Основные группы микроорганизмов, используемые для переработкисельскохозяйственной продукции
(не нашли еще)
Основные методы биотрансформации вторичных сырьевых ресурсов перерабатывающих производств
Микробиологический синтез, промышленный способ получения химических соединений и продуктов (например, дрожжей кормовых), осуществляемый благодаря жизнедеятельности микробных клеток.
1.Синтез кормового белка и аминокислот
Корма, содержащие недостаточно протеина, незаменимых аминокислот и витаминов, неэффективны и невыгодны. Расход их для получения той или иной животноводческой продукции повышается в несколько раз. В условиях интенсивного ведения хозяйства важно не только обеспечить достаточное валовое производство кормов, но и получать корма с высоким содержанием в них белка и сбалансированными по аминокислотному составу.
Белковый и аминокислотный обмен различен у жвачных и нежвачных животных. Упоследних желудок однокамерный, и микрофлора их желудочно-кишечного тракта проявляет свою активность в кишечнике. Существенных синтетических процессов микробиологического характера в желудке нежвачных животных не протекает. Под влиянием желудочного сока здесь из белков корма образуются аминокислоты, и осуществляется реакция переаминирования. Однако такие незаменимые аминокислоты, как лизин, треонин, аргинин, в результате переаминирования не синтезируются вовсе или синтезируются в таком малом количестве, что это не имеет практического значения. Поэтому для нежвачных животных данные аминокислоты в необходимых количествах должны присутствовать в пищевом рационе.
|
|
|
Жвачные животные менее требовательны к полноценности белков корма, так как обитающая в их преджелудках богатая микрофлора синтезирует даже из простых, содержащих азот веществ все аминокислоты, в том числе и незаменимые. Первоначально микроорганизмы синтезируют белок в своих клетках, после отмирания, которых аминокислоты освобождаются и становятся достоянием животного-хозяина.
Эта особенность жвачных животных позволяет для частичного восполнения дефицита белков использовать в их рационе содержащие азот простые химические вещества (мочевину и соли аммония). В рубце жвачных животных микроорганизмы синтезируют в больших количествах глютамин, глютаминовую кислоту, глицин и валин. Они транспортируются в печень, где синтезируются другие аминокислоты.
В существующих кормовых рационах далеко не всегда имеется достаточно белка, необходимых аминокислот и витаминов. Поэтому ставится вопрос о дальнейшем введении их в корм в виде тех или иных препаратов, в частности, полученных с помощью микроорганизмов. Так, большое внимание ученых привлекает вопрос получения кормового белка путем микробного синтеза. Вследствие быстрого размножения продуктивность микроорганизмов по сравнению с высшими организмами несопоставимо велика. Например, сравнительно небольшой дрожжевой завод в сутки выпускает около 30 т массы, содержащей 15 т белка, то есть 5,5 тыс. т в год. Чтобы получить такую продукцию от крупного рогатого скота, надо иметь стадо в несколько десятков тысяч голов.
|
|
|
Установлено, что на жидких парафинах хорошо размножаются дрожжи из рода Candida. Лучше всего они используют парафины ряда С15 — С18. Углеводороды С10 — С14 и С20 — С24 могут ассимилироваться лишь отдельными культурами. Изопорфирины, нафтены и ароматические углеводороды дрожжами практически не усваиваются. В качестве источника азота дрожжи используют соли аммония.
Научные основы получения кормового белка на углеводородах сейчас изучены достаточно хорошо. Организовано крупномасштабное получение кормового белка. Готовая продукция представляет собой массу, имеющую лишь 7—10% влаги — белково-витаминный концентрат (БВК).
Изучение состава БВК показало, что он не уступает кормовым продуктам животного происхождения. БВК имеет все незаменимые аминокислоты, в тех же количествах, что и традиционные кормовые добавки. Лишь по содержанию метионина он несколько уступает рыбной муке. БВК богат витаминами и по ряду показателей превосходит рыбную муку и соевый шрот. Испытания показали полную безвредность и биологическую ценность БВК для животных. В частности, этот препарат может заменить молоко при выпойке телят.
|
|
|
Ставится вопрос не только об увеличении производства БВК, но и о получении кормового белка на материалах, более дешевых, чем жидкие парафины. Желательно иметь возобновляемое сырье. Так, проводится экспериментальная работа по получению бактериального белка из газообразного углеводорода — метана.
Бактерии, размножающиеся на метане весьма своеобразны, так как они растут только на одноуглеродных соединениях, что облегчает условия их культивирования в связи с отсутствием конкурентов. С экономической точки зрения выгоднее, однако, метан каталитически окислять в метанол. Метанол хорошо растворим в воде, и легко усваивается многими микроорганизмами, как бактериями, так и некоторыми дрожжами. В Англии имеется завод, вырабатывающий дрожжевой белок на метиловом спирте.
|
|
|
Изучается возможность производства микробного белка на этиловом спирте, на котором получается более высокая биомасса дрожжей.
Большое внимание в нашей стране и за рубежом уделяют получению белка с помощью автотрофных водородных бактерий. Используя окисление водорода как энергетический процесс в качестве источников питания, они довольствуются лишь минеральными соединениями.
Следует отметить, что по некоторым химическим показателям дрожжевой белок имеет некоторые преимущества по сравнению с бактериальным.
В настоящее время многими научными учреждениями СНГ и за рубежом проведена успешная разработка методов получения кормового белка из различных отходов. Некоторые из них могут быть использованы для промышленного получения белка, другие — в хозяйственных условиях.
В качестве возможного сырья для получения микробного белка представляют интерес различные целлюлозосодержащие отходы промышленности и сельского хозяйства. Для обогащения белком измельченных целлюлозных отходов целесообразнее использовать культуры микроскопических грибов, которые могут активно разрушать клетчатку, одновременно накапливая белок. В СНГ успешные работы в этом направлении проводят В. И. Билай (Институт микробиологии АН УССР), которая использует гриб Trichoderma viride, и А. Г. Лобанок (Институт микробиологии АН БССР), применяющий гриб из рода Peniciliium. Таким путем можно получать корм, содержащий до 30% белка.
Работы по получению кормового белка на отходах лесной и целлюлозной промышленности проводят в Швеции и Финляндии, где для этого используют грибы.
В Канаде в провинции Онтарио недавно начал работать небольшой завод по переработке на корм древесных отходов с помощью микроскопического гриба Chaetomium.
Для выработки грибного мицелия можно использовать не только целлюлозу, но и другие вещества — крахмальные гидролизаты, отходы зерна и т. д. Так, в Институте микробиологии АН БССР разработан метод глубинного культивирования мицелия базидиального трутового гриба Daedaleopsis confragasa на средах с молочной сывороткой. Из 1 т молочной сыворотки может быть выработано 20 кг высушенной измельченной массы, имеющей около 50% сырого протеина и содержащей ряд незаменимых аминокислот.
На молочной сыворотке с успехом размножается базидиальный съедобный гриб Panus tigrinus (пилолистник тигровый). Выращенный и измельченный мицелий этого гриба имеет около 45% сырого белка, который близок по составу к животным белкам.
Институт микробиологии и вирусологии рекомендует, как белковую добавку к бедным кормам давать кормовые дрожжи Candida, выращенные на разваренной зерновой дерти, муке или других субстратах. Перед использованием дрожжевую массу прогревают в целях разрушения дрожжевых клеток, что повышает их усвояемость. Кормовые дрожжи следует готовить в местах их потребления, а не на заводах.
Имеются предложения о переработке на корм многих пищевых и промышленных отходов и даже навоза. В СНГ и за рубежом изучался вопрос об использовании как корма микроводорослей. Проведенные работы не дали высокого эффекта и практически были прекращены. Это в значительной степени связано со слабой усвояемостью животными ценных компонентов клеток водорослей.
Тем не менее, в некоторых случаях водорослевые препараты дают положительный эффект. Это показано исследованиями, проведенными в Институте микробиологии АН Узбекской, где использовали жидкие препараты водорослей Chlorella. В культуральной жидкости водоросли содержится небольшое количество белка, но имеется ряд биологически активных соединений. Там же проводятся работы с водорослью Spirulina, которая имеется в водоемах Африки, и местные жители используют ее для кормления скота (А. М. Музафаров и др.).
Многие микроорганизмы могут быть использованы для получения незаменимых кормовых аминокислот и витаминов. Только правильное сочетание всех компонентов корма дает наилучший результат, а недостаток хотя бы одного из них снижает эффективность остальных. С помощью сбалансированного питания можно в ряде случаев упростить и удешевить набор ингредиентов, входящих в комбикорм. Например, обогащение кормов витамином В12 заменяет дефицитный и дорогой животный белок растительным. При этом продуктивность животных не снижается.
До второй мировой войны производства аминокислот почти не было ни в одной стране. К настоящему времени доказана целесообразность использования аминокислот в животноводстве, где они дают огромный экономический эффект. Для кормления животных нет нужды в получении чистых препаратов, достаточно иметь концентраты, производство которых дешевле и проще.
Замечательное свойство многих микроорганизмов — способность накапливать в среде огромное количество некоторых ценных аминокислот. Размер этого «сверхсинтеза» может быть очень большим. Так, аспарагиновой кислоты некоторые микроорганизмы производят до 200 г, глютаминовой — до 100, валина — до 16 г на 1 л среды. Имеются микроорганизмы, синтезирующие значительные количества L-лизина, L-валина, L-метионина и триптофана.
В СНГ микробиологическим способом получают лизин. Для синтеза L-лизина используют культуру Brevibacterium sp., в качестве сырья — уксусную кислоту, минеральные соли, мелассу, кукурузный экстракт и некоторые отходы пищевой промышленности. Лизин выпускается в виде жидкого концентрата (ЖКЛ), сухого концентрата (ККЛ) и кристаллического препарата.
За рубежом микробиологическим способом, помимо L-лизина, получают L-глютаминовую кислоту, используя культуру Micrococcus glutamicus и некоторые бактерии рода Brevibacterium. В небольших количествах готовят L-аланин, продуцируют который некоторые актиномицеты (Sir. tyoidens, Str. aviculastus и др.), а также бактерии рода Brevibacterium и Corynebacterium. Возможно получение триптофана с использованием культуры гриба Candida vitilis.
Синтез микроорганизмами витаминов и ферментов
Витамины представляют собой группу низкомолекулярных органических соединений, необходимых для поддержания жизни животных, организм которых должен получать их с кормом. Отдельные витамины (например, витамин С) организм животного может синтезировать. У взрослых жвачных животных витамины комплекса В и витамин К синтезируются микрофлорой рубца в достаточном количестве. Животные-копрофаги (например, кролики) получают витамины, поедая собственный кал, в котором бактерии накапливают значительное количество витаминов.
Однако в ряде витаминов животные нуждаются, а в обычном корме их не хватает. Это относится прежде всего к витамину Bi2, каротину и в некоторой степени к витаминам группы В, которые особенно требуются для откорма свиней и птицы.
Производство некоторых витаминов в промышленном масштабе может быть осуществлено микробиологическим путем. В СНГ в промышленном масштабе производят витамин B12(цианкобаламин). Синтез витамина B12 ведут по методу, разработанному Институтом биохимии имени Баха АН СНГ. Как субстрат используется ацетонбутиловая барда — отход бродильной промышленности. Процесс осуществляется метановым брожением при температуре 50°С. непрерывным методом. В субстрате образуется ряд продуктов, в том числе витамин В12 и метан. Сброженная барда поступает в выпарной аппарат, где сгущается, а затем в сушку и расфасовку.
Предложены также другие методы получения витамина B12. Можно, например, использовать пропионовокислые бактерии, которые в анаэробных условиях образуют при сбраживании спиртовой барды значительное количество витамина В12.
У нас имеются разработки, позволяющие в ближайшее время организовать крупномасштабное производство ряда других витаминов.
Так, используя гриб Eremothecium ashbyi, можно получать препарат витамина В2 (рибофлавина). Как субстрат для производства рекомендуется питательная среда из соевой муки, кукурузного экстракта и мелассы. Ферментация идет около трех суток при 28°С. Культуральная жидкость сгущается в вакуум-аппарате при температуре, не превышающей 80°С, а затем высушивается на вальцовой сушилке. Ведется работа по подбору более дешевой среды из непищевого сырья.
Гриб Blakeslea trispora продуцирует провитамин А (в-каротин). Процесс может проходить на гидролизате сои или на отходах пищевой промышленности. Брожение осуществляется 3 дня при 25°С, после чего мицелий гриба сепарируется или отделяется фильтрацией. Он подвергается сушке в вакууме и расфасовывается. Препарат представляет собой мелкопластинчатую массу или песчаную массу красного цвета.
Некоторые микроорганизмы (Str. aurantiaca), культивируемые на отходах животноводческих ферм или гидролизате древесины, позволяют получить массу, содержащую не только (5-каротин, но и витамины группы В и антибиотики.
Не представляет сложности получение витамина D (кальциферола), дефицит которого в кормах сельскохозяйственных животных наблюдается наиболее часто. Основным источником витамина D являются облученные кормовые дрожжи. Готовый препарат представляет собой мелкозернистый порошок, имеющий светло-желтый цвет.
За рубежом в настоящее время, кроме отмеченных препаратов, производят микробиологическим способом треанин, аланин и ведется интенсивная работа по синтезу триптофана.
В последнее время, как в СНГ, так и за рубежом изучают влияние различных ферментных препаратов, добавляемых в корм, на продуктивность сельскохозяйственных животных. Как добавки в корм используют амилазу, глюкоамилазу, липазу, пектиназу, целлюлазу и т. д. Стремятся выяснить возможность производства мультиэнзимных ферментов для различных видов и возрастных групп животных с учетом особенностей их кормления.
Возможно, что ферменты найдут широкое применение при производстве заменителей молока для кормления молодняка (телят, поросят, ягнят). Очевидно, ферменты можно использовать в ветеринарии при лечении желудочно-кишечных заболеваний и т. д.
Использование антибиотиков в кормлении животных
Введением в рацион молодых животных небольших количеств антибиотиков (5—10 г на 1 т) можно ускорить рост и уменьшить отход молодняка в период выращивания.
Так, в опытах А. X. Саркисова с сотрудниками при добавке в корм цыплятам (поголовье более 200 тыс.) пенициллина (40 мг/кг) или биомицина (20 мг/кг) отход молодняка был сокращен в 2—3 раза, а приросты живой массы повысились на 6 — 15%.
Куры-несушки при введении в корм антибиотиков дают значительно больше яиц. Например, А. Мюллер (Чехословакия) провел опыт по испытанию действия прокаинпеиициллина на яйценоскость кур.
В первый месяц яйценоскость повысилась на 15%, во второй — на 40, в третий — на 79, в четвертый — на 50 и в пятый — на 22%. Стимуляционный эффект от антибиотиков был получен также исследователями, работавшими с водоплавающей птицей.
Весьма рентабельно введение антибиотиков в рационы свиней. Поэтому в свиноводстве антибиотики широко применяются. Опыты показывают, что поросята, которым в корм добавляли антибиотики, в двухмесячном возрасте весили на 1,5—1,7 кг больше, чем не получавшие препаратов. Свиньи при мясном откорме с добавлением антибиотиков весили на 8—10 кг больше контрольных. В общем, антибиотики увеличивают массу животных за период откорма на 15—20%.
