Способ получения кормовой биомассы дрожжей

 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способам получения кормовой биомассы дрожжей на углеводном сырье в присутствии твердой фазы. Способ предусматривает культивирование дрожжей в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источник углерода и твердой фазы, выделение целевого продукта путем концентрирования дрожжевой суспензии фильтрованием и сушку целевого продукта. В качестве источника углерода и твердой фазы используются клубни картофеля, разваренные при температуре 120-125°С и рН 1,0-1,2 в течение 30-40 мин. Фильтрат после выделения целевого продукта возвращают на стадию приготовления питательной среды. Данная технология может быть реализована на модульных установках разной мощности, в том числе непосредственно на местах скопления растительного сырья или отходов его переработки. Способ позволяет упростить и удешевить процесс при сохранении кормовой ценности дрожжевой биомассы. 1 табл.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к способам получения кормовой биомассы дрожжей на углеводсодержащем растительном сырье в присутствии твердой фазы, и может быть использовано на предприятиях агропромышленного комплекса.

В настоящее время одним из путей снижения дефицита белка в рационе сельскохозяйственных животных является получение кормового белка культивированием дрожжей на гидролизатах растительного сырья. Источниками сырья могут служить как продукты растениеводства, так и отходы их переработки.

Известен способ получения кормовой биомассы дрожжей, где используют гидролизаты древесины [Быков В.А., Прищепов Ф.А., Манаков М.Н. Культивирование дрожжей рода Candida на гидролизатах древесины в присутствии неутилизируемой твердой фазы. // Прикладная биохимия и микробиология, 1985, т.31, №2, с.253].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения кормовой биомассы дрожжей [Шакир И.В., Панфилов В.И., Маркина Н.С., Манаков М.Н. Использование возобновляемого растительного сырья для получения белка одноклеточных. // Биотехнология, 1992, №2, c.19-22], предполагающий проведение следующих основных стадий:

1) Измельчение растительного сырья и его термообработка

2) Гетерогенная глубинная ферментация в условиях аэрации

3) Фильтрация дрожжевой суспензии

4) Термоплазмолиз

5) Сушка и фасовка готового продукта

Недостатком данного способа является высокая стоимость сырья, невысокая степень выхода редуцирующих веществ, что не позволяет получать продукт с содержанием белка выше 40-41%, а также образование большого количества фильтрата культуральной жидкости. Этот способ был выбран нами за прототип.

Задачей данного изобретения является упрощение и удешевление процесса при сохранении кормовой ценности дрожжевой биомассы.

Поставленная задача решается таким образом, что предлагается способ получения кормовой биомассы дрожжей, включающий измельчение растительного сырья и его термообработку, гетерогенную глубинную ферментацию в условиях аэрации, фильтрацию дрожжевой суспензии, термоплазмолиз, сушку и фасовку готового продукта, в котором в качестве источника углерода и твердой фазы используют клубни картофеля, разваренные при температуре 120-125°С и рН 1,0-1,2 в течение 30-40 мин, а фильтрат после выделения целевого продукта возвращают на стадию приготовления питательной среды. Термообработка измельченных клубней картофеля - размер частиц 3-5 мм - именно в этих условиях позволяет получить суспензии с высоким выходом редуцирующих веществ. Присутствие частиц твердой фазы улучшает массообменные характеристики ферментационного процесса, а также обеспечивает хорошую фильтруемость послеферментационной суспензии. Для обеспечения замкнутого цикла водоиспользования возможно культивирование дрожжей с рециркуляцией фильтрата культуральной жидкости, получаемого на стадии выделения готового продукта, что не вызывает понижения кормовой ценности получаемого продукта [Кулиненков Д.О., Манцурова И.В., Шакир И.В., Панфилов В.И., Манаков М.Н. Получение белково-углеводного кормового продукта на гидролизатах картофеля. // Биотехнология, 1997, №5, с.22-27].

Применение способа проиллюстрировано ниже на примерах.

Пример 1 (по прототипу).

На питательной среде, содержащей предварительно измельченную и разваренную при 135°С в течение 45 мин сахарную свеклу в лабораторном ферментере с рабочим объемом 1,5 л при 32°С, рН 4,5 проводят культивирование дрожжей Candida tropicalis CK-4. После снижения концентрации редуцирующих веществ (РВ) до 2,0 г/л суспензию с содержанием клеток культуры 450 млн в 1 мл фильтруют на лабораторной установке через бумажный фильтр. Фильтрат содержит менее 0,5 млн клеток в 1 мл (т.е. унос клеток составляет менее 0,1%). Высушенный на ленточной сушилке продукт имеет светло-коричневый цвет и содержит 41 мас.% сырого протеина.

Пример 2.

Процесс проводят в аналогичных условиях, но в качестве источника углерода и используют суспензию предварительно измельченных и разваренных при 120°С в течение 30 мин при рН 1,0 клубней картофеля. Количество клеток в суспензии по окончании процесса культивирования, наступавшего после снижения концентрации РВ до 2,0 г/л, составляет 695 млн в 1 мл. Суспензию фильтруют через бумажный фильтр. Фильтрат, содержащий менее 0,5 млн клеток в 1 мл (унос клеток 0,07%), возвращают на стадию приготовления питательной среды - для приготовления суспензии из измельченных клубней картофеля. Готовый продукт, высушенный на ленточной сушилке, содержит 45 мас.% сырого протеина.

Пример 3.

Процесс проводят, как в примере 2, но термообработку суспензии картофеля осуществляют при температуре 125°С в течение 40 мин при рН 1,2. Количество клеток культуры дрожжей по окончании процесса составляет 494 млн в 1 мл суспензии. Фильтрат, содержащий 0,5 млн клеток в 1 мл, возвращают на стадию приготовления питательной среды. Содержание сырого протеина в готовом продукте составляет 44 мас.%.

Пример 4.

Процесс проводят, как в примере 2, но термообработку суспензии измельченных клубней картофеля проводили при рН 0,3 в течение 40 мин при температуре 125°С. При этом наблюдается наибольший выход редуцирующих веществ, однако рост клеток культуры штамма-продуцента угнетается, по-видимому, продуктами гидролиза, образующимися в данных условиях подготовки питательной среды, и составляет 340 млн клеток в 1 мл.

Пример 5.

Процесс проводят, как в примере 2, но термообработку суспензии измельченных клубней картофеля проводили при рН 2,0 в течение 40 мин при температуре 125°С. При этом наблюдается недостаточный выход РВ, накопление биомассы составляет всего 310 млн клеток в 1 мл.

Пример 6.

Процесс проводят, как в примере 2 и 3, но суспензию из измельченных клубней картофеля готовят на основе фильтрата, получаемого от предыдущей ферментации.

Осуществлено 7 циклов культивирования дрожжей в ферментере при полном возврате фильтрата культуральной жидкости на стадию подготовки среды. Поскольку объем фильтрата составляет 80% от общей потребности в воде для подготовки питательной среды последующих стадий, то 5-6 циклов достаточно для полного обмена жидкой фазы в ферментационной среде. Результаты представлены в таблице.

Как видно из данных, при рециркуляции происходит некоторое повышение начального содержания РВ, что можно объяснить наличием небольшого количества остаточных углеводов в фильтрате. Степень утилизации РВ (85-88%) и содержание сырого протеина (44,8-50,9%), характеризующее кормовую ценность биомассы, остаются достаточно высокими в течение всего эксперимента по возврату фильтрата.

Таким образом, сравнение предлагаемого способа и прототипа показывает, что возврат фильтрата на стадию приготовления питательной среды сокращает водопотребление и объем технологических стоков на 80%, что приводит к упрощению и удешевлению способа получения кормовой биомассы дрожжей.

Технологический процесс исключает из производства энергоемкие способы концентрирования продуктов ферментации (сепарацию и вакуум-концентрирование микробной суспензии), существенно сокращает недопотребление и объем технологических стоков. Такая технология может быть реализована на модульных установках разной мощности как в составе крупных промышленных предприятий по производству кормовых продуктов, так и в малом масштабе непосредственно на местах скопления растительного сырья или отходов его переработки.

Формула изобретения

Способ получения кормовой биомассы дрожжей, предусматривающий выращивание их в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источник углерода и твердую фазу, выделение целевого продукта путем концентрирования дрожжевой суспензии фильтрованием и сушку целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве источника углерода и твердой фазы используют клубни картофеля, разваренные при 120-125°С и рН 1,0-1,2 в течение 30-40 мин, причем фильтрат после выделения целевого продукта возвращают на стадию приготовления питательной среды.