Биотехнология» и260204 «Технология бродильных производств и виноделие» Бийск Издательство Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова 2009
|
|
Скачать 0.96 Mb.
|
|
1.3 Микроорганизмы, используемые в биотехнологических процессах 2.1 Целесообразность использования микроорганизмов для производства белка |
|
^
Из более чем 100 тыс. известных микроорганизмов в промышленности применяются всего несколько сотен видов, так как промышленный штамм должен отвечать ряду строгих требований: 1) расти на дешевых субстратах; 2) обладать высокой скоростью роста или давать высокий выход продукта за короткое время; 3) проявлять синтетическую активность в сторону желаемого про-дукта; образование побочных продуктов должно быть низким; 4) быть стабильным в отношении продуктивности и к требованиям условий культивирования; 5) быть устойчивым к фаговым и другим типам инфекций; 6) быть безвредным для людей и окружающей среды; 7) желательны термофильные, ацидофильные (или алкофильные) штаммы, поскольку с ними легче поддерживать стерильность в производстве; 8) интерес представляют анаэробные штаммы, так как аэробные создают трудности при культивировании – требуют аэрирования; 9) образуемый продукт должен иметь экономическую ценность и легко выделяться. На практике применяются штаммы четырех групп микроорганизмов: – дрожжи; – мицелиальные грибы (плесени); – бактерии; – аскомицеты. Термин «дрожжи» в строгом смысле не имеет таксономического значения. Это одноклеточные эукариоты, относящиеся к трем классам: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes. К аскомицетам относят, прежде всего, Saccharomyces cerevisiae, определенные штаммы которого используются в пивоварении, виноделии, производстве хлеба, этилового спирта. Аскомицеты Saccharomyces lipolytica деградируют углеводороды нефти и употребляются для получения белковой массы. Дейтеромицет Candida utilis используют как источник белка и витаминов и выращивают на непищевом сырье: сульфитных щелоках, гидролизатах древесины и жидких углеводородах. Дейтеромицет Trichosporon cutaneum окисляет многие органические соединения, в том числе токсичные (например, фенол), и используется при переработке стоков. Мицелиальные грибы используют: – в получении органических кислот: лимонной (Aspergillus niger), глюконовой (Aspergillus niger), итаконовой (Aspergillus terreus), фурмаровой (Rhizopus chrysogenum); – в получении антибиотиков (пенициллина и цефаллоспорина); – в производстве специальных видов сыров: камамбера (Penicillium camamberti), рокфора (Penicillium roqueforti); – вызывают гидролиз в твёрдых средах: в рисовом крахмале при получении сакэ, в соевых бобах при получении темпеха, мисо. Полезные бактерии относятся к эубактериям. Промышленное применение с давних времен имеют молочнокислые бактерии родов Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus. Уксуснокисные бактерии родов Acetobater, Gluconobacter превращают этанол в уксусную кислоту. Бактерии рода Bacillus используются для производства вредных для насекомых токсинов, а также для синтеза антибиотиков и аминокислот. Бактерии рода Corynebacterium используются для производства аминокислот. Из актиномицетов наиболее представительными являются рода Streptomyces и Micromonospora, используемые в качестве продуцентов антибиотиков. При росте на твердых средах актиномицеты образуют тонкий мицелий с воздушными гифами, которые дифференцируются в цепочки конидиоспор. В настоящее время с помощью микроорганизмов синтезируют следующие соединения: – алкалоиды, – аминокислоты, – антибиотики, – антиметаболиты, – антиоксиданты, – белки, – витамины, – гербициды, – ингибиторы ферментов, – инсектициды, – ионофоры, – коферменты, – липиды, – нуклеиновые кислоты, – нуклеотиды и нуклеозиды, – окислители, – органические кислоты, – пигменты, – поверхностно-активные вещества, – полисахариды, – противоглистные агенты, – противоопухолевые агенты, – растворители, – ростовые гормоны растений, – сахара, – стерины и превращенные вещества, – факторы транспорта железа, – фармакологические вещества, – ферменты, – эмульгаторы. 2 ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКОВ ОДНОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ ^ В соответствии с нормами питания человек должен ежедневно получать с пищей от 60 до 120 г полноценного белка. Для поддержания жизненных функций организма, построения клеток и тканей необходим постоянный синтез различных белковых соединений. Если растения и большинство микроорганизмов способны синтезировать все аминокислоты из углекислого газа, воды, аммиака и минеральных солей, то человек и животные не могут синтезировать некоторые аминокислоты (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин). Эти аминокислоты называются незаменимыми. Они должны поступать с пищей. Их недостаток вызывает тяжелые заболевания человека и понижает продуктивность сельскохозяйственных животных. В настоящее время мировой дефицит белка составляет около 15 млн.