Способ получения биомассы

 

Использование: в пищевой, микробиологической промышленности, кормопроизводстве, биотехнологии. Сущность изобретения: предлагается способ пол биомассы на основе дрожжей, полученной в результате выращивания на питательной среде, содержащей в качестве источника углерода муку и/или отходы переработки злаковых культур, подвергнутые предварительно ферментативной обработке с помощью протеолитических или амилолитических ферментов. Обработку проводят при 50 70°С и pH 7,0 7,4 в течение 1 1,5 ч, а процесс выращивания дрожжей ведут в условиях избытка ионов железа и фосфора. Способ позволяет получать высокобелковую биомассу, которую используют в качестве кормовой добавки для сельскохозяйственных животных. Получаемый продукт содержит помимо белка незаменимые аминокислоты и витамины. 2 табл.

Изобретение относится к микробиологической, пищевой, комбикормовой и перерабатывающей промышленности и может быть использовано для получения биомассы путем ее выращивания на питательной среде, образующейся после ферментативной обработки отрубей и/или муки злаковых культур (пшеницы, ржи, риса, кукурузы и др.).

Наиболее близким к изобретению по сущности и достигаемому результату является способ получения биомассы путем выращивания микроорганизмов в условиях аэрации на питательной среде, содержащей солому в качестве источника углерода, источник азота и минеральные соли, для максимального накопления белка в биомассе, причем для повышения выхода продукта за счет более высокой скорости роста и степени конверсии сырья в качестве микроорганизмов используют консорциум штаммов гриба Aspergillus fumigatus ВКМ F-1020 и дрожжей Rodotorula aurotiaca ВКМ У-327 или Candida rugosa ВКПМ У-445 или гриба Allescheriterrestris ВКМ F 6062 и дрожжей Candida rugosa ВКПМ У-445, или гриба Sporotrichum pulverilentum ВКМ F-1764 и дрожжей Candida rugosa ВКПМ У-445, или Rodotorula aurotiaca ВКМ У-327, при этом штаммы грибов и дрожжей вводят в среду в соотношении от 3:1 до 1:1 по массе.

К недостаткам способа относятся низкое содержание белка в получаемом продукте, невысокая степень конверсии и возможный лизис дрожжевой биомассы за счет протеолитических ферментов культуры грибов, используемых в качестве продуцентов. Кроме того, способ по прототипу аппаратурно не оформлен.

Задача, стоящая перед разработчиками, заключалась в увеличении экономической выгоды использования отходов при переработке зерновых злаковых культур (отрубей), а также повышении содержания белковых веществ.

Технический результат изобретения заключается в повышении степени усвояемости получаемого продукта животными.

Предлагаемый способ заключается в том, что получение биомассы дрожжей проводят в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источник углерода, минеральные соли и микроэлементы с последующим выделением целевого продукта, причем в качестве источника углерода используют отруби и/или муку злаковых культур, подвергнутые ферментативной обработке с помощью амилолитических или протеолитических ферментов, взятых в количестве 0,5-1% на абсолютно сухой вес (АСВ) сырья, при этом обработку проводят при Т 50-70^оС, рН 7-7,4 в течение 1-1,5 ч. В качестве амилолитических ферментов используют такие, как, например, пектофоэтидин, целловиридин, х-амилаза, глюкоамилаза, амилосубтилин, а в качестве протеолитических такие, как протеаза, пепсин-трипсин. В процессе ферментативной обработки отрубей и/или муки их составные (протеин, клетчатка, крахмал, пектиновые вещества) при определенных условиях: температуре 50-70^оС, рН 7-7,4 в водной среде расщепляются до олигомеров и мономеров глюкозоаминокислот, глюконовых кислот, являющихся питательной средой для последующей стадии ферментации, проходящей в условиях избытка ионов железа и фосфора.

Выращивание дрожжей осуществляют в условиях активного роста культуры дрожжей Candida Gelirmondij ВСБ-654 при Т32-34^оС или Candida Tropicalus при Т 34-36^оС. При этом питательная среда характеризуется следующими показателями, мг/л: N₂ 300-700 P 20-150 K⁺ 100-500 Fe⁺⁺ 7-15 Mg⁺⁺ 10-30 Zn⁺⁺ 0,5-5,0 Mn⁺⁺ 0,5-2,0 при наличии сахара не менее 5 г/л. В случае проведения процесса ферментативной обработки при температуре ниже 50 или выше 70^оС наблюдается уменьшение степени расщепления в одном случае из-за недостаточной активности фермента при низкой температуре, а в другом из-за подавления активности при высокой температуре. При рН ниже 7 и выше 7,4 также снижается активность ферментов, что приводит к уменьшению степени деструкции составляющих исходного продукта. В случае снижения времени перемешивания меньше 1 ч процесс ферментативного гидролиза не достигает равновесного состояния, а при перемешивании более 1,5 ч практически достигается равновесие и дальнейшее перемешивание не приводит к успеху.

