Использование продуктов микробного синтеза в питании животных

 

  Методом Микробиологический синтез получают также многие бактериальные удобрения.

 

  К частному случаю  Микробиологический синтез относится  микробиологическая трансформация  органических соединений. За счёт  высокой активности специфических  энзиматических систем микроорганизмы оказываются способными осуществлять ряд реакций на молекуле органического соединения, не меняя его основной структуры. Наиболее изучены реакции на молекулах стероидных соединений. В строго определённых положениях осуществляются реакции дегидрирования, дезацетилирования и гидроксилирования, в результате чего меняется физиологическая активность исходного стероидного соединения. Благодаря подбору соответствующих микроорганизмов — носителей специфических ферментных систем — метод микробиологической трансформации получает всё большее распространение.

 

 Исключительно доступным и достаточно дешевым источником углеводов для производства микробного белка является растительная биомасса. Любое растение содержит разнообразные сахара. Целлюлоза - полисахарид, состоящий из молекул глюкозы. Гемицеллюлоза состоит из остатков арабинозы, галактозы, маннозы, фруктозы.

Особого внимания заслуживают способы  прямой биоконверсии продуктов фотосинтеза  и их производных в белок с  помощью грибов. Эти организмы  благодаря наличию мощных ферментных систем способны утилизировать сложные растительные субстраты без предварительной обработки. Исследования условий биоконверсии растительных субстратов в микробный белок активно ведутся в США, Канаде, Индии, Финляндии, Швеции, Великобритании, в нашей стране и других странах мира. Однако в литературе сведения о широкомасштабном производстве белков микробного происхождения немногочисленны. Наиболее известным и доведенным до стадии промышленной реализации является процесс "Ватерлоо", разработанный в университете Ватерлоо в Канаде. Это процесс, основанный на выращивании целлюлозоразрушающих грибов Chaetomium cellulolyticum, можно осуществлять как в глубинной культуре, так и поверхностным методом. Содержание белка в конечном продукте (высушенном грибном мицелии) составляет 45%. Финская фирма "Тампелла" разработала технологию и организовала производство белкового кормового продукта "Пекило" на отходах целлюлозно-бумажного производства. Продукт содержит до 60% протеина с хорошим аминокислотным профилем и значительное количество витаминов группы В.

 

 

 

 

На заметку:

В большинстве стран - производителей молока традиционным способом утилизации сыворотки является скармливание её животным. Степень конверсии белка  сыворотки в белок животного  весьма невысока (для выработки 1 кг животного белка необходимо 1700 кг сыворотки). В последние 10-15 лет из сыворотки методом ультрафильтрации выделяют белки высокого качества, на основе которых делают заменители сухого обезжиренного молока и другие продукты. Концентраты можно использовать как пищевые добавки и компоненты детского питания. Из сыворотки производится и молочный сахар - лактоза, применяемая в пищевой и медицинской промышленности. При всем при этом объем промышленной переработки сыворотки составляет 50-60% от её общего производства. Следовательно, налицо большие потери ценнейшего молочного белка и лактозы. Более того, возникает проблема утилизации отходов, так как процесс естественного разложения сыворотки происходит крайне медленно. Лактоза молочной сыворотки может служить источником энергии для многих видов микроорганизмов, сырьем для производства продуктов микробного синтеза (органических кислот, ферментов, спиртов, витаминов) и белковой биомассы. Из всех известных микроорганизмов самым высоким коэффициентом конверсии белка сыворотки в микробный белок обладают дрожжи. Способность к ассимиляции лактозы имеется примерно у 20% всех известных видов дрожжей. Гораздо реже встречаются дрожжи, сбраживающие лактозу. Активный катаболизм лактозы особенно характерен для дрожжей из рода Kluyveromyces. Эти дрожжи можно использовать для получения на молочной сыворотке кормового белка, этанола, препаратов β-глюкозидазы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

 

 

1)  Безбородов  А, М., Биосинтез биологически  активных веществ микроорганизмами, Л., 1969; Промышленная микробиология и успехи ген.тической инженерии, под ред. Г.К. Скрябина, М., 1984. A.M. Безбородов.

 

2) Уэбб Ф., Биохимическая  технология и микробиологический  синтез, пер. с англ., М., 1969; Ахрем А. А., Титов Ю. А., Стероиды и микроорганизмы, М., 1970;

 

3)«Журнал Всес. химического  общества им. Д. И. Менделеева», 1972, т. 17, № 5 (номер посвящен промышленной  микробиологии);

 

4)«Прикладная биохимия и микробиология» (с 1965); «Journal of Fermentation Technology» (Tokyo, с 1970).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процесс микробиологического  синтеза.

