Бактерии

19.11.2014

Бактерии в качестве потенциального источника белка имеют по сравнению с другими микроорганизмами определенные преимущества:
— быстрый рост при оптимальных условиях культивирования (87 поколений за сутки для Escherichia coli, 43 — для Pseudomonas fluorescens). В среднем биомасса бактерий растет в четыре раза быстрее биомассы дрожжей и примернов тридцать раз быстрее водорослей;
— содержание белка в бактериях в зависимости от вида составляет 30—86% в сухом веществе, тогда как в дрожжах и водорослях этот показатель не превышает 60%;
— белок бактерий содержит метионина, триптофана и циста на больше, чем белок дрожжей и большинства грибов;
— оболочка бактерий легче разрушается абразивами, ультразвуком, а в некоторых случаях и ферментативно. К недостаткам бактерий относятся;
— повышенное содержание РНК, которое возрастает с увеличением скорости роста и характеризует быстро умножающиеся популяции;
— содержание лизина меньше, чем у дрожжей, но больше, чем у водорослей;
— клеточные оболочки плохо отделяются;
— коэффициент выхода массы в сравнении с остальными микроорганизмами более низкий.
Помимо культивирования бактерий на традиционных
источниках углерода (различные виды сахаров, крахмал и т. д.), в последнее время уделяется большое внимание производству бактерий на углеводородах. Насыщенные углеводороды используются многими видами бактерий при промышленном производстве жирных кислот, восков, жиров, кислот глютаминовой, дипиколиновой и салициловой.
Давно известно, что бактерии используют метан и могут расти на природном газе, но лишь совсем недавно на этой основе было реализовано промышленное производство белка одноклеточных организмов. Метан как сырье для производства бактериального белка перспективен там, где есть его богатые залежи. Используемые виды бактерий или их смеси представляют собой производственную тайну.
Производство биомассы на метане имеет существенные недостатки, помимо высокой капиталоемкости. Растворимость метана в воде низка, а в сочетании с воздухом он образует взрывоопасную смесь, конструкция промышленных ферментеров с рециркуляцией газовой фазы и подогревом весьма сложна.
В настоящее время происходит спад интереса к метану на фоне успешного полупромышленного производства бактериальной массы на метаноле, который является первым продуктом окисления метана в бактериальной клетке. Метанол без особых затрат можно получить из метана, а его использование не так требовательно к конструкции оборудования, причем расход кислорода и воды для охлаждения значительно меньше, а производительность ферментеров выше. При ферментации на питательной среде, содержащей 0,1—0,2% метанола, бактериями было использовано примерно 41 % углерода субстрата.
Японская компания Mitsubisclii Gas Chemical Company Inc. уже выпускает промышленную продукцию биомассы бактерий с высоким содержанием белка (до 86%). В качестве продуцента используется бактерия Pseudomonas, культивированная на метаноле.
Источником углерода для бактерий может служить и этанол. Компания Esso (Staridart Oil Co. New Yersey), совместно с швейцарской Nestle уже выпускает опытные партии такого бактериального белка. В качестве организма-продуцента используют Microccocus cerificans или смесь различных культур бактерий.
Еще одним богатым источником углерода являются чистые нормальные алканы. На питательной среде, которая содержит в качестве источника углерода n-алканы (C5-C25) с добавкой антибиотиков и других веществ, культивируют Artrobactcr paraffineus, A. roseoparaffincus, Brcvibacteriiim ketogliitarnicum.
По некоторым сообщениям, процесс биосинтеза белков на n-алканах (C1—C35) в США имеет свои особенности.
Существует возможность получения белка одноклеточных на целлюлозных отходах. Были выделены бактерии рода Cellulomonas, которые расщепляют целлюлозу, после чего последняя легко переваривается животными, тогда как необработанная целлюлоза труднопереварима или непереварима вообще. В результате синтетической ферментации Alcaligenes faecatis продукция бактериальной биомассы увеличивается в несколько раз.
Более 30 видов бактерий уже были испытаны в качестве потенциального источника белка. Это 12 видов рода Pseudomonas, 9 — Bacterium, 4 — Bacillus, по 2 — Metanomonas, Achromobacter, Flavobacterium и др.
Питательная ценность бактериального белка, особенно некоторых видов, мало изучена. В большинстве случаев приводятся данные, характеризующие содержание протеина и других питательных веществ в сухом веществе. Так, например, для бактерий, растущих на метане, эти показатели составили: 60—70% сырого протеина, 5—15 — жира, 13—35 — углеводов, 2—6 — золы, 2—6% воды, 15—45 мг витамина B12 и 69 мг витамина B1 в 1 кг сухого вещества. Для бактерий, культивируемых на n-алканах, величины эти изменились: сырой протеин — 63—75%, жир — 10—15, углеводы — 10, зола — 6—12%. Содержание витаминов (особенно группы В) в биомассе относительно высоко:
Ценность бактериального белка некоторых видов снижается за счет несбалансированного аминокислотного состава или отсутствия отдельных аминокислот.
Бактериальные белки, за редким исключением, богаты лизином, и, подобно другим микроорганизмам, относительно бедны серусодержащими аминокислотами, особенно метионином. Эти данные подтвердились и в опытах на животных.
Совершенно особое положение с этой точки зрения занимает вид Micobacterium tuberculosis, относительно богатый метионином. При условии устранения патогенности этого микроорганизма из него можно получать белок весьма высокого качества.
Определение питательной ценности сухой биомассы бактерий E. coli в опытах на индюшатах и мышах показало, что ми бактерии могут быть полноценным источником белка для растущих животных. Даже неприятный запах биомассы этой бактерии не препятствовал поеданию ее крупный рогатым скотом. Биомасса E. coli использовалась эффективно в рационах индюшат, цыплят, причем переваримость протеина в последнем случае составила 80%. Некоторые данные о биомассе отдельных видов бактерий даны в таблице 3.