При добавлении фермента менее 0,5% Ма на АСВ исходного продукта интенсивность процесса снижается из-за недостаточности, а количество фермента более 1% Ма на АСВ исходного продукта также не приводит к интенсификации процесса, так как оптимальная величина на уровне 1% Ма. Механическое увеличение доли фермента приводит к его перерасходу.

П р и м е р 1. К 10% водной суспензии пшеничных отрубей при температуре 60^оС, рН 7,2 добавляется 0,5% (от АСВ отрубей) амилолитического фермента, например амилазы. Время выдержки при перемешивании до 1 ч.

Затем осуществляют охлаждение суспензии до 20^оС и последующую ферментацию, причем засев производится одним из микроорганизмов, например, Candida Gelirmondij ВСБ-654. Субстрат характеризуется содержанием, мг/л: N₂ 300-700 P 20-150 K⁺ 100-800 Fe⁺⁺ 7-15 Mg⁺⁺ 10-30 Zn⁺⁺ 0,5-5 Mn⁺⁺ 0,5-2 содержание сахара не менее 5 г/л.

Выращивание ведут при рН 4-4,5 при температуре 32-36^оС (в зависимости от вида продуцента), скорости разбавления 0,1-0,3 ч^-1. По окончании процесса суспензия подвергается сепарации, инактивации, выпарке и распылительной сушке. В результате получается продукт, качественно отличающийся от исходного (отрубей), содержащий белка 45% Выход готового продукта от исходного материала 66% степень перевариваемости 75% по сравнению с 50% исходного продукта. Содержатся витамины группы B, E, D, A, а также аминокислоты, в том числе такие, как триптофан 0,8% лизин 5,1% гистидин 2,6% аспарагиновая кислота 5,2% и др.

П р и м е р 2. К 10% водной суспензии при температуре 70^оС, рН 7,4 добавляют 0,5% на АСВ субстрата амилолитического фермента, далее как в примере 1. В результате получают продукт, содержащий 38% белка. Выход готового продукта составляет 65% от исходного продукта. Качество, как в примере 1.

П р и м е р 3. К 10% водной суспензии при температуре 50^оС, рН 7 добавляют 1% на АСВ субстрата протеолитического фермента (протеазы). Далее как в примере 1. В результате получается продукт, содержащий белка 38% Выход готового продукта составляет 60% от исходного. Качество на уровне примера 1.

П р и м е р 4. Как в примере 1, только время выдержки при перемешивании 1,5 ч. В результате получается продукт, содержащий белка 46% выход готового продукта составляет 62% от исходного продукта. Качество на уровне примера 1.

П р и м е р 5. Как в примере 2, только время выдержки при перемешивании 1,5 ч. В результате получается продукт, содержащий 42% белка. Выход готового продукта 66% от исходного. Качество на уровне примера 1.

П р и м е р 6. То же, как в примере 3, время выдержки при перемешивании 1,5 ч. В результате получается продукт, содержащий 40% белка. Выход готового продукта 63% от исходного. Качество на уровне примера 1.

Характеристика среднего образца готового продукта представлена в табл.1. В табл.2 представлена характеристика исходного продукта (отрубей пшеничных и муки) для сравнения.

П р и м е р 7. То же, что в примере 1, только используется 10%-ная водная суспензия пшеничной муки. В результате получается продукт, содержащий белка 50% выход готового продукта от исходного 68% степень перевариваемости 75% витамины групп B, E, D, A, а также аминокислоты.

П р и м е р 8. Опыты, аналогичные примерам 2, 4-5, только с использованием муки. В результате получался продукт с несколько высоким содержанием белка, качество на уровне приведенного в примерах.

П р и м е р 9. То же, что в примере 3, только в качестве исходного продукта используется мука. Получается продукт, содержащий до 42% белка, выход продукта на уровне 68% качество продукта аналогичное.

П р и м е р 10. То же, что в примере 6, только в качестве исходного продукта используется мука. Получается продукт, содержащий 44% белка. Выход продукта на уровне 63% качество аналогичное.

П р и м е р 11. То же, что в примерах 1-10, только в качестве исходного продукта используется смесь отрубей и муки 50:50. Количественные и качественные показатели практически на уровне указанных.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ, включающий выращивание дрожжей в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источник углерода, минеральные соли и микроэлементы, с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве источника углерода используют отруби и/или муку злаковых культур, подвергнутые ферментативной обработке с помощью амилолитических или протеолитических ферментов, взятых в количестве 0,5-1% на АСВ сырья, причем обработку проводят при температуре 50-70^oС, рН 7,0-7,4 в течение 1-1,5 ч, а выращивание дрожжей осуществляют в условиях избытка ионов железа и фосфора.

РИСУНКИ

Рисунок 1