьем для промышленного выращивания  микроскопических грибов обычно служат растительные отходы, содержащие клетчатку, гемицеллюлозы, лигнин. При этом одновременно решаются две важные задачи-  получение белковой массы и утилизация отходов растениеводства, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, которые могут быть источниками загрязнения окружающей среды.

Особенно важно найти активные штаммы микроорганизмов, способные утилизировать углерод лигнина, обладающего высокой устойчивостью к разложению микрофлорой. В природе лигнин разлагается лишь грибами коричневой и белой гнили родов Stropharia, Pleurotis, Abortiporus, Coriolus и др. В настоящее время в процессе исследований отобраны атоксичные быстрорастущие штаммы мезо- и термофильных грибов для промышленного культивирования из родов Penicillium, Aspergillus, Fusrium, Trichoderma. Клетки мицелия этих грибов имеют тонкую клеточную оболочку, вследствие чего очень хорошо перевариваются в желудочно-кишечном тракте животных. Они  содержат в своем составе комплекс ароматических веществ, улучшающих хи вкусовые качества, богаты витаминами и легкоусвояемыми липидами. По сравнению с дрожжевыми белки микроскопических грибов отличаются повышенным содержанием аминокислот и лучшей усвояемостью. Концентрация нуклеиновых кислот в грибном мицелии (1-4 % от сухой массы) почти такая же, как в тканях растительного организма. Вместе с тем в биомассе грибов значительно меньше, чем в дрожжах, синтезируется белков (20-60 % от сухой массы) и у них относительно медленней происходит рост биомассы (удвоение биомассы через 4-16 ч, тогда как у дрожжей через 2-3 ч) [2].

Низшие мицелиальные грибы, культивируемые на целлюлозо-лигнинсодержащих растительных отходов, вследствие их способности синтезировать комплекс гидролитических ферментов разлагают целлюлозу и лигнин до простых веществ, из которых образуются аминокислоты и белки. В целях ускорения роста грибов проводится предварительная обработка растительного сырья, повышающая доступность его компонентов для утилизации микроорганизмами. Чаще всего применяют кислотно-щелочной способ обработки целлюлозо- и лигнинсодержащих отходов, отпаривание под давлением, обработка аммиаком и каустической содой. После такой обработки происходит полное или частичное разложение трудногидролизуемых полисахаридов и лигнина, что обеспечивает ускоренный рост грибной массы и сокращение сроков промышленного культивирования грибов (до 7-8 сут).

В зависимости от способа подготовки растительного сырья для культивирования микроскопических грибов применяют и соответствующие технологии их выращивания. Для культивирования грибов на твердой питательной  среде разработан метод твердофазной ферментации, который включает измельчение и обработку растительного сырья парами воды и аммиака, обогащение этого сырья минеральными веществами, посев и выращивание мицелия грибов в заданном режиме аэрации и поддержания оптимальной температуры. Однако при такой технологии культивирования грибов коэффициент использования растительного сырья невысокий, что предопределяет и сравнительно невысокий уровень содержания белка в выращиваемой грибной массе (20-30 % от сухой массы).

Более высокий коэффициент использования сырья обычно достигается при выращивании грибов на гидролизатах растительных отходов и жидких отходах деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, для этих целей применяют метод глубинного культивирования, как и при выращивании кормовых дрожжей. Содержание белков в грибной массе, выращенной на жидкой питательной среде, может достигать 50-60 % от сухой массы.

Хорошая переваримость грибной белковой массы в организме животных, а также низкий уровень содержания нуклеиновых кислот позволяют ее использование в качестве кормовой добавки в значительно большей концентрации, чем кормовые дрожжи. Обычно при кормлении молодняка животных допускается введение в кормовые рационы грибного белка в пределах 15-20 % от белка корма, а при кормлении взрослых животных возможна замена в корме 50 % растительного белка на грибной [3].

Заключение

Микробная клетка способна за сутки переработать огромную массу питательных веществ, в 40 раз превышающую ее собственную. Необычайная скорость размножения, возможность синтезировать в больших количествах самые разнообразные вещества и вызывать биохимические процессы, которые не могут осуществлять клетки животных и высших растений, - все эти свойства микробов превращают их в непревзойденных производителей многих ценных продуктов. И прежде всего белка, который по своему аминокислотному составу, пищевым качествам приближается к естественному продукту, а то и превосходит его.

Способ получения микробного белка - индустриальный, не зависит ни от климата, ни от сезона. Его можно использовать и на Крайнем Севере, и в экваториальных странах. Важно и то, что бактерии, дрожжи, грибы и водоросли, применяемые в биотехнологии, отличаются очень высокой продуктивностью.

Список используемой литературы

1. Биотехнология. Производство белковых веществ / В.А. Быков [ и др.]. -  М.: Высшая школа, 1987 . – 242 с.

2. Воробьева А.И. Промышленная микробиология / А. И Воробьева. – М.: изд. Московского университета, 1989. – 319 с.

3. Сельскохозяйственная биотехнология: учебник / В. С. Шевелуха [и др.]; под ред. В. С Шевелухи – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2003. – 469 с.

4.Промышленная биотехнология: производство белка микроорганизмов [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  http://www.biotechnolog.ru/prombt/prombt6_1.htm

22