Значительное число опытов по кормлению телят с использованием антибиотиков было проведено как в СНГ, так и за рубежом. Показано, что телята в возрасте 7—8 недель под действием антибиотиков увеличивают прирост живой массы на 22—85%, а в возрасте около 12 недель — на 20—35%.
Введение антибиотиков в рацион дойных коров заметного влияния на лактацию не оказывает. В условиях пастбищного содержания антибиотики не влияют на животных, положительное действие препаратов проявляется, когда коровы находятся в стойле. При кормлении ягнят антибиотики имеют главным образом профилактическое значение против желудочно-кишечных заболеваний, авитаминозов и пневмонии.
Подкормка жеребят антибиотическими веществами способствует их развитию и, в частности, повышению плотности костей. Введение в корм антибиотиков улучшает рост собак, лисиц, норок и т. д. Для добавки в комбикорма и в кормовые рационы использовали разнообразные антибиотические вещества — биомицин, тетрациклин, стрептомицин, пенициллин и т. д.
Некоторые антибиотики, использованные в животноводстве, применялись в медицине и ветеринарии. Поэтому возникает опасность появления в окружающей среде устойчивых форм патогенных микроорганизмов и снижения (а возможно, и уничтожения) лечебного эффекта антибиотических веществ при заболевании людей и животных. В связи с этим возникла проблема ограничения использования медицинских антибиотиков для кормовых целей и консервирования продуктов. Особенно это относится к соединениям, фиксируемым тканями животных. Ставится вопрос о применении для нелечебных целей специальных антибиотиков.
Как же влияют антибиотики, добавляемые в незначительных количествах в корм, на организм животных? Несмотря на большую исследовательскую работу, этот вопрос еще окончательно не решен.
Не исключено, что антибиотики повышают защитные свойства животного, благодаря чему снижается влияние субклинических инфекций, которые нередко служат главной причиной замедленного развития молодняка. При этом активно подавляются клинические проявления инфекционных болезней.
Отмечен стимуляционный эффект низких доз антибиотиков при скармливании их стерильно выращенным животным. Подобные опыты ставились с цыплятами и поросятами. Стерильных поросят получали путем кесарева сечения и воспитания животных на стерильном корме. Отсюда можно заключить, что антибиотики оказывают положительное действие, не только изменяя микрофлору желудочно-кишечного тракта.
У нестерильных животных, получавших рацион с антибиотиками, повышалась средняя масса рождающегося потомства, что свидетельствует о положительном влиянии антибиотиков на рост эмбрионов.
Таким образом, ростовой эффект антибиотиков — сложный и комплексный. Частично он связан с воздействием на микрофлору кишечника. Однако антибиотики и непосредственно влияют на организм животного — у него усиливается аппетит, секреция пищеварительных ферментов, гормонов и т. д. Поэтому антибиотики могут считаться стимуляторами роста, то есть соединениями, проявляющими функцию, свойственную и другим химическим веществам.
Среди ученых, много сделавших в области изучения кормовых антибиотиков в СНГ следует отметить Н. А. Красильникова — автора ряда ценных препаратов (кормогризина, витамицина и др.), работавшего в Институте микробиологии.
Кормогризин получают при глубинной ферментации микроба на среде, содержащей кукурузную муку, крахмал и минеральные соли (продуцент Str. griseus). Антибиотик обладает малой токсичностью, но угнетает развитие значительного количества бактерий, грибов и дрожжей. Используют высушенную массу мицелия Str. griseus, которую добавляют в корм. Препарат предложен как ростостимулирующая добавка, оказывающая положительное влияние на обмен веществ у животных. Хороший эффект получен при использовании кормогризина для откорма свиней, а также индеек, гусей и другой птицы. Антибиотик не проникает из кишечного тракта в организм животного.
Продуцентами кормового антибиотика бацитрацина являются Вас. subtilis и Вас. licheniformis. Антибиотик дает хорошие результаты при откорме телят и введении в рацион кур-несушек. Бацитрацин почти не всасывается из пищеварительного тракта и не накапливается в тканях.