Бактерии

В своих опытах Танненбаум использовал Bacilltis megaierium в качестве модели для определения оптимальных способов переработки и использования микробиального белка. Оказалось, что из клеток с поврежденными оболочками несложно изолировать несколько фракций растворимых белков, но этим способом можно выделить лишь 50% содержащихся в клетках аминокислот. Аминокислотный состав одной из этих фракций подобен аминокислотному составу белка коровьего молока. Эти данные подтвердились в опытах с аспорогенным вариантом Bacillus megaterium, культивируемым на глюкозе с добавкой минеральных веществ. В полученной биомассе было также установлено высокое содержание витамина B12 (10—15 мг в 1 кг сухого вещества). Сухие клетки Bacillus megaterium использовали в качестве добавки к рациону цыплят. В ходе опыта каких-либо неблагоприятных влияний данного белка на рост и клиническое состояние цыплят установлено не было. Однако переваримость протеина этого вида бактерий до сих пор точно не определена. По данным Танненбаума и Миллера, так называемая кажущаяся переваримость составляет всего лишь 56%, но при разрушении клеточных оболочек она повышается до 67%. При этом следует отметить, что так называемая «кажущаяся — балансовая» переваримость на самом деле более низкая, чем истинная переваримость. Кормленческне опыты с использованием Hydrogenomonas eutropha были поставлены на некоторых видах животных.
Характеристика опытов дана в таблице 4.
Бактерии

У всех видов животных была определена высокая истинная переваримость (90% после варки и разрушения клеточных оболочек) и усвояемость протеина этого микроорганизма. Тем неожиданнее были осложнения, возникавшие при добавке нескольких граммов тщательно очищенной биомассы H. eutropha и A. aerogenes в пищу людей 14; 361. Отмечались нарушения пищеварения, мышечная слабость и кожные высыпания у молодых, здоровых добровольцев. При переходе на контрольную диету уже на другой день все эти симптомы исчезали.
Обнадеживающие результаты получены в опытах с волокнистыми термофильными актиномнцетами, вырабатывающими высокоактивные целлюлазы и способными использовать лигниноцеллюлозный материал с малой степенью предварительной подготовки. При термофильных условиях можно работать неасептически. В этом случае заражение патогенной микрофлорой исключается, а при температуре 60—65°С наступает инактивация самой патогенной микрофлоры, содержащейся в сырье (в первую очередь, вегетативных форм). Охлаждение ферментов намного проще и дешевле, чем при мезофильном процессе. Однако кормовые и гигиенические особенности волокнистых термофильных актиномицетов еще недостаточно хорошо изучены.
Принимая во внимание высокий уровень протеина и относительно высокую биологическую ценность, бактериальный белок после решения всех упомянутых вопросов можно будет использовать в форме белковых добавок в корма для животных или продукты питания человека.
С экономической точки зрения большое значение имеет производство белковых концентратов метанового брожения, богатых витамином B12. В России их вырабатывают из различных отходов при помощи термофильных бактерий. Производство экономично даже при переработке малоконцентрированных отходов, таких, как выжимки после дистилляции этанола или ацетона и бутанола. После сушки препарат используется в качестве витаминно-белкового концентрата. При термофильном анаэробном ферментировании инактивируются и споры мезофильных бактерий.
Чрезвычайно перспективно производство биогаза из отходов животноводства (экскрементов). Теоретически ферма на 100 голов крупного рогатого скота может быть энергетически автономным предприятием, так как 90% распавшихся органических веществ переходит в энергию метана. Суточная продукция метана в расчете на одну корову эквивалентна энергии 0,5 л бензина. Избыточная энергия более крупных ферм может быть использована для производства БО аэробным путем.


Добавить комментарий
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: