WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

СЫРЬЕВЫЕ РЕСУРСЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

О.В.Мосин

Любое производство начинается с сырья. Общий объем биотехнологической продукции в мире измеряется в миллионах тонн в год. В микробиологической промышленности наибольшая доля сырья (более 90 %) идет на производство этанола. Производство хлебо­пекарных дрожжей требует 5 % расходуемого в микробиологиче­ской промышленности сырья, антибиотики — 1,7 %, органические кислоты и аминокислоты — 1,65 %.

Ферментная биотехнология является крупным потребителем крахмала, так как только одной фруктозной патоки производится свыше 3,5 млн в год. С точки зрения экономики, сырье в биотехнологических производствах, особенно в крупнотоннажных, занимает первое место в статьях расходов и составляет 40—65 % общей сто­имости продукции (рис. 4.1). При тонком биосинтезе доля сырья в общей себестоимости продукции уменьшается.

Питательный субстрат, или питательная среда, является сложной трехфазной системой, содержащей жидкие, твердые и газооб­разные компоненты. Много ферментов расположено на поверхно­сти клетки или выделяется в окружающую среду. Кроме того, зна­чительная часть продуктов биосинтеза после экскреции из клеток накапливается в среде. Некоторые промежуточные метаболиты служат резервным питательным фондом, которым клетка пользует­ся после истощения основных источников питания. Существует тесное взаимодействие между культивируемым биообъектом и фи­зико-химическими факторами среды. С одной стороны, эти факто­ры (рН, осмотическое давление и др.) контролируют рост клеток и биохимическую активность продуцентов. С другой сторо­ны, химический состав и физико-химические свойства среды посто­янно меняются в результате жизнедеятельности самих клеток. Эти обсто­ятельства заставляют рассматривать ферментируемый субстрат как продолжение внутренней среды клетки. Во время ферментации формируется совокупность субстрата и биообъекта.

СЫРЬЕ ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Сырьевые ресурсы Земли

В принципе, микроорганизмы способны ассимилировать любое органическое соединение, поэтому потенциальными ресурсами для микробиологической биотехнологии могут служить все мировые запасы органических веществ, включая первичные и вторич­ные продукты фотосинтеза, а также запасы органических веществ в недрах Земли.

Но, к сожалению, каждый конкретный вид микроорганизмов, используемый в биотехнологии, весьма избирателен к питательным веществам, и органическое сырье (кроме лактозы, сахарозы и крахмала) без предварительной химической обработки малопригодно для микробного синтеза. Тем не менее целлюлозосодержащее сырье после химического или ферментативного гидролиза и очистки от ингибирующих или балластных примесей (фенол, фур­фурол, оксиметилфурфурол и др.) может быть использовано в био­технологическом производстве. Каменный уголь, природный газ и древесина могут служить сырьем для химического синтеза техниче­ских спиртов или уксусной кислоты, а последние, в свою очередь, являются отличным сырьем для микробиологической промышлен­ности..

Из органического сырья наибольшее внимание биотехнологов привлекает крахмал, хотя для его ассимиляции микроорганизмами требуется сложный комплекс амилолитических ферментов, которым владеют только некоторые виды микроорганизмов (например, грибы рода Aspergillus, бактерии Вас. subtilis и др.)- Много крах­мала расходуется для производства этанола, а также для изготов­ления фруктозных сиропов. Из-за того, что мировые запасы крахмалосодержащего в нашей стране ограничены, целесообразно использовать для целей биотехнологии мелассу, глюкозное сырье, метанол и этанол.

При выборе сырья учитывают не только физиологические потребности выбранного продуцента, но и стоимость сырья (табл. 1).

Таблица 1. Стоимость основного микробиологического сырья

Сырье

Содержание углерода, % от содержания в глюкозе

Стоимость 1 т глюкозного эквивалента, доллары

Кукурузный крахмал Глюкоза

Сахароза-сырец

Сахароза рафинированная Меласса

Уксусная кислота

100 100 105 105 50 100

64—91 290 133 629 140 550

Метанол

Этанол

Метан

Кукурузное масло-сырец Пальмовое масло Парафины

94 130

180 200 200 218

160 430

105 300

Традиционные источники углерода

Углеродсодержащее сырье является основным сырьем микробного синтеза. Наиболее широко применяемые в производственных условиях источники углерода перечислены в табл. 2. Большинство микроорганизмов хорошо ассимилирует углеводы. При катаболизме большое значение имеют строение углеродного скелета молекул (прямой, разветвленный или циклический) и степень окисления углеродных атомов. Легкодоступными счита­ются сахара, особенно гексозы, за ними следуют многоатомные спирты (глицерин, маннит и др.) и карбоновые кислоты.

До недавнего времени существовало мнение, что органические кислоты малодоступны для большинства микроорганизмов, однако на практике довольно часто встречаются микроорганизмы, успешно утилизирующие органические кислоты, особенно в анаэробных условиях.

Низкомолекулярные спирты (метанол, этанол) можно отнести к числу перспективных видов микробиологического сырья, так как их ресурсы существенно увеличиваются благодаря успешному развитию технологии химического синтеза. Многие дрожжи родов Candida, Hansenula, Rhodosporidium, Endomycopsis и др. способны ассимилировать этанол. Дрожжи родов Pichia, Candida, Torulopsis и др. и бактерии, принадлежащие родам Methy-lomonas, Protaminobacter, Flavobacterium и др., используют в качестве единственного источника углерода метанол и образуют биомассу с высоким содержанием белков (60—70%).

В 1939 г. В. О. Таусоном была установлена способность разных видов микроорганизмов использовать в качестве единственного источника углерода и энергии н-алканы и некоторые фракции нефти. Отличительной особенностью углеводородов по сравнению с другими видами микробиологического сырья являет­ся низкая растворимость в воде. Этим объясняется тот факт, что только некоторые виды микроорганизмов в природе способны ассимилировать углеводороды. Максимальная растворимость н-алканов в воде около 60 мл/л при длине молекул от С2 до С4, но при увеличении цепи растворимость снижается.

Таблица 2. Источники углерода, применяемые для микробного синтеза

Субстрат

Содержание основ­ного вещества

Характеристика

Кристаллическая глю­коза

Техническая сахароза Техническая лактоза

Гидрол

Крахмал Уксусная кислота

Спирт этиловый синте­тический

Узкая фракция жид­кого парафина

99,5 %

Сахарозы не менее

99,75 %

Лактозы не менее

92%

РВ не менее 70 % в пересчете на СВ

СВ не менее 80 %

Уксусной кислоты не менее 60 % Этанола не менее 92%

н-Алканов 87—93 %

Содержит до 9 % воды, до 0,07 % зольных веществ, в том числе же­леза не более 0,004 % Влажность до 0,15 %, зольных ве­ществ не более 0,03 % Влажность до 3 %, зольных ве­ществ не более 2 % и 1 % молоч­ной кислоты

Сиропообразная жидкость, РВ представлены главным образом глюкозой, зольных веществ до 7 %, рН 4,0

Зольных веществ Q.-35—1,2 % в пе­ресчете на СВ ( Содержит формальдегид и до 1,0 % муравьиной кислоты Содержит до 0,21 % изопропилового спирта и до 15 мг/л органиче­ских кислот

Содержит до 0,5 % ароматических углеводородов и до 0,5 % серы

Побочные продукты производства

Многие ценные виды побочной продукции раньше считались отходами производства. В канализацию спускали воду после замачива­ния кукурузных зерен при их переработке в крахмал и глюкозу. Теперь эту воду упаривают, получая экстракт, и используют в микробиологической промышленности. Успешно используют отхо­ды химического производства (смесь карбоновых кислот — ян­тарной, кетоглутаровой, адипиновой) и др.; сульфитный щелок, зерновую и картофельную барду, мелассу, гидрол и т. д.

Таблица.3. Химический состав свекловичной мелассы

Содержание, %

Содержание, %

Наименование

среднее

опти-

Наименование

среднее

опти-

маль-

маль-

ное для

ное для

дрож-

дрож-

жей

жей

Сухое вещество 75—77

— Зольность 6,6 — 7,5

7

Сахароза 45

в том числе:

Инвертный сахар 0,5 — 1,2

— К2О 2,5—3,5

3,5

Раффиноза 0,5—1,0

MgO 0,1—0,24

Сбраживаемые са- 46 — 48

50 СаО 0,5—0,8

1,0

хара (суммарное

Азот

количество)

общий 1,1 — 1,5

1,4

Коллоиды 3 — 4

аминный

Доброкачествен- 62 — 65

65 до гидролиза 0,2—0,35

ность

после гидро- 0,5 — 0,6

0,4

лиза

Лизин 41 Алании

Гистидин 24 Цистин

Аргинин 26 Валин

Аспарагиновая кислота 251 Метионин

Треонин 41 Изолейцин

118

Следы 89 120

13

Комплексное использование всей побочной продукции производства далеко от совершенства. В нашей стране ежегодно оста­ется неиспользованной или нерационально используется около 1 млн т лактозы, содержащейся в сыворотке и пахте. В США из всего количества молочной сыворотки, образующейся при про­изводстве сыра (ежегодно 20 млн т), половина теряется со сточными водами. В то же время известно, что из 1 т сыворотки мож­но получить около 20 кг сухой биомассы дрожжей. Кроме того, из сепарированной бражки можно выделить допол­нительно около 4 кг протеина. Нерационально используется кар­тофельный сок, выделяемый из картофеля при производстве крахмала, а также альбуминное молоко, получаемое из сыворотки.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.