Традиционная биотехнология
Биосинтез белковых веществ
синтез аминокислот
Синтез витаминов
Синтез антибиотиков
Синтез гормонов
Другие направления использования биотехнологических традиций
Биосинтез белковых веществ
Научная основа микробиологической промышленности это умение создавать микроорганизмы с новыми генетическими свойствами и умение использовать их в промышленных масштабах.
В нормальных клетках обычно производятся вещества в количестве необходимых для их жизнедеятельности, но если вызывать изменения в их регулирующих системах, можно создать микроорганизмы производящие те или иные вещества десятки и сотни раз больше норм. Такие микроорганизмы называются суперпродуцентами.
Одна из наиболее острых проблем нашего времени - дефицит белка в питании. Более ½ населения мира не получают полноценного по аминокислотному составу белка, что приводит к появлению ряда заболеваний, увеличению смертности, снижению работоспособности, отрицательно влияет на будущее поколение. В промышленных странах в пище населения содержание белка составляет 90 г, а животных 44 г/сутки, что близко к норме, а в развивающихся странах- 58 и 9г/сутки. Кроме количества белка имеет значение и его качество, т.к. если некоторые аминокислоты организмы могут синтезировать сами, то незаменимые (лизин, метионин, триптофан, валин и др.) в организме не синтезируется или синтезируются в очень небольших количествах и должны поступать из вне.
В животноводстве сбалансированность по белку рационов не может быть достигнута только традиционными ресурсами, поэтому большую роль играет получение биомассы микроорганизмов. Такую биомассу можно производить круглосуточно на дешевом сырье, в ней содержится большое количество белка (40-85%). Состав биомассы микроорганизмов легко поддается техническому и селекционному контролю, можно подобрать или создать методами генной инженерии микроорганизмы, имеющие избыток именно тех аминокислот, которые дефицитны в потребляемых растительных кормах и т.о. сбалансировать их.
Использование микробного белка при одном и том же количестве кормового зерна позволяет получить в 1,5-2 раза больше продукции животноводства. Затраты на производство такого белка примерно такие же как при производстве растительного белка, в то время как по биологической ценности и составу кормов препараты из одноклеточных более полноценны.
Во многих странах мира белок одноклеточных применяются для обогащения пищевых продуктов (колбас, сыров ,хлеба ,консервов).Разработаны биотехнологические методы получения белковых препаратов, которые можно использовать для приготовления блюд,анологичных мясным и рыбным, в первую очередь для диетического питания .
Разработаны технологии комплексной переработки биомассы одноклеточных с получением не только белковых компонентов пищи , но и нуклеиновых кислот витаминов и других физиологически активных веществ .
Большое количество белка требуется для технических нужд, и в этих целях большое значение имеет использование микробного белка, полученного биотехнологическими способами. В древности при строительстве использовали яичный белок , сейчас можно применять белок одноклеточных. Такой белок можно использовать в качестве компонентов клеев, красок, защитных покрытий, пластиков, химических волокон и т.д. - все это приводит к сокращению расходов сельскохозяйственного сырья.
Обычно для получения биомассы используют различные виды дрожжей. Преимуществом этих микроорганизмов является их технологичность. Преимуществом этих микроорганизмов: устойчивость к инфекциям, легкость отделения от среды благодаря крупным размерам клеток, способность расти на относительно простых средах, генетическая устойчивость, высокие питательные свойства и приятный запах биомассы.
Для получения пищевого белка можно использовать промышленное выращивание различных видов низших и высших грибов. По мнению некоторых ученых к началу 21 века в пищевом рационе людей 1/3 белка будут составлять белки грибов.
Для получения белковых веществ используются и бактерии, которые отличаются от других организмов высокой скоростью роста, высоким содержанием белка и метионина в биомассе. По характеру распределения аминокислот бактериальный белок приближается к животному и поэтому имеет большую ценность в качестве кормового препарата.
Продуцентами белка могут быть водоросли. Они легко отделяются от субстрата и общее содержание белка в водорослях может достигать 70 %,причем эти белки могут быть полноценны по аминокислотному составу. При культивировании водоросли можно получить в 2-10 раз больше сухого вещества, чем при выращивании высших растений.
Можно получить мутанты водорослей с повышенной скоростью роста, выходом биомассы и с лучшим биохимическим составом. Водоросли используют в качестве компонентов кормового рациона сельскохозяйственных животных и птицы.
Потенциальный источник белка- простейшие организмы. В последнее время с целью получения кормового белка выращивают на органических отходах и различные группы почвенных беспозвоночных ( дождевые черви и др.).
Первоначально получение белка путем микробиологического синтеза осуществлялось на отходах некоторых производств ( в основном пищевых).
Новый этап получения белка одноклеточных был связан с содержанием крупнотоннажных производств на углеводородах нефти. Технологичность сырья и высокие выходы биомассы на парафинах ( 100% против 50% на углеводном сырье) сделали экологически целесообразным производство БВК на этом сырье.
При использовании очищенных жидких парафинов С10-С24, хорошо усваиваемых дрожжами, можно получить кормовой продукт без стадии очистки биомассы от остаточных углеводородов.
В последние годы появились сообщения по получению белка одноклеточных на спиртах ( метанол, этанол), органических кислотах, альдегидах.