Микробиологический  синтез использует способность некоторых  организмов размножаться с большой  скоростью (выделены бактерии и дрожжи, биомасса которых увеличивается в 500 раз быстрее, чем у самых урожайных с.-х. культур) и к "сверхсинтезу" - избыточному образованию продуктов обмена веществ (аминокислот, витаминов и др.), превышающему потребности микробной клетки. Такие микроорганизмы выделяют из прир. источников или получают их мутантные штаммы (напр., мутантные штаммы плесневых грибов продуцируют пенициллин в 100-150 раз быстрее, чем природные). В качестве продуцентов находят применение культуры, полученные методами ген.тич. инженерии, в которых функционирует чужеродный для них ген. например: в бактерии кишечной палочки (Escherichia соli)-ген гормона роста человека.

Для микробиологического  синтеза орг. соед. в качестве сырья  применяют наиб. дешевые источники азота (напр., нитраты или соли аммония) и углерода (напр., углеводы. орг. кислоты, спирты. жиры. углеводороды. в т.ч. газообразные). микробиологический синтез включает ряд последоват. стадий. Главные из них-подготовка необходимой культуры микроорганизма-продуцента, выращивание продуцента, культивирование продуцента в заданных условиях, в ходе которого и осуществляется микробиологический синтез (эту стадию часто наз. ферментацией), фильтрация и отделение биомассы, выделение и очистка требуемого продукта (если это необходимо), сушка.

Ферментацию проводят в спец. реакторах (ферментерах), снабженных устройствами для перемешивания среды и подачи стерильного воздуха. Управление процессом может осуществляться с помощью ЭВМ. Наиб. удобно ферментацию осуществлять непрерывным способом-при постоянной подаче питат. среды и выводе продуктов микробиологического синтеза Так производят, например, кормовые дрожжи. Однако большинство метаболитов получают периодич. способом-с выводом продукта в конце процесса.

Для выделения и очистки  веществ, получаемых с использованием микробиологического синтеза, используют экстракцию из водной фазы орг. растворителями при разл. значениях рН, хроматографич. методы (в т.ч. ионообменную хроматографию), кристаллизацию.

Осаждение. При выделении продуктов белковой природы (ферменты, токсины) предварительно осаждают белки сульфатом аммония или орг. растворителями. Мн. операции по выделению проводят на холоде вследствие нестабильности некоторых продуктов обмена веществ.

Ниже приведены  наиб. важные продукты микробиологического синтеза

А н т и б и о  т и к и. Большинство антибиотиков накапливается вне клеток микроорганизма-продуцента, которыми в осн. являются актиномицеты, некоторые грибы и бактерии (гл. обр. их мутантные формы). Антибиотики, употребляемые преим. в медицине, подвергаются высокой степени очистки. Антибиотики для лечения с.-х. животных имеют специфич. активность относительно наиб. распространенных для них заболеваний, например гельминтозов, кокцидиозов и др. Для добавки в корма обычно выпускают концентрат среды после выращивания в ней продуцента, иногда вместе с биомассой, содержащей значит. кол-во др. продуктов обмена веществ продуцента, в т.ч. витамины, аминокислоты. нуклеотиды и др.

А м и н о к и с л о т ы. Существ. преимущество микробиологический синтез аминокислот - возможность их получения в виде прир. изомеров (L-форм). Продуцентами аминокислот служат главным образом мутанты, лишенные ряда ферментных систем, благодаря чему происходит сверхсинтез необходимого продукта. Обычно используют бактерии, относящиеся к роду Brevibacterium. Наиб. уд. вес среди аминокислот, вырабатываемых мировой промышленностью, занимают лизин и глутаминовая кислота. Получены мутанты микроорганизмов, способные к сверхсинтезу всех кодируемых аминокислот.

Н у к л е о з  и д ф о с ф а т ы. Развитие микробиологический синтез нуклеотидов (ино-зиновой, гуаниловой и др. кислот) связано с перспективами получения искусств. пищи, где их используют в качестве вкусовых добавок. При введении в состав среды для культивирования микроорганизмов метаболич. предшественников продуктов синтеза можно получать практически все известные нуклеозидфосфаты, в т.ч. АТФ. Накопление ну-клеозидфосфатов происходит преим. вне клеток микроорганизмов.

В и т а м и н  ы, п р о в и т а м  и н ы, к о ф е р м  е н т ы. Методом микробиологический синтез производят в осн. витамин В₁₂ и его коферментную форму. Продуцентами в этом процессе служат пропионо-вокислые бактерии. Для получения кормовых концентратов, содержащих витамин В₁₂, на отходах бродильной промышленности (послеспиртовые, ацетоно-бутиловые барды и др.) применяют комплекс метанообразующих бактерий. Разработаны способы получения витамина В₂, р-каротина и дрожжей, обогащенных эргостеринами. При использовании соответствующих метаболич. предшественников возможен также микробиологический синтез никотинамидных коферментов. например никотинамидаде-ниндинуклеотида.

А л к а л о и  д ы. Грибы рода спорыньи (Claviceps)-продуценты эргоалкалоидов. в основе строения молекул которых лежит гетероцикл эрголин. Некоторые из этих алкалоидов (напр., эргометрин и эрготамин) используют как маточные ср-ва. Описаны также многочисл. продуценты др. алкалоидов.

Г и б б е р е  л л и н ы. Их микробиологический синтез осуществляют при культивировании  грибов, относящихся к классу аскомицетов (As-comycetes), например Gibberella fujikuroi. Выделяют гибберел-лины из фильтрата культуральной жидкости. По хим. природе все они являются теграциклич. карбоновыми кислотами, относящимися к дитерпенам.

Ф е р м е н т  ы. Продуцентами ферментов служат многочисл. представители микроскопич. грибов, некоторые актиномицеты и др. бактерии. Технология получения ферментных препаратов упрощается, если фермент продуцируется в питат. среду. При выделении внутриклеточных ферментов необходимо предварительно разрушить клетки микроорганизмов. Для исследоват. работ, аналит. целей и т. п. обычно получают ферменты в виде гомогенных (индивидуальных) белков. При пром. переработке с.-х. сырья в пищ. промышленности иногда применяют комплексные ферментные препараты. Так, при переработке растит. сырья ферментный комплекс должен содержать целлюлазы, гемицеллюлазы, пектиназы, протеазы и некоторые др. ферменты. Один из важнейших ферментов, получаемый с помощью микробиологический синтез,-глюкоизомера-за, катализирующая изомеризацию глюкозы во фруктозу. Образующийся глюкозо-фруктозный сироп используют в пищ. промышленности вместо сахарозы.

Б е л к о в о-в  и т а м и н н ы е  п р е п а р а т ы. Особое внимание как источник белка  привлекает микробная биомасса.

Производство такой биомассы на дешевом сырье рассматривают как одно из ср-в устранения растущего белкового дефицита в питании животных. Наиб. интенсивное развитие получили пром. методы микробиологический синтез кормовых дрожжей, применяемых в виде сухой биомассы как источник белка и витаминов в животноводстве. Для выращивания кормовых дрожжей используют углеводороды. гидролизаты разл. отходов деревообрабатывающей промышленности, непищевых растит. материалов (подсолнечная лузга, стержни кукурузных початков и т.п.), сульфитные щелока, разл. виды барды и т. д. Дрожжи, которые используют для получения белково-витаминных препаратов из углеводородов, обладают специфич. ферментными системами, позволяющими осуществлять акт первичного окисления углеводородов и затем ассимилировать их, накапливая значит. биомассу. Кроме жидких углеводородов в качестве ассимилируемых компонентов среды м. б. использованы газы (напр., метан), пропускаемые в среду, содержащую минер. компоненты, в которой происходит размножение клеток метанокисляющих микроорганизмов. Для получения кормовых микробных препаратов в качестве компонентов среды м. б. также использованы этанол, метанол, уксусная кислота. Культивирование дрожжей на углеводородах требует высокой культуры произ-ва. В частности, необходима надежная герметизация аппаратуры, исключающая вынос микробных клеток в окружающую среду.

К числу продуктов микробиологического синтеза относятся также некоторые ср-ва защиты растений, например бактериальные энтомопатогенные препараты, вызывающие гибель вредных насекомых и предотвращающие их массовое размножение, и мн. бактериальные удобрения.

Частный случай микробиологического синтез-микробиол. трансформация орг. соединений. Она осуществляется благодаря высокой активности специфич. ферментных систем микроорганизмов, которые катализируют превращ. вещества без изменения его осн. структуры. Наиб. изучена трансформация стероидных соед., например их дегидрирование, деацетилирование и гидроксилирование в строго определенных положениях. Благодаря широкой возможности подбора микроорганизмов (носителей специфич. ферментных систем) метод микробиол. трансформации получает все большее распространение.