т. Наиболее перспективен микробиологический синтез. Если для крупного рогатого скота требуется 2 месяца для удвоения белковой массы, для свиней – 1,5 месяца, для цыплят – 1 месяц, то для бактерий и дрожжей – от 1 до 6 часов. Мировое производство пищевых белковых продуктов за счет микробного синтеза составляет более 15 тыс. т в год. Рассмотрим пример: время удвоения кишечной палочки составляет 20 мин, тогда через 20 мин из одной клетки образуется две дочерних, через 40 мин – четыре «внучки», через 60 мин – восемь «правнучек», через 80 мин – 16 «праправнучек». Через 10 ч 40 мин из одной бактерии будет образовано свыше 6 млрд. бактерий, что соответствует населению Земли, а через 44 ч из одной бактерии массой 1•10-12 г образуется биомасса в количестве 6•1024 г, что соответствует массе Земли. Использование различных микроорганизмов в качестве источников белка и витаминов обусловлено следующими факторами: а) возможностью использования для культивирования микроорганизмов разнообразных химических соединений, в том числе отходов производств; б) относительно несложной технологией производства микроорганизмов, которое может осуществляться круглогодично; возможностью его автоматизации; в) высоким содержанием белка (до 60…70 %) и витаминов, а также углеводов, липидов в микробиальных препаратах; г) повышенным содержанием незаменимых аминокислот по сравнению с растительными белками; д) возможностью направленного генетического влияния на химический состав микроорганизмов в целях совершенствования белковой и витаминной ценности продукта. Для промышленного производства пищевых продуктов на основе микроорганизмов необходимы тщательные медико-биологические исследования. Такие продукты должны пройти всестороннюю проверку для выявления канцерогенного, мутагенного, эмбриотропного действия на организм человека и животных. Токсикологические исследования, усвояемость продуктов микробного синтеза – основные критерии целесообразности технологии их производства. Для получения белков используются дрожжи, бактерии, водоросли и мицелиальные грибы. Преимуществом дрожжей перед другими микроорганизмами является их технологичность: устойчивость к инфекциям, легкость отделения от среды благодаря крупным размерам клеток. Они способны накапливать до 60 % белка, богатого лизином, треонином, валином и лейцином (этих аминокислот мало в растительных кормах). Массовая доля нуклеиновых кислот составляет до 10 %, что вредно действует на организм. В результате их гидролиза образуется много пуриновых оснований, превращающихся затем в мочевую кислоту и ее соли, которые являются причиной мочекаменной болезни, остеохондроза и других заболеваний. Оптимальная норма добавок дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных животных составляет от 5 до 10 % от сухих веществ. Дрожжи применяются для пищевых и кормовых целей. Преимуществами бактерий является высокая скорость роста и способность синтезировать до 80 % белка. Полученный белок содержит много дефицитных аминокислот: метионина и цистеина. Недостатками являются маленькие размеры клеток и низкая их концентрация в культуральной среде, что затрудняет процесс выделения. В некоторых бактериальных липидах могут содержаться токсины. Массовая доля нуклеиновых кислот до 16 %. Используются только для кормовых целей. Преимуществами водорослей являются высокое содержание полноценного по аминокислотному составу белка, накапливающегося в количестве 65 %, легкое выделение водорослей из культуральной среды, низкое содержание нуклеиновых кислот – 4 % (для сравнения – у высших растений 1…2 %). Водоросли используются для пищевых и кормовых целей. Мицелиальные грибы традиционно используются в качестве пищевого продукта в странах Африки, в Индии, Индонезии, Китае и др. Накапливают до 50 % белка, по аминокислотному составу приближающегося к белку животного происхождения, богаты витаминами группы В. Клеточные стенки тонкие и легко перевариваются в желудочно-кишечном тракте животных. Массовая доля нуклеиновых кислот составляет 2,5 %. С 1985 г микробиальный белок используется в пищевой промышленности для изготовления различных продуктов и полуфабрикатов. В производстве пищевых продуктов рассматриваются три основные формы использования микробного белка: 1) цельная масса (без разрушения клеточных стенок); 2) частично очищенная биомасса (предусматривается разрушение клеточных стенок и удаление нежелательных компонентов); 3) выделенные из биомассы белки (изоляты). ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) сделала заключение, что белок микроорганизмов можно использовать в продуктах питания, но допустимое количество нуклеиновых кислот, вводимых вместе с белком в диету взрослого человека не должно превышать 2 г в сутки. Введение микробиального белка не вызывает отрицательных последствий, но встречается проявление аллергических реакций, желудочные заболевания и т.д. |
отлично
2
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям