Способ получения биомассы
Способ получения биомассы предусматривает выращивание бактерий или ассоциаций бактерий с амилолитическими дрожжами, в условиях аэрации на питательной среде, содержащей в качестве источника углерода муку и/или отходы переработки злаковых культур - отруби и др., подвергнутые предварительно ферментативной обработке с помощью комплексных ферментных препаратов Амилосубтилина ГЗХ и/или Глюкаваморина ГХ. Способ позволяет при расходе ферментов от 0,25% до 1,0% от абсолютно сухого вещества сырья получать биомассу с содержанием белка до 50 - 60% и полным набором аминокислот, витаминов группы B (в том числе B12), H,E,F, а также микро- и макроэлементов. Возврат жидкой фазы (технологического конденсата) в процесс культивирования обеспечивает безотходную технологию, экономию воды и минеральных солей. 3 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам получения из отходов зернового и растительного сырья белковых продуктов, используемых для включения в рацион кормов сельскохозяйственных животных и птицы.
Белковые продукты могут быть получены на основе различных крахмал- и целлюлозосдержащих отходов, в частности на пшеничной соломе, картофельном крахмале, жмыхах сои, арахиса, рапса, на зерне хлебных злаков (муке, отрубях) и др. Известны способы получения кормовых белковых продуктов с использованием дрожжей, проводимых, например, на ферментолизате картофеля (патент Франции N 2285080, кл. A 23 J 1/18, 1976) и на ферментолизате кукурузы (Патент Франции N 2300806, C 12 D 13/06, 1976). Предварительно сырье подвергают той или иной обработке - механической, термической, гидролизуют минеральными кислотами или ферментами. Предобработка сырья с помощью ферментативного гидролиза с использованием амилолитических и протеолитических ферментов имеет преимущество перед кислотным гидролизом, так как не требует специального оборудования из дорогих кислотоупорных материалов и создания давления для ускорения процесса гидролиза. Предобработанное сырье служит источником углеродного питания при выращивании на нем микроорганизмов. В результате сырье обогащается микробным белком. Для получения высокобелковых продуктов кормового назначения можно использовать различные виды микроорганизмов, способные расти на указанных субстратах - дрожжи, грибы, водоросли и бактерии. Последние являются наиболее перспективными продуцентами белка, так как способны накапливать в клетках на 10-15% белка больше, чем остальные микроорганизмы. Известен способ получения белковых продуктов на основе размолотого зерна пшеницы, ячменя или кукурузы, а также отрубей пшеницы без предварительной гидролизной обработки при выращивании на них смеси штаммов дрожжей, включающей штамм, обладающий амилолитической активностью (авт. св. СССР N 1601115, кл. C 12 N 1/16, 1990). Однако этот способ длителен, неэкономичен и сопровождается сравнительно невысоким накоплением белка (максимально 28-36% к абсолютному сухому веществу). Известен способ получения кормового белкового препарата, который включает предварительную предобработку ферментами крахмалсодержащего сырья на основе ржи, пшеницы, ячменя и картофеля (патент ФРГ N 2548641., A 23 J 1/14, опубл. 1978). Эта предобработка проводится в сочетании с кислотным гидролизом и предусматривает при выращивании дрожжей введение того или иного дополнительного источника углерода, например спиртов, что может привести к дополнительным затратам. Однако содержание белка в продукте и в этом случае недостаточно высокое и не превышает 44% от ABC. Перечисленные способы получения кормового белкового препарата не предусматривают повторное использование технологического конденсата, оставшегося после выделения целевого продукта, что обеспечивает безотходное производство и экономию расхода воды. Известен способ получения биомассы на основе выращивания дрожжей в условиях аэрации на питательной среде, содержащей углеводороды в качестве источника углерода, а также минеральные соли макро- и микроэлементы, дальнейшего разделения суспензии дрожжей на сгущенную и осветленную фракции, нагрева сгущенной фракции, повторного его разделения на осветленную и сгущенную фракции, возврата охлажденной осветленной фракции на стадию выращивания и высушивания сгущенной фракции (авт. св. СССР N 646798, кл. C 12 N 1/28, 1975). Однако этот способ качается только процесса ферментации на субстрате, представляющем собой высокоочищенный жидкий парафин, который полностью ассимилируется дрожжами, и не может быть использован при ферментации такого сложного органического субстрата, как зерновые отходы, полностью не утилизируемые микроорганизмами и остающиеся в культуральной жидкости как в виде твердых включений, так и в растворенном виде. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения биомассы путем выращивания дрожжевых культур в условиях аэрации на питательной среде, содержащей отруби и/или муку злаковых культур, подвергнутых предварительно ферментативной обработке, а также минеральные соли и микроэлементы, с последующим выделением целевого продукта. Ферментативную обработку проводят амилолитическими или протеолитическими ферментами, взятыми в количестве 0,5-1,0% на ABC (абсолютно сухие вещества) сырья, при 50-70oC, pH 7,0-7,4 в течение 1-1,5 ч., а выращивание дрожжей p. Candida осуществляют в условиях избытка ионов железа и фосфата (патент России N 2041946, кл. C 12 N 1/16, 1995). В данном способе для ферментативной обработки отрубей и/или муки используют, в основном, индивидуальные амилолитические или протеолитические ферменты, такие как







Acetobacter methylicum ВСБ-867 ЦМПМ В-1947 (патент РФ N 925112, C 12 N 15/00, 1982);
Acetobacter methylovorans ВСБ-914 ЦМПМ В-2479 (патент РФ N 1070916, C 12 N 15/00, 1983);
Все штаммы характеризуются высоким содержанием белка - до 76% к ACB. Они очень близким по своим основным морфолого-физиологическим и биохимическим свойствам, являются факультативными ацидофильными метилотрофами, но кроме метанола используют в качестве источника углерода и другие соединения, в частности моно- и дисахара, органические кислоты и др. Штаммы различаются чувствительностью к типовым фагам и термоустойчивостью: оптимальный рост у Acetobacter methylicum ВСБ-867 при 28-30oC, у Acetobacter methylicum ВСБ-924 - 30-36oC и Acetobacter methylovorans ВСБ-914 при 36-40oC. При необходимости штаммы могут быть взаимозаменяемы. В результате многочисленных экспериментов, проведенных авторами настоящего способа, удалось установить важное свойство у указанных выше штаммах, способность активно развиваться на углеводных субстратах и, в частности, на ферметолизате отрубей и/или муки не только при низких значениях pH, но при pH 6,5-6,8. При нестерильном культивировании в ферменте на ферментолизатах отрубей и/или муки в кислой среде при pH ниже 6,0 происходит, как показали опыты, быстрое инфицирование дрожжами и грибами и вытеснение продуцента из процесса на 30-40% и более от общего числа клеток. В результате в получаемом продукте в сильной степени снижается содержание белка. При повышении pH среды до 6,5-6,8 инфицированность дрожжами и грибами снижается до 5-10% и это дает возможность получить продукт высокого качества с достаточно высоким содержанием белка. Авторами способа была проверена возможность использования в качестве продуцентов белка вместо бактерий штаммов дрожжей аналогичных штаммам прототипа. Выращивание дрожжей проводили на отрубях и смеси отрубей и муки, обработанных Амилосубтилином ГЗХ в соответствии с заявляемым способом, а также

