Способ получения кормового белкового продукта

 

Использование: биотехнология, микробиология, кормопроизводство, получение белка.

Сущность изобретения: проведение биоконверсии крахмалсодержащего сырья с помощью микроорганизмов в присутствии смеси двух веществ: аммонийной соли хлорфенилоксиуксусной кислоты и комплексного соединения молибдена. В качестве первой соли используют N-трис-(2-гидроксиэтил) аммониевую соль 2-хлор-фенилоксиуксусной кислоты, а в качестве комплексного соединения молибдена - 1-гидроксиэтилидендифосфонатотриоксимолибдат VI аммония или 1-гидроксиэтилидендифосфонатотриоксимолибдат VI натрия. Смесь этих веществ, взятых в соотношении ОТ 1:1 до 1:1·10, в количестве 1·10^-9 - 1·10^-2 г/л добавляют в питательную среду при выращивании биомассы на любой стадии всего цикла накопления культуры. Это позволяет увеличить содержание белка в полученном кормовом продукте на 9-44% при увеличении производительности процесса биоконверсии на 9-33% по сравнению с аналогичными способами.

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано в микробиологической промышленности при производстве кормовой биомассы, а также а агропромышленном комплексе на местных портативных установках по микробиологической переработке растительного сырья.

Способ микробиологической переработки растительного крахмалосодержащего сырья с целью получения белкового продукта известны.

Известен способ [А. С. СССР N 1750604] получения кормового белково-витаминного концентрата из зерноотходов с добавлением яблочного, виноградного и свекловичного жома. Через 8-10 часов получают концентрат, в одном литре которого содержится 50 млрд. клеток дрожжей p. Saccharomyces cerevisiae и 40 млрд. клеток бактерий p. Streptococcus thermophyllus. Недостатком данного способа является низкая производительность процесса биоконверсии растительного сырья, т. к. при пересчете количества биомассы с показателя по количеству клеток на показатель по массе микроорганизмов в одном литре будет получен разбавленный концентрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ [А.С. СССР N 1674771] в котором проводят биоконверсию растительного крахмалсодержащего сырья смешенной культурой микроорганизмов: дрожжами p. Candida quillermondii 21-А (ВКПМ N-Y 438), Endomycopsis fibuligera R-574 и бактериями p. Lactobacillus pentoaceticum, в соотношении 1:1:20. За 8-9 час. утилизируется 5 г/л крахмала, конечное содержание микроорганизмов составляет 2,5 г/л, выход от использованного сахара 50% Недостатком данного способа также является низкая производительность процесса биоконверсии. В результате биоконверсии растительного сырья получают сильно разбавленный по биомассе продукт, в котором содержится всего лишь 2,5 г/л клеток микроорганизмов.

Задача, которая стояла перед авторами данного изобретения, углубить биоконверсию растительного субстрата, с тем чтобы получить конечный продукт с более высоким содержанием белка и в то же время ускорить процесс накопления биомассы.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении производительности процесса биоконверсии.

Данная техническая задача решается путем проведения биоконверсии сырья в присутствии смеси двух веществ: аммонийной соли хлорфенилоксиуксусной кислоты и комплексного соединения молибдена. В качестве аммонийной соли хлорфенилоксиуксусной кислоты используют N-трис (2-гидроксиэтил)аммониевую соль 2-хлорфенилоксиуксусной кислоты (АСХФОУК) следующей формулы: [Cl - C₆H₄-O-CH₂-COO] ^- ·N⁺H·(C₂H₅O)₃, в качестве комплексного соединения молибдена 1-гидроксиэтилидендифосфонатотриоксимолибдат Y1 аммония, (NH ₄)H₂[(MoO₃·NH₄) H₂O(PO₆·COH·CH₃)] или 1 - гидроксиэтилидендифосфонатотриоксимолибдат Y1 натрия, NaH₂[(MoO₃- Na)H₂O(PO₆·COH·CH₃)] Смесь этих веществ, взятых в соотношении от 1,0: 1,0 до 1,0:1,0·10⁶, в количестве 1,0·10^-9-1,0·10^-2 г/л добавляют в питательную среду выращивания биомассы на любой стадии всего цикла накопления культуры микроорганизмов, в резултате чего в итоге получают продукт более богатый белком, чем в аналогичных способах, при этом увеличиваетс также производительность процесса биоконверсии растительного субстрата.

Данный результат получают благодаря комбинации свойств обоих этих веществ особым образом воздействовать на клетки микроорганизмов. АСХФОУК оказывает воздействие на мембраны клеток, изменяя их заряд и тем самым увеличивая их проницаемость, ускоряя транспорт питательных веществ в клетку и вывод метаболитов из нее. Комплексные соединения молибдена интенсифицируют обменные процессы в клетках, протекающих с участием азота и серы, т.е. инициириют накопление белковых компонентов в клетках микроорганизмов, причем в более значительной степени, чем неорганические соли молибдена. Сочетание этих свойств дает синергический эффект при совместном воздействии этих веществ на микроорганизмы, который выражается в ускорении процесса потребления растительного сырья, в повышении скорости роста клеток и накопления биомассы, а также в увеличении содержания в ней белковых компонентов.

Способ осуществляется следующим образом. Оба вещества добавляют в виде водных растворов в питательную среду на любой стадии выращивания микроорганизмов. Подача веществ может быть осуществлена по нескольким вариантам: непрерывно, периодически, одноразово, в виде совместного водного раствора и раздельно. При раздельной подаче подавать стимуляторы в процесс можно синхронно и со сдвигом во времени. Биоконверсии может быть подвергнуто различное растительное сырье, содержащее крахмал, например, зерно (пшеница, рожь, рис, сорго, кукуруза и прочее), картофель, бананы и т.п. Биоконверсию можно проводить как с предварительным гидролизом сырья, так и без него. В качестве продуцентов биомассы могут быть взяты микроорганизмы различных родов, например, водоросли p. Spirulina, Chlorella и прочие, дрожжи p. Saccharomyces, Candida, Endomycopsis и прочие, грибы p. Aspergillus, Polyporus, Rhizopus, Trichosporon и прочие, бактерии p. Streptococcus, Bacillus, Lactobacillus и прочие.

Ниже приведены примеры реализации способа.

Пример 1. В примере в качестве растительного сырья используют картофель некондиционного качества. Содержание белковых веществ в исходном сырье 0,75% масс. влажность 72% Из тонко измельченных картофельных клубней отжимают сок, затем в жом добавляют воду в соотношении 4:1, соответственно. Массу перемешивают, отделяют жидкую фазу путем центрифугирования при 2500 об/мин. и смешивают с первоначальным концентрированным соком. Получают клеточный сок с содержанием крахмала 8,6% Клеточный сок подвергают мягкому гидролизу разбавленной серной кислотой, после чего оставляют окисью кальция и активированным углем. Получают гидролизат с содержанием глюкозы 7,9% в который добавляют сернокислый аммоний в количестве 30% масс. к массе глюкозы и смесь 1:1 сильвинита и каинита- 6% масс. к массе глюкозы. На полученном гидролизате проводят выращивание дрожжей p. Candida scottii (ВКПМ N-Y 521).

По варианту 1 (контрольному) биодеструкцию сырья проводят на установке емкостью 10 л по 6-ти часовой воздушно-приточной схеме при температуре 30^oC, pH 4,6-5,1 и начальном содержании сахаров в питательной среде 0,5% масс.

В результате процесса получают 260 г биомассы с содержанием истинного белка в ней 46,9% масс.

По варианту 2 выращивание проводят в том же аппарате, по той же схеме, при тех же физических параметрах, но в процессе накопления биомассы в аппарат непрерывно подают водный раствор АСХФОУК и 1-гидроксиэтилидендифосфонатотриоксимолибдат Y1 натрия в соотношении 1:10⁶. Концентрация смеси в питательной среде составляет от 1,0·10^-9 г/л, в начальный период выращивания, до 1,0·10^-2г/л, в конечный период.

В результате процесса получают 285 г биомассы с содержанием истинного белка в ней 51,3% масс.

В данном случае реализация предлагаемого способа позволяет увеличить производительность процесса на 9,6% и повышает содержание белка в продукте на 9,4% Пример 2. Вариант 1. (Контрольный) Биоконверсии подвергают отруби ржи содержанием общих углеводов 62,3% в т.ч. крахмала 24,3% и белка 14,7% Отруби тонко измельчают, заливают водой в соотношении 1:8, медленно нагревают при перемешивании до температуры 50^oC, выдерживают при этой температуре 30 мин. повышают температуру до 60^oC и вновь выдерживают суспензию при перемешивании 30 мин. после чего охлаждают до 30^oC, подкисляют фосфорной кислотой до pH5,5, добавляют сернокислый аммоний, хлористый калий и сернокислый магний в таком количестве, чтобы концентрация азота, калия и магния была равна 0,8; 0,2 и 0,05 г/л, соответственно. Далее на полученной питательной среде проводят выращивание ассоциации микроорганизмов: дрожжи p. Endomycopsts fibuligera (ВКПМ N-Y 2173), Candida utilis (ВКПМ N-Y 277) и бактерии p.Bacillus species (ВКПМ N-Y 579), взятых в соотношении 10:5:0,1. Выращивание проводят при температуре 30^oC, pH 5,5, в периодических условиях. Время накопления биомассы составляет 10 час.

Конечный продукт содержит: общих углеводов 39,9% масс. в т.ч. крахмала - 1,5% масс. истинного белка 34,2% масс.

Вариант 2. Подготовку питательной среды проводят также, как в варианте 1, но дополнительно перед началом процесса в ее состав вводят АЦХФОУК и 1-гидроксиэтилидендифосфонатотриоксимолибдат Y1 натрия в соотношении 1:1 в количестве 1,0· 10^-5 г/л.

Биоконверсию растительного сырья проводят при тех же физических параметрах, что и в варианте 1, но сокращают время процесса на 30% до 7 час.

В результате получают продукт, содержащий, масс. общие углероды - 27,1, в т.ч. крахмал отсутствует; истинный белок 44,7.

