Способ получения белковой биомассы Советский патент 1992 года по МПК C12N1/16 C12P21/00 

Изобретение относится к биотехнологии и касается получения белковой биомассы из растительного сырья, которая может использоваться в животноводстве для балансирования кормов.

Известен способ получения белковой биомассы, предусматривающий приготовление жидкой питательной среды, содержащей в качестве источника углерода гидролизный лигнин, источники азота и фосфора, водную основу, и выращивание штамма дрожжей в оптимальных условиях до максимального накопления белковой биомассы. С целью повышения выхода биомассы в качестве водной основы используют декантат последрожжевой бражки, являющийся отходом гидролизно-дрожжевого производства, а в качестве штамма дрожжей - Frichosporon cutaneum ВКПМУ-495.

Питательная среда содержит 7,5-12,5 г/л (по сухой массе) гидролизного лигнина, 1- 2 г/л фосфорнокислого двухзамещенного

аммония, декантат последрожжевой бражки-до 1 л. Процесс приготовления питательной среды включает тщательное перемешивание всех компонентов, доведение рН и фильтрацию через сито с диаметром отверстий 1 мм. Количество вносимого гидролизного лигнина корректируют с учетом исходной влажности и потерь за счет фильтрации. Затем среду подвергают 15- минутному кипячению, охлаждают и засевают 2-суточной культурой F. cutaneum ВКПМ Y-495. Дрожжи выращивают в колбах на качалке в течение 48 ч, при 30°С, рН 4.5-5,5, 200 об/мин или в ферментере объемом 10 л при 30°С, 300 об/мин и интенсивности аэрации 1 л/мин.

Полученный после выращивания штамма белковый продукт Биогил содержит 21-23% сырого протеина, 10-12,5% истинного белка, 0,7-1,2% нуклеиновых кислот и 5,5-6,0% липидов.

Я

S3

ч

о о

11едостаток способа - невысокое содержание в конечном продукте белка.

Известен способ получения белковой биомассы, предусматривающий использование морских водорослей в качестве сырья для биосинтеза. Морские растения на 74- 88% состоят из органических веществ (в расчете на сухую массу), из которых 80-87% представлены полисахаридами. При водно- термической обработке или кислотном гидролизе в раствор переходят альгиновая кислота, магнит и другие углеводы. На таких гидролизатах могут расти и накапливать би- ом эссу представители различных групп микроорганизмов. На сернокислотных гидролизатах отходов агарового производства и остатков морских растений отмечается активный рост дрожжей и дрожжеподобных грибов, особенно розовоцветных штаммов. Культуры Rhodosporldium sp25, Rhodotorula glutinis, Rhodosporidium sh 34 при исходном значении в гидролизатах РВ 0,4% накапливают 8-12 г/л биомассы и 60-130 мкг/г ка- ротиноидов.

Целью изобретения является повышение содержания в биомассе.белка и витаминов группы В.

Способ заключается в том, что в качестве растительного сырья используют морские водоросли или их отходы, образующиеся при производстве агара и агароида, в количестве 1-5 мас.%, причем приготовление питательной среды осуществляют при рН 2,5-4,0, температуре 90-120°С в течение 20-60 мин, а в качестве -источника белковой биомассы выращивают штамм дрожжей Frichosporon cutaneum ВКПМ Y-255 (ВСБ- 775).

Морские водоросли по химическому составу являются благоприятным питательным субстратом для микроорганизмов. Состз5 сухих веществ бурых и красных водорослей, имеющих промысловое значение, представлен соответственно на 55-75 и 67-90% органическими и на 25-45 и 10- 33% минеральными веществами. Органические вещества водорослей представлены, в основном, азотными, углеводными и углево- доподобными веществами. Красные водоросли содержат более высокие количества азотных веществ (7-30%) по сравнению с бурыми водорослями (3,5-19%). Общее количестве углеводов в красных водорослях достигает 70%, в бурых 70-74%. Количество агара и агароида в красных водорослях колеблется в пределах 13-64%. В составе минеральных веществ преобладают такие макроэлементы, как калий,натрий, магний, кальций, сера, хлор, фосфор и богатый набор микроэлементов (Mn, Zn. Fe, Co, Mo, Br идр).

Производство агара и агароида из красных водорослей (дальневосточной и беломорской анфельции, черноморской филлофоры, балтийской фурциллярии) осуществляют тепловым методом, т.е. варкой водорослей при определенном режиме (рН. температура, продолжительность варки.

0 гидромодуль, количество варок). После завершения варок и слива растворов получается влажный водорослевый остаток, составляющий 40-45% массы сухих водорослей. В сухом веществе отходов, образую5 щихся после производства агара и агароида из водорослей, содержится 75-88% органических и 12-25% минеральных веществ. В составе органических веществ отходов по сравнению с исходными водорослями зна0 чительно Снижается содержание агара или агароида и гидролизуемых углеводов и возрастает содержание сырой клетчатки и азотистых веществ. Минеральный состав отходов меняется незначительно.

5 Морские водоросли являются сырьем для изготовления многих продуктов пищевой и медицинской промышленности. Получаемые из красных водорослей агар и агароид также применяются в пищевой и

0 медицинской промышленности. Следовательно, и морские водоросли (ламинариевые, фукусовые, филлофора, анфельция, фурциллярия и др.), и отходы производства агара и агароида не токсичны и могут быть

5 использованы в качестве сырья для микробиологического синтеза белка.

Используемый штамм дрожжей F, cutaneum ВКПМ Y-255 известен как продуцент белка на продуктах метаболизма н-па0 рафинов и как штамм-спутник на средах с углеводородами.

Содержание белка в биомассе зависит от значений рН при приготовлении питательной среды (табл. 1).

5 Из приведенных данны/ следует, что значение рН при приготовлении питательной среды на основе морских водорослей или их отходов существенно влияет на содержание белка в биомассе, полученной

0 путем глубинного культивирования предлагаемого штамма. Оптимальное значение рН при приготоваении питательной среды 2,5- 4,0. Значение рН ниже 2,5 нецелесообразно, а при значениях рН више 4,0 отмечено

5 снижение белка в биомассе.

Способ осуществляют следующим образом.

Измельченные влажные или воздушно- сухие водоросли или отходы производства агара и агароида из них вводят в водную

среду в качестве единственного источника углерода и ряда макро- и микроэлементов, дополнительно в среду вводят сернокислый аммоний и фосфорнокислый однозэмещен- ный калий при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Водоросли или отходы (влажность 5-10%)1-5

Сернокислый аммоний 0,3-0,6 Фосфорнокислый одно- замещенный калий0,2-0,4

ВодаОстальное

Доводят рН среды до 2,5-4,0 серной кислотой, нагревают до 90-120°С, выдерживают в течение 20-60 мин, охлаждают, устанавливают рН 4,5-5,5 аммиачной водой.

После охлаждения питательной среды до 30-32° С производят засев 1-2-сутйчной культурой F. cutaneum ВСБ-775, выращенной на косяках с сусло-агаром или в колбах на качалке.

Выращивание дрожжей осуществляют глубинным способом в колбах на качалке в течение 24-48 ч, при температуре 30°С, рН 5,0-5,5, 200 об/мин или в ферментере объемом 10 л. температуре 30-32°С, рН 4,5-5,0, 800 об/мин, удельном расходе воздуха 1,3 л/л.мин в течение 15-20 ч.

После окончания процесса культивирования биомассу выделяют одним из известных способов, например центрифугированием. Сгущенную биомассу подвергают инактивации путем гидротермической обработки и обезвоживанию путем сушки.

Полученный кормовой белковый продукт содержит 48-53% сырого протеина, 29-33% истинного белка, 5-9% золы, 1-2% липидов, Содержание незаменимых аминокислот составляет, % на абсолютно сухое вещество: лизин 3,5-4,3; лейцин 1,9-2,6; треонин 1,3-1,8. Содержание витаминов группы В в продукте, мг/кг: рибофлавин (Bz) 30-50; пиридоксин (Be) 6-10; никотиновая кислота (РР) 20-30; холин 1500-1650.

В табл. 2 приведены данные поувеличе- нию содержания белка в продукте в зависимости от концентрации отхода водорослей в среде.

Питательную среду, содержащую 1-5 мас.% (в расчете на сухое вещество) отхода водорослей, подкисляют серной кислотой до рН 2,5, выдерживают при 90°С в течение 60 мин, охлаждают, рН среды доводят до 4,5 аммиачной водой и засевают 1-суточной культурой дрожжей F. cutaneum ВСБ-775. Дрожжи выращивают глубинным способом в аппарате объемом 10 л при 30-32°С, рН 4,5, 800 об/мин в течение 20 ч.

Из приведенных в табл. 2 данных следует, что культивирование штамма дрожжей

на питательной среде, содержащей 1-5 мас.% воздушно-сухого отхода водорослей филлофора, позволяет получить биомассу улучшенного качества по сравнению с каче- ством биомассы исходного отхода водорослей (контроль). Так, содержание сырого протеина в полученном продукте увеличивается до 48-53%. а истинного белка - до 29-33%, т.е. возрастает в 1,5-2,0 раза по

0 сравнению с содержанием в исходной биомассе водорослевого отхода.

Кроме того, в полученном продукте возрастает по сравнению с исходной биомассой (контроль) содержание незаменимых

5 аминокислот и витаминов группы В.

Добавление в среду отхода водорослей в концентрации ниже 1 % нецелесообразно ввиду низкрй производительности процесса, а при концентрации выше 5% ввиду каче0 ство получаемого продукта незначительно отличается от качества исходной биомассы по содержанию белка.

