Способ биоконверсии растительного сырья

 

Изобретение предназначено для получения белковых кормовых продуктов на основе растительного сырья. Приготавливают питательную минеральную среду. Растительное сырье смешивают с водой и/или с питательной минеральной средой. Осуществляют активирование растительного сырья путем прокачивания смеси не менее 1 мин через роторно-пульсационную или центробежную гидродинамическую установку, реализующую эффект кавитации. Производят инокуляцию микроорганизмами, культивирование и выделение целевого продукта. При биоконверсии растительного сырья данным способом улучшается качество целевого продукта. Возможно для биоконверсии использовать растительное сырье с низким исходным содержанием доступных углеводов. При осуществлении способа исключена операция стерилизации смеси растительного сырья и питательной минеральной среды, что упрощает способ. 1 табл.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к способам получения белковых кормовых продуктов на основе растительного сырья.

Известен способ получения белкового кормового продукта путем биоконверсии растительного сырья с использованием смешанной культуры штаммов дрожжей и бактерий /см. SU N 1674771, МПК C 12 N 1/16/. При относительно высоком выходе целевого продукта способ характеризуется необходимостью соблюдения чрезвычайно узкого диапазона параметров режима его осуществления, что затрудняет реализацию способа в производственных условиях.

Прототипом изобретения является способ получения кормовой белковой биомассы, включающий активирование растительного субстрата путем помола зерна пшеницы до состояния дробленой крупы, приготовление питательной минеральной среды, введение в нее активированного растительного субстрата, стерилизацию и иннокуляцию смеси микроорганизмами с последующим их культивированием и выделением целевого продукта /см. SU N 1601115 МПК C 12 N 1/16/. Способ позволяет повысить питательную ценность белкового корма по протеину примерно в два раза. К недостаткам способа следует отнести сложность его осуществления за счет необходимости использования растительного субстрата с высоким исходным содержанием доступных углеводов и наличия операции стерилизации смеси растительного субстрата и питательной среды.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности способа при одновременном его упрощении и расширении области применения. Повышение эффективности способа заключается в улучшении качества целевого продукта - биомассы, упрощение - в исключении операции стерилизации смеси растительного сырья и питательной минеральной среды, а расширение области применения обеспечивается за счет использования растительного сырья с низким исходным содержанием доступных углеводов.

Для достижения этого технического результата способ биоконверсии растительного сырья, включающий активирование растительного сырья, приготовление питательной минеральной среды, смешение растительного сырья и питательной минеральной среды, иннокуляцию полученной смеси микроорганизмами с последующим их культивированием и выделением целевого продукта отличается тем, что перед активированием растительного сырья его смешивают с водой и/или с питательной минеральной средой, а активирование растительного сырья осуществляют путем прокачивания в течение не менее одной минуты через роторно-пульсационную или центробежную гидродинамическую установку, реализующие эффект кавитации.

Гидродинамическая /ГДУ/ установка может представлять собой агрегат, по оси корпуса которого последовательно размещены камера предварительного смешения /дополнительной обработки/ в форме диффузора, генератор колебаний и центробежный насос, установленный на валу соосно генератору колебаний. Благодаря оригинальной конструкции гидродинамическая установка позволяет реализовать различные физические эффекты, в частности кавитации, которые способствуют повышению эффективности приготовления эмульсий и суспензий.

В качестве растительного сырья использовали отходы мукомольного и сельскохозяйственного производства с широким диапазоном исходного содержания доступных углеводов: пшеничные отруби /PC-1/, жмых свекольный /PC-2/, измельченные кукурузные кочерыжки /PC-3/, некондиционный измельченный лен /PC-4/.

Для биоконверсии использовали штамм бактерий Acinetobacter calcoaceticus /ШТ-1/ и штамм дрожжей Candida scottii /ШТ-2/.

Биоконверсию растительного сырья осуществляли в лабораторных условиях в колбах объемом 750 мл, на качалке /220 об/мин/, при температуре 30-32^oC и pH среды 6,8 - 7,0 /для ШТ-1/ и 5,0 - 5,5 /для ШТ-2/. Содержание минерального питания /N, P, K и Mg/ задавали из расчета следующей концентрации элементов в биомассе /мг/г/: N = 80-100, P = 50-160, K = 40-90, Mg, = 5-10. Производили иннокуляцию полученной смеси микроорганизмами. На 100 мл суспензии из растительного сырья и минерального питания добавляли 1,5 мл /единиц оптической плотности/ штамма бактерий Acinetobacter calcoaceticus или штамма дрожжей Candida scottii. Затем в течение 48 часов осуществляли культивирование, после чего выделяли биомассу и определяли качество целевого продукта по содержанию глюкозы /редуцирующих веществ без инверсии/ г/л /по методике Максименко О.А., Зюкова Л.А., Андреев Н.С. и Федорович Р.М., /Метод одновременного определения различных моносахаридов в биологических объектах. Аналитическая химия, т. XXVI, N 12, N 1971. с. 2467-2471/ и сырого протеина СП, % /по ГОСТ 13.496.4-93/.

Пример осуществления способа.

Приготавливают водную суспензию с содержанием пшеничных отрубей /PC-1/ 15 г/л и ввели питательную минеральную среду из расчета /в мг/г/: N = 80, P = 160, K = 90, Mg = 10. Производят активацию растительного сырья путем прокачивания в течение трех минут полученной смеси через роторно-пульсационную или центробежную гидродинамическую установку, каждая из которых реализует эффект кавитации. Отбирают 100 мл смеси в колбу, измеряют температуру смеси /31,5^oC/ и ее pH /7,0/. Затем производят иннокуляцию полученной смеси микроорганизмами путем введения 1,5 мл штамма ШТ-1 и включают качалку. Процесс культивирования продолжают в течение 48 ч, поддерживая температуру на уровне исходной. По окончании культивирования выделяют биомассу и определяют ее качество / = 8,1 г/л, СП=22%/.

В соответствии с приведенным примером были исследованы различные варианты осуществления способа. Результаты исследований приведены в таблице.

В опытах 1-5 биоконверсию растительного сырья осуществляли известным способом, принятым в качестве ближайшего аналога, то есть исходное растительное сырье проходило "сухое" активирование /измельчение в шнековом измельчителе/, а его смесь с минеральным питанием перед иннокуляцией микроорганизмами стерилизовалась. В опытах 6-20 растительное сырье подвергали гидродинамическому активированию путем прокачивания через гидродинамическую установку. При этом были исследованы варианты активирования растительного сырья в виде водной суспензии /опыты 6-16/, после введения его в питательную минеральную среду /опыты 17-18/ и после смешения предварительно приготовленных суспензии растительного сырья и питательной минеральной среды /опыты 19, 20/. В опытах 6-16 после гидродинамического активирования ВС вводили минеральное питание и стерилизовали полученную смесь. В опытах 17-20 стерилизация не проводилась.

Анализ результатов, представленных в таблице, показывает, что известный способ биоконверсии растительного сырья /опыты 1-5/ обеспечивает получение целевого продукта с в пределах от 2,0 до 3,0 г/л и СП в диапазоне от 14,5 до 15,9%. Если же исходное растительное сырье подвергают гидродинамическому активированию путем прокачивания не менее одной минуты через гидродинамическую установку /опыты 7-20/, то содержание глюкозы в целевом продукте повышается до 6,4 - 9,8 г/л, а сырого протеина - до 17,5 - 32,0%. Таким образом, активирование в роторно-пульсационной или центробежной гидродинамической установке, реализующей эффект кавитации, позволяет /при прочих равных условиях/ повысить питательную ценность /качество/ биомассы примерно в два раза. При этом, различные варианты осуществления способа /использование различных штаммов микроорганизмов, активирование растительного сырья в водной суспензии, в питательной минеральной среде или в их смеси, стерилизация смеси /показывают практически одинаковые результаты. Следовательно, эти факторы не являются существенными для получения искомого технического результата. Что же касается длительности гидродинамического активирования, то ферментация растительного сырья, прошедшего гидродинамическое активирование в течение 0,5 мин /опыт 6/ оказывается не эффективной. Поэтому длительность гидродинамического активирования должна составлять не менее одной минуты.

Данное изобретение позволяет улучшить качество целевого продукта /биомассы/, упростить процесс получения продукта и использовать для получения биомассы исходного растительного сырья с низким исходным содержанием.

Формула изобретения

Способ биоконверсии растительного сырья, включающий активирование растительного сырья, приготовление питательной минеральной среды, смешение растительного сырья и питательной минеральной среды, инокуляцию полученной смеси микроорганизмами с последующим их культивированием и выделением целевого продукта, отличающийся тем, что перед активированием растительного сырья его смешивают с водой и/или с питательной минеральной средой, а активирование растительного сырья осуществляют путем прокачивания в течение не менее 1 мин через роторно-пульсационную или центробежную гидродинамическую установку, реализующие эффект кавитации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2