В этом примере реализации способа последний позволяет получить продукт с содержанием белка на 31% больше, чем в контрольном варианте, при увеличении производительности процесса за счет уменьшения времени его протекания на 30% Пример 3. Биоконверсии подвергают банановый жом, получаемый при переработке бананов, с содержанием сахаров 8% крахмала 27% общего белка 4,5% По варианту 1 жом разбавляют водой в 5 раз, в смесь добавляют, г/л: сернокислый аммоний -3,0; хлористый калий 0,5; сернокислый магний (семиводный) 0,1, и подкисляют фосфорной кислотой до pH 5,5. на полученной питательной среде выращивают в периодических условиях в течение 18 час. дрожжи p. Endomycopsis fibuligera (ВКПМ) N-Y-2173). В течение процесса поддерживают на постоянном уровне первоначальные концентрации азота, фосфора, калия и магния в питательной среде.

В результате получают биомассу с содержанием углеводов, исключая трудногидролизуемые, 17% белка 24% По варианту 2 биоконверсию бананового жома проводят также, как и по варианту 1, но три раза в течение процесса, в начале и далее каждые 6 час, в питательную среду накопления биомассы добавляют раствор АЦХФОУК и 1-гидрокосиэтилидендифосфонатотриоксимолибдат Y1 натрия в соотношении 1:10³ в количестве 1,0·10^-2 г/л (в сумме за весь процесс). Процесс по этому варианту заканчивается через 12 час.

В результате биоконверсии сырья получают белковую массу с содержанием, масс. углеводов (исключая трудногидролизуемые) 7,2, белка 34,6.

В этом примере реализация способа позволяет получить белковый продукт с содержанием белка на 44% больше, чем в контрольном варианте, при увеличении производительности процесса за счет сокращения времени процесса на 33% Пример 4. Биоконверсии подвергают отходы сельского хозяйства. Картофель некондиционного качества смешивают и измельчают в шнековом смесителе с зеленой массой зерновых культур (пшеницы, ржи, овса) и топинамбура в соотношении 1: 2. Массу пропаривают в течение двух часов слабым раствором соляной кислоты при pH 2,0. Затем охлаждения нейтрализуют раствором аммиака, пропитывают раствором комплексного удобрения (аммофоской с соотношением компонентов: азот: фосфор: калий 1:2:0,5) и раствором сернокислого магния, при этом аммофоску и соль магния берут в количестве 1,0 и 0,1% масс. к массе сырья, соответственно. В результате обработки сырья получают массу с содержанием сырого протеина 16% масс. в т.ч. истинного белка 0,8% масс. и общих углеводов (исключая трудногидролизуемые) 48% масс. к массе сухих веществ.

По варианту 1 (контрольному) на полученной массе с содержанием влаги 86% проводят культивирование гриба Aspergillus niger (ВКПМ N-Y 228) поверхностным способом в течение 7 суток.

В результате получают биомассу с содержанием сырого протеина 44% масс. в том числе истинного белка 29% масс. и общих углеводов (исключая трудногидролизуемые) 31% масс. к массе сухих веществ.

По варианту 2 полученную массу дополнительно пропитывают раствором АСХФОУК и 1-гидроксиэтилтдендифосфонатотриоксимолибдата Y1 аммония, взятых в соотношении 1:1. Пропитку осуществляют периодически, каждые 12 час. попеременно подавая в систему АЦХФОУК и комплексное соединение молибдена. Концентрация смеси веществ в массе постоянно равна 1,0·10^-9 г/л. В остальном процесс проводят также, как и в варианте 1, но сокращают его время до 5 суток.

В результате получают биомассу с содержанием сырого протеина 49% масс. в том числе истинного белка 38% масс. в том числе истинного белка 38% масс. и общих углеводов (исключая трудногидролизуемые) 24% масс. к массе сухих веществ.

В этом примере использование способа для биоконверсии растительного сырья позволяет увеличить содержание истинного белка в биомассе на 31% и повысить производительность процесса за счет сокращения времени его протекания на 29% Таким образом примеры реализации способа показывают, что использование N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли 2-хлорфенилоксиуксусной кислоты (АСХФОУК) совместно с комплексными соединениями молибдена в выше заявленных соотношениях и концентрациях смеси позволяет увеличить содержание белка в полученном в результате биоконверсии растительного сырья кормовом продукте на 9-44% при увеличении производительности процесса биоконверсии на 9 33% по сравнению с аналогичными способами.

Формула изобретения

Способ получения кормового белкового продукта, включающий биоконверсию растительного крахмалсодержащего сырья микроорганизмами в питательной среде, содержащей все необходимые биогенные компоненты, отличающийся тем, что в питательную среду добавляют смесь N-трис-(2-гидроксиэтил)аммониевую соль 2-хлорфенилоксиуксусной кислоты и 1-гидроксиэтилидендифосфонаториоксимолибдат VI аммония или 1-гидроксиэтилидендифосфонатотриоксимолибдат VI натрия в количестве 1·10^-9 1·10^-2 г/л при соотношении компонентов 1 1 1 1·10⁶.