БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006

Частина ІІ. Спеціальні біотехнології

Розділ 21. БІОТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА БІЛКА

21.2.МІКРООРГАНІЗМИ ПРОДУЦЕНТИ БІЛКА

Дріжджі використовуються у різноманітних мікробіологічних процесах і є дуже перспективними продуцентами білка. Для одержання кормової білкової біомаси використовують різні раси дріжджів, але найчастіше - культури родів Candidia, Torulopsis i Saccharomyces. Ці роди мають здатність використовувати як гексози, так і пентози й органічні кислоти. У процесі виробництва вони швидко адаптуються до токсичних та інгібуючих речовин. Добре ростуть при рН 4,2-4,4.

При виробництві дріжджів використовується легкодоступна і дешева сировина. Традиційними для культивування дріжджів є вуглецеві субстрати (меляса, гідролізати деревини, молочна сироватка, відходи крохмального виробництва і сільського господарства). Нетрадиційна сировина - дистиляти нафти, н-алкани, синтетичний етанол і метанол тощо.

Дріжджі як продуценти білка мають низку переваг порівняно з іншими мікроорганізмами: спосіб їх культивування в промислових умовах достатньо відпрацьований; клітини дріжджів більші за клітини бактерій, що полегшує сепарацію; поживна цінність і гігієнічні якості біомаси добре вивчені.

Вміст поживних речовин у дріджовій біомасі залежить від виду дріжджів, умов культивування і субстрату. Кількість білка коливається від 40 до 60 % від сухої речовини біомаси. За якістю білка дріжджі, як і інші мікроорганізми, значно перевершують рослинні корми і прирівнюються до білків тваринного походження. Так, кормові дріжджі містять у 5 разів більше білка (в тому числі лізину - в 10, метіоніну - у 5 разів і триптофану - тричі), ніж ячмінь.

Особливу цінність кормовим дріжджам надає наявність в них комплексу вітамінів групи В, які беруть участь в розщепленні вуглеводів з виділенням енергії. За вмістом цих вітамінів дріжджі перевершують усі протеїнові корми рослинного і тваринного походження.

Поряд з позитивними якостями дріжджі мають і деякі недоліки. Білок дріжджів бідний на сірковмісні амінокислоти (вміст метіоніну удвічі-тричі менший, ніж у м’ясному білку) і містить порівняно велику кількість (3-6 %) нуклеїнових кислот. Клітини дріжджів мають міцну оболонку, що ускладнює доступ харчотравних ферментів до поживних речовин клітин і їх потрібно дезінтегрувати (руйнувати).

Джерелом азоту для дріжджів є солі амонію або нітрати. Вуглець вони одержують із різноманітних органічних субстратів. Перетворення неорганічного азоту в білок і асиміляція різних органічних субстратів як джерела вуглецю - це основні процеси, які сприяли виробленню білка дріжджами у промисловому масштабі.

Непатогенні бактерії. Бактерії як продуценти білка привертають увагу великою швидкістю росту: вони ростуть у середньому в 4 рази швидше дріжджів і майже в 30 разів швидше водоростей. Перевагою також є більш високий вміст білка порівняно з іншими мікроорганізмами - 60-83 % від сухої речовини, а також амінокислот метіоніну і цистіну порівняно з дріжджами. Стінки клітин бактерій легше руйнуються.

До основних недоліків бактерій можна зарахувати високий рівень в білку нуклеїнових кислот (до 25 %), наявність в клітинах низку компонентів, нешкідливість яких для тварин викликає сумнів (циклопропанові і мультирозгалужені жирні кислоти, полі-β-оксимасляна кислота, α-амінокислоти тощо); більш низький коефіцієнт виходу біомаси і порівняно складний процес виділення її з культурального середовища через малий розмір клітин.

Плісняві гриби невибагливі до умов культивування і ростуть у різних умовах кислотності, температури і осмотичного тиску. Відмінною особливістю мікроскопічних грибів є їх здатність синтезувати комплекс гідролітичних ферментів, які можуть утилізувати складні поліцукри і лігнін, що є малодоступними для інших мікроорганізмів. Це створює можливість прямої трансформації целюлозо- і крохмалевмісних субстратів у білок і робить мікроскопічні гриби перспективними продуцентами мікробного білка з відходів сільського і лісового господарства та деяких галузей харчової промисловості.

Як продуценти білка, амінокислот, вітамінів та інших біологічно активних речовин використовують гриби родів Aspergillus, Fusarium, Trichoderma тощо.

Грибний білковий продукт має низку переваг: він містить ароматичні речовини, які надають йому приємного запаху; нитчаста природа грибного білка забезпечує відносно легке відокремлення біомаси під час промислового виробництва; амінокислотний склад відзначається більш високим рівнем сірковмісних амінокислот і наближається до амінокислотного складу м’яса; грибний білок містить незначні кількості (1-4 %) нуклеїнових кислот; клітинна стінка грибів тонка, завдяки чому білок легко перетравлюється без попередньої обробки. Перспективні як продуценти для одержання кормових білків. Грибні препарати використовуються для підвищення перетравності грубих кормів і збагачення їх різними біологічно активними речовинами.

До недоліків грибів належить порівняно низький рівень протеїну, який коливається в широких межах (20-60 % від сухої речовини) і відносно повільний ріст - швидкість подвоєння біомаси грибів складає 4-16 год, дріжджів - 2-3 год.

Мікроводорості. Одноклітинні водорості є фототрофними мікроорганізмами й потребують для росту відмінних умов, порівняно з іншими мікроорганізмами - продуцентами білків. Для їх росту необхідно: світло, достатня кількість вуглекислого газу, мінеральних речовин і певний температурний режим, а сам процес потребує значних об’ємів води.

Серед великої кількості видів одноклітинних водоростей найбільш прийнятними продуцентами є зелені протококові водорості роду Chlorella i Scenedesmus, а також синьо-зелена спіралеподібна водорость Spirulina. Розмір спіруліни приблизно в 100 разів більший, ніж хлорели і сценедесмуса - 500 мкм. Вона добре росте в лужному середовищі з рН 9-11, а хлорела і сценедесмус - у середовищі, близькому до нейтрального. Протококові водорості мають міцну целюлозну оболонку, а у спіруліни її немає.

Мікроводорості у штучних умовах культивують в основному на мінеральних середовищах, але вони добре ростуть і на стічних водах, гнойовій біомасі, у солоних, прісних і лужних водоймищах (спіруліна).

Мікроводорості належать до організмів з активним біосинтезом білків, вітамінів, жироподібних та інших біологічно активних речовин. Вміст білка у зелених водоростей складає 45-55 %, а у спіруліни - 60 %. Білок мікроводоростей має у своєму складі усі (10) незамінні амінокислоти. За вмістом цих амінокислот його можна порівняти з білком кормових дріжджів і сої. Натомість білок водоростей має низький вміст сірковмісних амінокислот, а білок спіруліни ще й низький вміст лізину і досить високий вміст нуклеїнових кислот.

Світовий досвід показує, що біомаса водоростей за вмістом протеїну перевищує соєву дерть (40-65 % проти 35-40 % відповідно), але поступається перед соєю за вмістом жиру (2-15 % проти 15-20 % відповідно). Але рівень збалансованості протеїну біомаси водоростей за амінокислотами виявився нижчим порівняно з білком сої. Перетравнісь протеїну протококових водоростей коливається в межах 45-46 % через міцну їх оболонку, а спіруліни - 70 %.

Біомаса мікроводоростей багата каротином (1500 мг/кг сухої біомаси, що у 7-9 разів більше, ніж у трав’яній муці вищої якості з люцерни), містить багато вітамінів, макро- і мікроелементів.

Хімічний склад мікроводоростей лабільний і визначається значною мірою умовами їх культивування. Змінюючи склад поживного середовища й інші умови (температуру, освітлення) можна підвищувати в мікроводоростях вміст білка від 8 до 60 %, вуглеводів - від 6 до 37 %, ліпідів - від 5 до 85 %.

Серед мікроводоростей більш перспективною для одержання білка є спіруліна, біомаса якої містить в середньому 65 % білка, однак у білку міститься мало лізину.