Способ получения белковой биомассы

 

Использование: для балансирования кормов в животноводстве. Цель изобретения: повышение содержания в биомассе белка и витаминов группы В. Осуществляют выращивание штамма дрожжей Frlcho- sporon cufaneumi ВКПМ в условиях аэрирования в питательной среде, содержащей в качестве источника углерода кислотный гидролизат биомассы морских водорослей или их отходов, источники азота и фосфора Питательную среду приготавливают путем выдерживания всех входящих в ее состав компонентов при рН 2,5-4,0, температуре 90-120°С в течение 20-60 мин. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.

<я) С 12 N 1/16, С 12 Р 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ции 1 л/мин

К-АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4819243/13 (22) 24.04.90 (46} 07.08.92, Бюл. М 29 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (72) Е.И.Гордеева, Т,А.Серебрякова, А.Ю,Винаров и В.В.Шерстобитов (56} Авторское свидетельство СССР

М 1430402, кл, С 12 N 1/16, 1988.

Тех Мак Мун, Кондратьева Л.М., Гаретова Л.А, Штормовые выбросы морских водорослей и трав как сырье для биокойверсии. — Биотехнология, 1989,т. 5, М 1, с. 78 — 80.

Изобретение относится к биотехнологии и касается получения белковой биомассы иэ растительного сырья, которая может использоваться в животноводстве для балансирования кормов.

Известен способ получения белковой биомассы, предусматривающий приготовление жидкой питательной среды, содержащей в качестве источника углерода гидролизный лигнин, источники азота и фосфора, водную основу, и выращивание штамма дрожжей в оптимальных условиях до максимального нак6пления белковой биомассы, С целью повышения выхода биомассы в качестве водной основы используют декантат последрожжевой бражки, являющийся отходом гидролиэно-дрожжевого производства, а в качестве штамма дрожжей—

Frlchosporon cutaneum ВКПМ Y-495.

Питательная среда содержит 7,5-12,5 г/л (no сухой массе) гидролизного лигнина, 12 г/л фосфорнокислого двухэамещенного

ÄÄ5UÄ„1752760 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОЙ БИОМАССЫ (57) Использование: для балансирования кормов в животноводстве. Цель изобретения: повышение содержания в биомассе белка и витаминов группы B. Осуществляют выращивание штамма дрожжей Frlchosporon cufaneumi ВКПМ V=225 в условиях азрирования в питательной среде, содержащей в качестве источника углерода кислотный гидролиэат биомассы морских водорослей или их отходов, источники азота и фосфора, Питательную среду приготавливают путем выдерживания всех входящих в ее состав компонентов при рН 2,5 — 4,0, температуре

90 — 120 С в течение 20-60 мин, 2 табл. аммония, декантат последрожжевой бражки — до 1 л, Процесс приготовления питательной среды включает тщательное перемешивание всех компонентов, доведение рН и фильтрацию через сито с диаметром отверстий 1 мм. Количество вносимого гидролизного лигнина корректируют с учетом исходной влажности и потерь за счет фильтрации, Затем среду подвергают 15минутному кипячению, охлаждают и засевают 2-суточной культурой F. cutaneum ВКПМ

Y— - 495. Дрожжи выращивают в колбах на качалке в течение48 ч, при 30 С, рН 4,5-5,5, 200 об/мин или в ферментере объемом 10 л при 30 С, 300 об/мин и интенсивности азраПолученный после выращивания штамма белковый продукт "Биогил" содержит

21-23% сырого протеина, 10 — 12,5 истинного белка, 0,7 — 1.2 нуклеиновых кислот и

5,5-6,0% липидов.