(NH4)2SO4 - 3,5
KH2PO4 - 0,1
MnSO4

CuSO4

ZnSO4

H3BO3 - 0,002
Na2MoSO4

Бактерии выращивают периодическим способом в течение 8 ч. Поддерживают температуру среды 32-35oC, pH 6,5-6,8. Для поддерживания pH на заданном уровне в процессе роста культуры вводят автоматически раствор аммиака (6%). Процесс культивирования контролируют по содержанию углеводов. После потребления углеводов до PB=0,02% культуру в ферментере выдерживают еще два часа при аэрации и перемешивании. В этот период ("дозирования") потребляют остатки углеводов и идет интенсивное использование органических кислот (их содержание снижает почти вдвое, до 0,12%). Уровень накопления белка за два часа "дозирования" поднимается на 3% и к концу процесса составляет 50,0% от ABC. Полученная биомасса вместе с остатками субстрата подвергается плазмолизу, выпарке и распылительной сушке. Готовый продукт помимо белка содержит витамины группы B (мг/кг):
B1 - 18,3
B2 - 39,5
B3 - 49,8
B5 - 193,0
B6 - 7,7
Bc - 0,25
B12 - 1,02,
а также витамины
H - 0,85
E - 90,7 и др. Кроме того, продукт имеет широкий набор микро- и макроэлементов: Ca, K, Mg, Na, Fe, Zn, Mn, Cu, Co, Mo, B, аминокислот (сумма аминокислот 37% от ABC) и в их числе такие, как триптофан, лизин, метионин, цистин, аспарпагиновая кислота и др. Пример 2. Выращивают бактерии Acetobacter merhylicum ВСБ-924 по тому же режиму, что в примере 1. Ферментолизат готовят тем же способом, что и в примере 1, но в качестве субстрата используют (385 кг) пшеничную муку вместо отрубей. Полученный ферментолизат содержит PB=4,8%. Качество конечного продукта как в примере 1. Содержание сырого протеина 60% от ABC. Пример 3. Выращивают бактерии Acetobacter merhylicum ВСБ-867 по тому же режиму, что и в примере 1, но при 28-30oC. Ферментолизат готовят тем же способом, что в примере 1, но в качестве субстрата используют смесь ржаных отрубей и пшеничной муки в соотношении 1:1 (т.е. по 192,5 кг каждого вида). Полученный ферментолизат содержит PB=3,6%. Качество конечного продукта, как и в примере 1. Содержание сырого протеина 54% от ABC. Пример 4. Выращивают бактерии Acetobacter merhylicum ВСБ-924 по тому же режиму, что в примере 1. Ферментолизат готовят тем же способом, что в примере 1, но вносят фермент Глюкаваморин ГХ в количестве 0,5% от ABC. Полученный ферментолизат содержит PB=4,54%. Качество конечного продукта как и в примере 1. Содержание сырого протеина 56% от ABC. Пример 5. Выращивают бактерии Acetobacter merhylovorans ВСБ-914 по тому же режиму, что и в примере 1, но при 36-38oC. Ферментолизат готовят тем же способом, что и в примере 1, но вносят смесь ферментов Амилосубтилина ГЗХ и Глюкаваморина ГХ в соотношении 1:1 (по 0,25% каждого от ABC субстрата, т.е. по 0,96 кг). Полученный ферментолизат содержит PB=3,56%. Качество конечного продукта, как и в примере 1. Содержание сырого протеина 53,5%. Пример 6. Выращивают бактерии Acetobacter methylicum ВСБ-924 по тому же режиму, что и в примере 1. Ферментолизат готовят тем же способом, что и в примере 1, но вносят смесь ферментов Амилосубтилина ГЗХ и Глюкаваморина ГХ в соотношении 3:1 (0,375% Амилосубтилина ГЗХ и 0,125% Глюкаваморина ГХ от ABC субстрата, т.е. 1,44 кг и 0,48 кг соответственно). Полученный ферментолизат содержит PB=3,06%. Качество конечного продукта, как и в примере 1. Содержание сырого протеина 51.0%. Пример 7. Выращивают бактерии Acetobacter methylicum ВСБ-924 в смеси с амилолитическими дрожжами Saccharomyces cerevisiae ВКПМ У-1218 по тому же режиму, в примере 1. Дрожжи вносят в засевной материал в количестве 10% от общего числа в инокуляте (90% бактериальных клеток и 10% клеток дрожжей). Ферментолизат готовят тем же способом, что и в примере 1. Полученный ферменитолизат содержит PB=2,10%. В конце выращивания соотношение числа клеток бактерий и дрожжей практически не меняется и сохраняется на уровне засевной культуры. Качество конечного продукта, близкое к примеру 1, но немного ниже количество витамина H. Содержание сырого протеина 52%. Пример 8. Ферментолизат готовят тем же способом, что и в примере 1. Выращивают бактерии Acetobacter methylicum ВСБ-924 в тех же условиях, что и в примере 1, но не в периодическом, а в непрерывном режиме при скорости разбавления 0,2 ч-1 при начальной концентрации в среде PB до 2,0%, ACB = 8,0-10%. Содержание сырого протеина 48-50%
Средний образец готового продукта, полученный при непрерывном режиме выращивания при скорости разбавления от 0,12 до 0.2 ч-1 имеет следующую характеристику:
Содержание компонентов в % от ABC:
Сырой протеин - 48,5
Липиды - 2,5
Нуклеиновые кислоты - 5,6
Углеводы - 12,5
Сумма аминокислот - 37,2
(в том числе триптофан - 1,0; лизин - 2,1; метионин + цистин- 1,3 и др. ). Кроме того, в образце содержатся витамины группы B, D, A, E, H, набор микро- и макроэлементов. Тяжелые металлы Hg, Pb, Cd отсутствуют. Пример 9. После выращивания и "дозирования биомассы", полученной по режиму примера 1 или по режиму примера 8, ее отделяют от культуральной жидкости в процессе выпарки. Отделенную жидкую фазу (технологический конденсат) полностью возвращают для приготовления ферментолизата. Фереметолизат готовят на смеси воды и технологического конденсата (в соотношении 1: 1) тем же способом, что и в примере 1, но минеральные соли вносят в меньшем количестве, чем в примере 1, т.е. (NH4)2SO4 - 2,0
KH2PO4 - 0,05
MnSO4

CuSO4

ZnSO4

H3BO3 - 0,001
Na2MoSO4

Выращивают бактерии Acetobacter methylicum ВСБ-924 в тех же условиях, что и в примере 1. Содержание сырого протеина 51,0%. Таким образом, предлагаемый способ позволяет за счет предобратки отходов зернопроизводства - отрубей и/или муки и т.п. ферментными препаратами, содержащими в комплексе набора специфических индивидуальных ферментов, позволяющих максимально разрушать углеродсодержащее сырье и получить ферментолизат с доступными для усвоения микроорганизмами элементами питания. При этом значительно возрастет уровень редуцирующих веществ до 4,8-5,0 от ABC. Выращивание высокобелковых бактериальных штаммов на богатых углеводами и другими легкоусвояемыми моно- и дисоединениями дает возможность получать конечный продукт с высоким содержанием белка - 50-60% в (зависимости от вида субстрата) и широким набором витаминов группы B, H, E, D и др., микро- и макроэлементов. Возврат технологического конденсата на производную линию позволяет экономить воду, сокращает выбросы в окружающую среду и уменьшает подачу минеральных солей в культуральную среду.
Формула изобретения
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.02.2010
Извещение опубликовано: 10.02.2010 БИ: 04/2010
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 26.09.2010
Дата публикации: 27.12.2011