23 Микробилогия получения белка.

Одним из реальных путей удовлетворения потребностей животноводства в полноценном кормовом протеине является производство микробного белка - продуктов биологического синтеза микроорганизмов дрожжей, бактерий, низших мицелиальных грибов, простейших водорослей. Это производство выгодно отличается от производства белков растительного и животного происхождения высокой скоростью роста и развития микроорганизмов.

В производстве кормовых дрожжей чаще всего применяют культуры родов Candida, Тrichosporon, Saccharomyces и другие Ценность дрожжевой, как и бактериальной, биомассы определяется содержанием в ней белка, витаминов, микроэлементов. Некоторые дрожжи (R. gracilis) интенсивно накапливают липиды (до 40%), каратиноиды (до 300 мкг/г) при содержании белка 30-35%. Утилизации биомассы клеток, содержащих различные биологически активные вещества, является прямое использование ее в кормлении сельскохозяйственных животных. Преимущество: способ культивирования в промышленных условиях достаточно отработан; клетки дрожжей больше клеток бактерий, что облегчает сепарацию; питательная ценность и гигиенические качества биомассы хорошо изучены. Недостатки: белок дрожжей беден серусодержащими аминокислотами и содержит сравнительно большое количество (3-6%) нуклеиновых кислот; клетки имеют прочную оболочку, что затрудняет действие пищеварительных ферментов к питательным веществам клетки.

Самым высоким содержанием белковых веществ отличаются бактерии (до 70% биомассы). Преимущество – наличие в достаточно большом количестве метионина и цистина. К основным недостаткам бактерий относятся высокий уровень в белке нуклеиновых кислот (до 25%), наличие в клетках ряда компонентов, безвредность которых для жи­вотных находится пока под сомнением, более низкий коэффи­циент выхода биомассы, чем у других микроорганизмов, и сравнительно сложный процесс выделения ее из культуральной среды, так как и та и другая близки по плотности.

Из одноклеточных водорослей наиболее подходят для массового культивирования зеленые протококковые водоросли рода Chlorella и Scenedesmus, a также сине- зеленая спиралевидная водоросль Spirulina. Микроводоросли относятся к организмам с активным биосинтезом белков, витаминов и других биологически активных веществ. Содержание белка в сухой биомассе протококковых водорослей составляет 40-45%, спирулины – 75-80%. Белок микроводорослей насчитывает более 18 аминокислот (10 незаменимых).

B качестве продуцентов белка, аминокислот, витаминов и других биологически активных веществ используют грибы родов Penicilium, Aspergillus, Fusarium, Trichoderma Преимущество нитевидных грибов в легкости отделения биомассы от культуральной жидкости фильтрованием, в меньшем содержании РНК по сравнению с дрожжами и бактериями. Недостатком является более жесткие требования к условиям культивирования, меньшие скорости роста. Особое место среди потенциальных продуцентов биомассы и биологически активных веществ занимают съедобные базидиальные грибы, плодовые тела которых издавна употребляются в пищу. В качестве исходного сырья м/о могут использовать не пищевое сырье – отходы сельского производства (солома, початки кукурузы, оболочки злаков), а также спиртовой, целлюлзо-бумажной и лесной промышленности. Применение отходов пищевой промышленности, богатых сахарами, витаминами, микроэлементами, способствует интенсификации процессов энергетического и конструктивного обменов, что ведет к наибольшему накоплению биомассы и синтезу ценных продуктов.

Для получения кормового (дрожжевого) белка используют очищенные жидкие парафины нефти. Микроскопические грибы способны расти на средах с углеводородами. С помощью микроскопических грибов можно обогатить белком отходы целлюлозо-бумажного производства, молочной и сахарной, картофеле- и крахмал перерабатывающей промышленности. Для кормовых целей бактериальную биомассу получают, используя дешевые субстраты - молочную сыворотку, экскременты животных, растительные материалы. Для получения биомассы базидиомицетов применяют мелассу. При выращивании P. tigrinus на среде с мелассой, молочной сывороткой, на клеточном соке картофеля образует от 49 до 51% белка. Культивирование м/о, можно осуществлять как на пищ, так и тех-х отходах. Z

24 Производство биологич удобрений.

В кач-ве удобр исп почвен м/о, к-е улуч стр-ру почв, накап в ней пит в-ва, минерализ-ют в ней орг и неорг соед, превращ их в легко усваемую для раст форму. Азотобактерин- Azotobacter Chorococcum. Этот м/о способ фиксир-ть до 20 мг атом азота на кажд грамм исп-го сахара. Кроме того азотобактер выд БАВ, стим-щие рост раст( никотин, пантотеновая к-та, пиридок-син, гибберилин, гетероауксин). Все виды азотобактер строгие аэробы, чувс-ны к налич в среде Р, поэт их культив провод на аэр пит ср, содер орг или неорг фосфор соед. 1) получ чистой культуры на пит ср, седер агар, отвар семян бобовых, сахарозу, сульфаты Fe, Mn, соль молибден к-ты. рН=5,7- 6,5. Усл аэрац 1 объем воздуха на 1 V ср. Сульфаты Mg, NH₄, NaCl, мел и двузамещенный фосфат К входит в состав жидк пит ср. 2) Сепарирование. 3)Высуш-е. Помимо сух получ почвенный и торфян азотобактерин. Не высуш-ют, а смеш с тверд субстратом и фасуют. Исп для обр-ки семян зерновых в сух виде, в виде суспензий исп для обр картофеля. Фосфобактерин – Bacillus megaterium вариант phosphaticum. Пр соб порошок светлосер цвета (или желт), содер высуш бактер массу и компон-ты пит ср. Бакт-и спос-ны превращ слож орг соед и минер фосфаты в доступ для раст форму, выдел вит гр В, стим-е рост. Это мелк гр+ спорообр-е аэроь пал. Растут на ср содер кукур экстракт, мелассу, (NH₄)₂SO₄, мел, в ферментере, в асепт усл при переем, 28-30 С, рН 6,5-7,5. Проц ведут до стабил-и спорообр-я. Далее сепарир-ют и высуш распылит сушкой. Исп на чернозем почвах при обр семян зерновых, картофеля и др культурн раст.

28 Биотехнология и экология.

Отходы деятельности в области сельского хозяйства, лесной и пищевой промышленности можно использовать в различных целях, для получения энергии с одновременным увеличением биомассы и уменьшением загрязненности окружающей среды. Их также можно при помощи микроорганизмов разлагать до сбраживаемых соединений или превратить в белки Культивирование водорослей в сточных водах, способствует не только очистке этих вод, но и получению биомассы, богатой белками и микроэлементами.

Побочные продукты и отходы, содержащие углеводы, можно перерабг» тать путем традиционного микробного брожения

меласса, содержащий помимо сахара сульфиты, карбонаты и соли кальция и магния. Однако при брожении мелассы используется не весь остаточный сахар.

Крахмал составляет около 50% сухого веса зерен злаков, картофеля и маниока. Он легко подвергается кислотному или ферментативному гидролизу, в результате чего получаются декстрины и глюкоза. они используются для ферментационного производства спирта и фруктозного сиропа.

Гемицеллюлозы охватывают группу полисахаридов, связанных с целлюлозойПри гидролизе гемицеллюлоз, в частности ксиланов, образуются пентозы, главным образом ксилозы. обнаружили анаэробную бактерию, Thermobacteroides saccharolyticum, которая при температуре выше 40° С вызывает деградацию гемицеллюлоз, Среди полу­ченных конечных продуктов были этанол и молочная кислота. после превращения ксилозы в ксилулозу последняя может сбраживаться в спирт при участии Saccha-romyces cerevisiae. Изомеризация ксилозы в ксилулозу осуществляется ферментом ксилозоизомеразой. При введении гена, кодирующего этот фермент, в дрожжевые клетки может происходить изомеризация альдопентоз в альдо-цетозы и последующее спиртовое брожение. Что касается гидролиза целлюлозы в глюкозу, то его можно провести при помощи Trichoderma reesii, целлюлаза которой разрушает кристаллическую и нерастворимую целлюлозу.

3. Подходы к решению проблемы очистки водоемов от разливов нефти и различных углеводородов.

бактериях, относящихся к роду Pseudomonas, имеются оксиредуктазы или гидроксилазы, способные разлагать большое число молекул углеводородов и ароматических соединений, часто высокотоксичных (бензол, толуол, ксилол). В случае некоторых штаммов Pseudomonas putida гены, кодирующие эти ферменты, находятся в составе плазмид. Известны четыре такие плазмиды: ОСТ (разложение октана, гексана и декана), XYL (разложение ксилола и толуола), САМ (разрушение камфоры) и NAH (разложение нафталина). Был получен штамм содержащий все эти плазмиды в одной клетке. Он способен быстро расти на не очищенной нефти, т к метаболизирует углеводороды активнее, чем один из штамов содержащих только одну плазмиду. разработали технологию ускоренно­го размножения живущих в море бактериальных видов, которые способны разлагать углеводороды. Для ускорения биоразложения загрязненная поверхность покрывалась микроэмульсией, содержащей инкапсулированную смесь углерода, азота и фосфора. Как оказалось, добавление этих веществ стимулировало размножение полезных бактериальных штаммов. Преимущество биологического процесса состоит главным образом в том, что он не вызывает появления нового загрязняющего агента в окружающей среде. Новая технология найдет применение как в морях, так и в болотах и лагунах, куда нелегко добраться, а также для контроля случайных загрязнений, например, в акваториях портов.

4. Проблема биологической деградации пестицидов. Некоторые микробы способны изменить молекулу таким образом, что она затем разлагается под действием других микробов. разрушения сильного высокотоксичного инсектицида, паратиона, под действием двух штаммов Pseudomonas (P. aeruginosa и P. stutzerij. Часто результатом химического превращения токсичной молекулы является не полное разложение, а детоксификация: фосфорилирование, метилирование, ацетилирование и т. д. Ферменты, кат-е реакции детоксификации, часто кодируются генами, находящимися в составе плазмид. удалось получить микробную культуру, способную полностью метаболизи-ровать 2,4,5-Т (2,4,5-трихлорфеноксиуксусную кислоту), которая явл сильным гербицидом. Выделили на очистных станциях несколько м/о и смешали их с др м/о, содержащими ряд плазмид с генами Е разложения орг. соединений (толуола, ксилола, хлорпроизводных и салицилатов).