Витамицин продуцируется стрептомицетом Str. aureverticillatus. Препарат представляет собой высушенную культуральной жидкости вместе с мицелием. Установлено, что биологическая активность витамина может компенсировать недостачу в кормах витамина А. Препарат ускоряет рост животных и позволяет экономить корма.
Кормарин вырабатывается культурой Str. aurigineus. Препарат готовят из смеси культуральной жидкости и мицелия-продуцента, высушенных на распылительной установке. Он содержит витамины группы В, гормоноподобные вещества и другие факторы роста. Использование кормарина в рационах животных и птицы повышает приросты живой массы, улучшает обмен веществ и усвояемость компонентов корма.
Кормовые антибиотики широко используют за рубежом. Например, в США в последние годы они были выработаны на сумму около 300 млн. долларов. Список зарубежных препаратов достаточно велик, здесь отметим лишь некоторые, наиболее распространенные.
Флавомицин (продуцент Str. bambergiensis) применяют как стимулятор роста свиней. Кормовой антибиотик виргиниемицин (продуцент Str. virginiae) продается более чем в 40 странах. Это хороший стимулятор роста, с длительным действием при выращивании животных. В значительных количествах применяют румензин (продуцент Str. cinnamonensis), улучшающий перевариваем ость корма за счет замедления скорости его прохождения по пищеварительному тракту. Имеются сведения о широком использовании тилозина (продуцент Str. fradiae), обладающего широким антимикробным спектром, но в основном действующим на грамположительные микроорганизмы. На кишечную палочку, в частности, он действует слабо. Введение препарата в кормовой рацион свиней способствует большему приросту живой массы, чем другие антибиотики.
Таким образом, для выработки кормовых антибиотиков в основном используют культуры актиномицетов.
46. Биотехнология получения кисломолочных продуктов
Биотехнология и производство кисломолочных продуктов
Производство кисломолочных продуктов нового поколения базируется на знании биотехнологии, в основе которой лежат микробиологические процессы.
Применительно к кисломолочным продуктам биотехнология развивается по следующим направлениям:
-- совершенствование классических технологий кисломолочных продуктов с использованием штаммов молочнокислых бактерий, созданных с помощью новых методов селекции;
-- разработка нового поколения кисломолочных продуктов с применением новых видов микроорганизмов-пробиотиков и продуцирующих биологически активные вещества.
Технологический процесс производства биопростокваши резервуарным способом осуществляется в такой последовательности:
1. приемка и подготовка сырья (очистка, охлаждение, промежуточное хранение);
2. термизация, охлаждение, промежуточное хранение молока;
3. подогрев и сепарирование молока;
4. нормализация и гомогенизация смеси;
5. тепловая обработка и охлаждение смеси;
6. заквашивание и сквашивание смеси;
7. перемешивание и охлаждение;
8. розлив.
При термостатном способе производства заквашенную смесь немедленно разливают при периодическом помешивании, упаковывают и маркируют.
Смесь сквашивают в термостатной камере при температуре +35...37 °С до образования сгустка кислотностью от 75 до 85 °Т (рН от 4,5 до 4,4). По окончании сквашивания продукт, выработанный термостатным способом, помещают в холодильную камеру, в которой он охлаждается до температуры +4...±2 °С, после чего технологический процесс считается законченным.
При выработке фруктовой биопростокваши в перемешанный и частично охлажденный сгусток вносят фруктовые наполнители (красители), перемешивают до равномерного их распределения и подают на розлив.
Новейшим достижением ученых и практиков является производство кисломолочных продуктов, базирующихся на биотехнологии, так называемых биопродуктов. Кроме того, создание продуктов с нетрадиционными добавками (плодоовощные порошки, молочно-белковые концентраты, бескалорийные подсластители, лекарственные травы, специально подобранные штаммы микроорганизмов, фитодобавки, пробиотики); создание новых продуктов на основе сыворотки, пахты, рекомбинированного молока; удлинение сроков хранения изделий и улучшение их качества.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1113; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!