П р и м е р 1. Штамм дрожжей F,cutaneum ВКПМ Y-255 выращивают глу5 бинным способом на жидкой среде, содержащей, г/л: воздушно-сухой отход производства агароида из водоросли фил- лофора 10; ( 3; КН2РСМ 2. Отход водорослей при приготовлении питатель0 ной среды подвергают следующей обработке: с помощью серной кислоты устанавливают рН среды 2,5, нагревают до 90°С, выдерживают при этой температуре в течение 60 мин, охлаждают среду до 30-32°С, доводят

5 рН среды до 4,5 аммиачной водой. Культивирование осуществляют в аппарате объемом 10 л при температуре 30-32°С, рН 4,5, оборотах мешалки 800 об/мин в течение 20 ч. Биомассу отделяют центрифугирова0 нием от культуральной жидкости. Сгущенную биомассы плазмолизуют и сушат.

Полученный готовый продукт содержит 53% сырого протеина, 33% истинного белка, 4,3% лизина, 2,6% лейцина. 1,8% трео5 нина, 50 мг/мг рибофлавина, 10 мг/кг пиридоксина, 30 мг/кг никотиновой кислоты, 1650 мг/кг холина.

В исходной биомассе отхода морских водорослей содержание сырого протеина

0 равняется 26%, истинного белка 19%, лизина 1.7%, лейцина 1,1%, треонина 0,9%, рибофлавина 15 мг/кг, пиридоксина 3 мг/кг, никотиновой кислоты 8 мг/кг, холина 1060 мг/кг.

5 П р и м е р 2. Выращивание дрожжей осуществляют также, как в примере 1. Только питательная среда содержит, г/л: отход производства агароида из красных водорослей филлофора 50; (ЫНфЗОл 6; КН2Р04 4. Обработку отхода при приготовлении среды

осуществляют сначала при рН 4,0, температуре 95°С в течение 30 мин, затем сразу охлаждают От 30-32°С и устанавливают рН среды 5.0 аммиачной водой.

Полученный готовый продукт содержит 48% сырого протеина, 29% истинного белка, 3,5% лизина, 1,9% лейцина, 1,3% треонина.

В исходной биомассе отхода морских водорослей содержание сырого протеина составляет 26%, истинного белка 19%, лизина 1,7%, лейцина 1,1%, треонина 0,9%,

Примерз. Штамм выращивают на жидкой питательной среде, содержащей, г/л: измельченные воздушно-сухие водоросли филлофора 20; сернокислый аммоний 4; фосфорнокислый однозамещенный калий 3. Обработку водорослей при приготовлении питательной среды осуществляют при рН 2,8, температуре 120°С в течение 20 мин; после охлаждения среды до 30-32°С рН доводят аммиачной водой до 5,5.

Выращивание осуществляют в колбах на качалке в течение 48 ч при рН 5,5 температуре 30°С, оборотах мешалки 200 об/мин.

Биомассу отделяют центрифугированием. Сгущенную биомассу подвергают плазмолизу и сушке.

Полученный продукт содержит 52% сырого протеина и 31% истинного белка. В исходной биомассе морской водоросли филлофора содержание сырого протеина и истинного белка равняется соответственно 24 и 17%.

П р и м е р 4. Выращивание штамма и приготовление жидкой питательной среды

осуществляют, как в примере 3. Однако пи тательная среда содержит, г/л: измельчен ные воздушно-сухие водоросли фукусов 30. сернокислый аммоний 4; фосфорнокислый

однозамещенный калий 3.

Полученный продукт содержит 48% сы рого протеина и 29% истинного белка. В исходной биомассе фукусов содержание сырого протеина составляет 12% и истинного

белка 8%.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет получить биомассу улучшенного качества по сравнению с биомассой исходных морских водорослей

и их отходов.

Формула изобретения Способ получения белковой биомассы, предусматривающий приготовление питательной среды, содержащей в качестве источника углерода кислотный гидролизат биомассы морских водорослей или их отходов, источники азота и фосфора, выращивание в условиях аэрирования штамма дрожжей до максимального накопления целевого продукта с последующим выделением и обезвоживанием биомассы, отличающийся тем, что, с целью повышения содержания в биомассе белка и витаминов группы В, осуществляют выращивание штамма дрожжей Frichosporon cutaneum ВКПМ Y-225, а питательную среду приготавливак путем выдерживания всех входящих в ее состав компонентов при рН 2,5-4,0, температуре 90-120°С в течение 20-60 мин.

Использование: для балансирования кормов в животноводстве. Цель изобретения: повышение содержания в биомассе белка и витаминов группы В. Осуществляют выращивание штамма дрожжей Frlcho- sporon cufaneumi ВКПМ в условиях аэрирования в питательной среде, содержащей в качестве источника углерода кислотный гидролизат биомассы морских водорослей или их отходов, источники азота и фосфора Питательную среду приготавливают путем выдерживания всех входящих в ее состав компонентов при рН 2,5-4,0, температуре 90-120°С в течение 20-60 мин. 2 табл.

Таблица 1

Таблица 2