Практическая работа № 14 Получение кормового микробного белка

Общие сведения

Одной из важных задач биотехнологии является обеспечение сельского хозяйства полноценным кормовым белком микробного происхождения. Потребности животноводства и птицеводства в кормовом белке удовлетворяются, в основном, за счёт растениеводства. Однако даже такие ценные растительные корма, как зерновые культуры, картофель, кормовые травы, могут быть эффектно использованы только при добавлении полноценного белка, витаминов и микроэлементов. Для улучшения качественного состава растительных кормов их обогащают рыбной или мясокостной мукой, жмыхом, обезжиренным молоком и т.д. Однако объём производства этих белковых добавок не удовлетворяет потребностей животноводства. Во всех странах мира, отмечается большой дефицит кормового белка. Поэтому производство микробного белка сможет решить эту важную проблему.

В зависимости от использования сырья для кормовых белковых продуктов приняты следующие товарные названия:

1. Кормовые дрожжи или гиприн – получают на гидролизатах растительного сырья или сульфитных щелоках;

2. Кормовые дрожжи, белково-витаминный концентрат (БВК) или паприн - получают на парафинах нефти;

3. Гаприн – получают на природном газе;

4. Меприн – получают на метиловом спирте;

5. Эприн – получают на этиловом спирте.

Кормовые дрожжи – это высушенная до определённой влажности биомасса м.о. – биологически полноценный корм. Источник белка, витаминов и минеральных веществ. Содержание протеина достигает 52 – 55%, причём по содержанию незаменимых аминокислот микробные белки близки к белкам животного происхождения.

Витамины группы В, содержащиеся в кормовых дрожжах, положительно сказываются на белковом обмене в организме животных. Кроме того, в кормовых дрожжах присутствуют эргостерин, который при облучении УФ-лучами, легко превращается в витамин Д₂. В кормовых дрожжах содержатся ценные для животных и птиц макро- и микроэлементы: фосфор, калий, кальций, железо, магний, натрий, сера, марганец и др.

Средняя норма использования сухих дрожжей составляет в среднем 1 г на 1 кг живой массы животного в сутки.

Ход работы.

Процесс производства кормовых дрожжей включает все основные стадии микробиологической технологии.

1. Получение посевного материала.

2. Приготовление питательной среды.

3. Ферментация (культивирование).

4. Концентрирование дрожжей.

5. Плазмолиз.

6. Сушка.

7. Фасовка и упаковка.

Получение посевного материала.

Для производства кормового белка в заводской практике используют различные штаммы дрожжей видов Candida utilis, C. tropicalis,C. guiflirmondii и др. Они способны расти на разнообразных субстратах и давать высокий выход биомассы. Производство кормовых дрожжей – процесс не стерильный, поэтому в ферментёрах развиваются не монокультуры, а ассоциации культур, принадлежащие к 5 – 8 различным видам. Смешанные культуры более устойчивы к колебаниям состава субстрата и технологического режима, а также к появлению посторонней микрофлоры. Засеивают ферментёр посевным материалом, полученным из чистой культуры, не содержащей посторонней микрофлоры.

Посев чистой культуры производят из музейной пробирки на три пробирки со скошенной агаризированной средой, в стерильных условиях и выращивают дрожжи при температуре 35 –36 ^оС в течение 48 часов.

Затем готовят питательную среду состава, %: глюкоза – 2; NaSO₄ – 0,05; автолизат дрожжей – 2; K₂SO₄ – 0,05, KH₂PO₄ – 0,5.

Стерилизуют её в автоклаве в течение 1 часа, разливают в три стерильные колбы по 100 мл в каждую и ведут культивирование на качалке при температуре 36 – 38 ^оС в течение 16 – 18 часов.

Приготовление питательной среды.

Как указывалось выше, для выращивания дрожжей можно использовать различные среды. В данной работе в качестве среды можно использовать мелассную барду – отход спиртового производства. Барду разбавляют водой в два раза и добавляют сульфат аммония – 1 г/л и суперфосфат – 3 г/л.

Ферментация (культивирование).

Культивирование ведут на установке для непрерывного культивирования при рН 4,4 – 4,8, температуре 28 – 34 ^оС, непрерывной подаче барды и оттоке культуральной жидкости (микробной суспензии), интенсивной аэрации (30 л воздуха в час на 1 л жидкости).

Перед работой установки стерилизация с помощью раствора хлорамина, промывается стерильной водой. В ёмкость для питательной воды заливают около 1 л среды и заполняют лабораторный ферментёр на 60 – 70% объёма. Затем из ёмкости для посевного материала производят досев питательной среды посевным материалом с концентрацией дрожжей не менее 50 г/л в количестве 10% от объёма питательной среды и начинают подачу воздуха. Через 1 час устанавливают скорость протока питательной среды (по заданию преподавателя). В отобранной микробной суспензии определяют концентрацию дрожжей. Эффективность процесса культивирования характеризуется выходом биомассы с единицы полученной ёмкости ферментёра.

Концентрирование дрожжей.

В микробной суспензии, вытекающей из ферментёра, содержится от 20 до 50 г/л дрожжей, имеющих влажность до 75%. Влажность конечного продукта – товарных кормовых дрожжей – должна составлять 9 – 10%. Для удаления влаги применяют постепенное концентрирование (сгущение) дрожжей, а затем сушку. Наиболее распространённая технология: флотирование, сепарирование, упаривание, сушка. Фильтрование практически не применяется вследствие низкой эффективности. В лабораторных условиях схема выполнения может варьироваться в зависимости от наличия оборудования. Можно применять также центрифугирование. При этом концентрация дрожжей на разных участках составит, г/л:

Из ферментёра – 30 – 40

После флотации и промывки – 60 – 70

После сепараторов первой ступени – 300

После сепараторов второй ступени – 600

Плазмолиз.

Перед подачей суспензии на выпаривание проводят плазмолиз при температуре 75 – 80 ^оС в течение 30 – 40 минут. При этом дрожжевые клетки и вся сопутствующая микрофлора погибает, что очень важно при использовании дрожжей в качестве добавки к кормам: живые клетки плохо усваиваются организмом животных и могут вызвать заболевание – кандидоз. Кроме того, в результате плазмолиза суспензия дрожжей гомогенизируется, что положительно влияет на последующий процесс упаривания. Выпарку можно проводить в вакуумном роторном испарителе при температуре 60 – 80 ^оС (чтобы не допустить инактивацию биологически активных веществ).

Сушка.

В лабораторных условиях сушку можно производить в сушильном шкафу до остаточной влажности 8 –10%.

Фасовка и упаковка дрожжей.

Сухие дрожжи представляют собой сильно пылящий порошок. Их хранят и транспортируют в бумажных мешках. Более перспективным является выпуск гранулированных кормовых дрожжей, удобных для хранения, транспортировки и дозирования у потребителя.

Контрольные вопросы:

1. Основные стадии микробиологической технологии получения микробного белка.

2. Типы сырья для получения микробного белка.

3. Способы концентрирования дрожжевой суспензии

4. Назначение плазмолиза в технологии производства микробного белка.