1752760

25

Недостаток способа — невысокое содержание в конечном продукте белка, Известен способ получения белковой биомассы, предусматривающий использование морских водорослей в качестве сырья для биасинтеэа. Морские растения на 74—

887 состоят из органических веществ (в расчете на сухую массу), из которых 80 — 87 представлены полисахаридами. При воднотермической обработке или кислотном гидролизе в раствор переходят альгиновая кислота, магнит и другие углеводы. На таких гидролизатах могут расти и накапливать биомассу представители различных- групп микроорганизмов. На сернокислотных гидролизатах отходов агарового производства и остатков морских растений отмечается активный рост дрожжей и дрожжеподобных грибов, особенно розовоцветных штаммов.

Культуры Rhodosporldium sp 25, Rhodotorula

glutinis, Rhodosporidium sh 34 при исхоцном значении в гидролизатах PB 0,4 Д накапливают 8 — 12 г/л биомассы и 60 — 130 мкг/г каротиноидов.

Целью изобретения является повышение содержания в биомассе белка и витаминов груп пы В.

Способ заключается в том, что в качестве растительного сырья используют морские водоросли или их отходы, образующиеся при производстве агара и агароида, в количестве 1-5 мас,,ь, причем приготовление питательной среды осуществляют при рН

2,5-4,0, температуре 90 — 120 C в течение

20-60 мин, а в качестве источника белковой биомассы выращивают штамм дрожжей

Frichosporon cutaneum ВКПМ Y — 255 (ВСБ—

775), Морские водоросли по химическому составу являются благоприятным питательным субстратом для микроорганизмов..

Состав сухих веществ бурых и красных водорослей, имеющих промысловое значение, представлен соответственно на 55-75 и 67 †9 органическими и на 25 — 45 и 10 —

337 минеральными веществами. Органические вещества водорослей представлены, в основном, азотными, углеводными и углеводоподобными веществами. Красные водоросли содержат более высокие количества азотных веществ (7 — 300/) по сравнению с бурыми водорослями (3,5 — 19;4). Общее количество углеводов в красных водорослях достигает 70 Д, в бурых 70 — 74; . Количество агара и агароида в красных водорослях ко-. леблется в пределах 13-64o В составе минеральных веществ преобладают .такие макроэлементы, как калий, натрий, магний, кальций, сера, хлор, фосфор и богатый на35

55 бор микроэлементов (Mn, Zn. Fe, Со, Мо, Br и др), Производство агара и агароида иэ красных водорослей (дальневосточной и беломорской анфельции, черноморской филлофоры, балтийской фурциллярии) осуществляют тепловым методом, т.е. варкой водорослей при определенном режиме (pH, температура, продолжительность варки. гидромодуль, количество варок). После завершения варок и слива растворов получается влажный водорослевый остаток, составляющий 40-45 массы сухих водорослей. В сухом веществе отходов, образующихся после производства агара и агароида из водорослей, содержится 75-88 ь органических и 12 — 25;(минеральных веществ. В составе органических веществ отходов по сравнению с исходными водорослями значительно снижается содержание arapa или агароида и гидролизуемых углеводов и возрастает содержание сырой клетчатки и азотистых веществ, Минеральный состав отходов меняется незначительно.

Морские водоросли являются сырьем для изготовления многих продуктов пищевой и медицинской промышленности. Получаемые из красных водорослей агар и агароид также применяются в пищевой и медицинской промышленности, Следовательно, и морские водоросли (ламинариевые, фукусовые, филлофора, анфельция, фурциллярия и др,), и отходы производства агара и агароида не токсичны и могут быть использованы в качестве сырья для микробиологического синтеза белка.

Используемый штамм дрожжей F, cutaneum ВКПМ Y-255 известен как продуцент белка на продуктах метаболизма н-парафинов и как штамм-спутник на средах с углеводородами.

Содержание белка в биомассе зависит от значений рН при приготовлении питательной среды (табл. 1).

Иэ приведенных данных следует, что значение рН при приготовлении питательной среды на основе морских водорослей или их отходов существенно влияет на содержание белка в биомассе, полученной путем глубинного культивирования предлагаемого штамма. Оптимальное значение рН при приготовлении питательной среды 2,5—

4,0. Значение рН ниже 2,5 нецелесообразно, а при значениях рН выше 4,0 отмечено снижение белка в биомассе.

Способ осуществляют следующим образом.

Измельченные влажные или воздушносухие водоросли или отходы производства агара и агароида из них вводят в водную

1752160 среду в качестве единственного источника углерода и ряда макро- и микроэлементов, дополнительно в среду вводят сернокислый аммоний и фосфорнокислый одноэамещенный калий при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Водоросли или отходы (влажность 5-10%) 1 — 5

Сернокислый аммоний 0,3 — 0,6

Фосфорнокислый однозамещенный калий 0,2-0,4

Вода Остальное

Доводят рК среды до 2,5-4,0 серной кислотой, нагревают до 90-120ОС, выдерживают в течение 20-60 мин, охлаждают, устанавливают рН 4,5 — 5,5 аммиачной водой.

После охлаждения питательной среды до 30 — 32 С производят засев 1-2-суточной культурой F, cvtaneum ВСБ-775, выращенной на косяках с сусло-.агаром или в колбах на качалке.

Выращивание дрожжей осуществляют глубинным способом в колбах на качалке в течение 24-48 ч, при температуре 30 С, рН

5,0 — 5,5, 200 об/мин или в ферментере объемом 10 л, температуре 30-32 С, рН 4,5-5,0, 800 об/мин, удельном расходе воздуха

1,3 л/л мин в течение 15 — 20 ч.

После окончания процесса культивирования биомассу выделяют одним из известных -.ïîñîáîâ, например центрифугированием. Сгущенную биомассу подвергают инактивации путем гидротермической обработки и обезвоживанию путем сушки, Полученный кормовой белковый продукт содержит 48-53% сырого протеина, 29-33% истинного белка, 5 — 9% золы, 1-2% липидов, Содержание незаменимых аминокислот составляет, % на абсолютно сухое вещество; лизин 3,5 — 4,3; лейцин 1,9 — 2,6; треонин 1,3-1,8. Содержание витаминов группы В в продукте, мг/кг: рибофлавин (82)

30 — 50; пиридоксин (Вю) 6-10; никотиновая кислота (PP) 20-30; холин 1500 — 1650.

В табл.? приведены данные по увеличению содержания белка в продукте в зависимости от концентрации отхода водорослей в среде, Питательную среду, содержащую 1 — 5 мас.% (в расчете на сухое вещество) отхода водорослей, подкисляют серной кислотой до рН 2,5, выдерживают при 90 С втечение

60 мин, охлаждают, рН среды доводят до 4,5 аммиачной водой и засевают 1-суточной культурой дрожжей F. cutaneum ВСБ-775

Дрожжи выращивают глубинным способом в аппарате объемом 10 л при 30-32 С, рН

4,5, 800 об/мин в течение 20 ч.

Из приведенных в табл. 2 данных следует, что культивирование штамма дрожжей

25

45 на" питательной среде, содержащей 1-5 мас.% воздушно-сухого отхода водорослей филлофора, позволяет получить биомассу улучшенного качества по сравнению с качеством биомассы исходного отхода водорослей (контроль). Так, содержание сырого протеина в полученном продукте увеличивается до 48-53%. а истинного белка — до.

29-33%, т.е. возрастает в 1,5-2,0 раза по сравнению с содержанием в исходной биомассе водорослевого отхода.

Кроме того, в полученном продукте возрастает по сравнению с исходной биомассой (кбнтроль) содержание незаменимых аминокислот и витаминов группы 8.

Добавление в среду отхода водорослей в концентрации ниже 1% нецелесообразно ввиду низкой производительности процесса, а при концентрации выше 5% ввиду качество получаемого продукта незначительно отличается от качества исходной биомассы по содержанию белка.

Пример 1. Штамм дрожжей

F.cutanevm ВКПМ Y-255 выращивают глубинным способом на жидкой среде, содержащей. г/л: воздушно-сухой отход производства агароида иэ водоросли филлофора 10; (NHq)2S04 3; КН2РО4 2. Отход водорослей при приготовлении питательной среды подвергают следующей обработке; с помощью серной кислоты устанавливают рН среды 2,5, нагревают до 90 С, выдерживают при этой температуре в течение 60 мин, охлаждают среду до 30 — 32 С, доводят рН среды до 4,5 аммиачной водой. Культивирование осуществляют в аппарате объемом 10 л при температуре 30-32 С, рН 4,5, оборотах мешалки 800 аб/мин в течение

20 ч. Биомассу отделяют центрифугированием от культуральной жидкости. Сгущенную биомассы плазмолизуют и сушат.

Полученный готовый продукт содержит

53% сырого протеина, 33% истинного белка, 4,3% лизина, 2,6% лейцина, 1,8% треонина, 50 мг/мг рибофлавина, 10 мг/кг пиридоксина, 30 мг/кг никотиновой кислоты, 1650 мг/кг холина.

В исходной биомассе отхода морских водорослей содержание сырого протеина

50 равняется.26%, истинного белка 19%, лизина 1,7%, лейцина 1,1%, треонина 0,9%, рибофлавина 15 мг/кг, пиридоксина 3 мг/кг, никотиновой кислоты 8 мг/кг, холина

1060 мг/кг.

55 Пример 2. Выращивание дрожжей осуществляют также, как в примере 1. Только питательная среда содержит, г/л: отход производства агароида из красных водорослей филлофора 50; (NH4QS04 6; KHgPO4 4.

Обработку отхода при приготовлении среды

1752760

Таблица 1 осуществляют сначала при рН 4,0, температуре 95 С в течение 30 мин, затем сразу охлаждают от 30-32 С и устанавливают рН среды 5.0 аммиачной водой;

Полученный готовый продукт содержит 5

48 сырого протеина, 29 истинного белка, 3,57, лизина, 1.9 лейцина, 1,3 треонина.

В исходной биомассе отхода морских водорослей содержание сырого протеина 10 составляет 26, истинного белка 19, лизина 1,7, лейцина 1,1/„треонина 0,9, Пример 3. Штамм выращиваат на жидкой питательной среде, содержащей, г/n: измельченные воздушно-сухие водо- 15 росли филлофора 20; сернокислый аммоний

4, фосфорнокислый однозамещенный калий

3. Обработку водорослей при приготовлении питательной среды осуществляют при рН2,8, температуре120 С; 20 после охлаждения среды до 30-32 С рН доводят аммиачной водой до 5,5.

Выращивание осуществляют в колбах на качалке в течение 48 ч при рН 5,5 температуре 30 С, оборотах мешалки 200 об/мин. 25

Биомассу отделяют центрифугированием. Сгущенную биомассу подвергают плазмолизу и сушке, -. Полученный продукт содержит 52 сырого протеина и 31 истинного белка. В 30 исходной биомассе морской водоросли филлофора содержание сырого протеина и истинного белка равняется соответственно 24 и 17

Пример 4. Выращивание штамма и 35 приготовление жидкой питательной среды осуществляют, как в примере 3. Однако пи тательная среда содержит, г/л: измельченные воздушно-сухие водоросли фукусов 30; сернокислый аммоний 4; фосфорнокислый однозамещенный калий 3.

Полученный продукт содержит 48 сырого протеина и 29 истинного белка. В исходной биомассе фукусов содержание сырого протеина составляет 12 и истинного белка 8 .

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет получить биомассу улучшенного качества по сравнению с биомассой исходных морских водорослей и их отходов;

Формула изобретения

Способ получения белковой биомассы, предусматривающий приготовление питательной среды, содержащей в качестве источника углерода кислотный гидролизат биомассы морских водорослей или их отходов, источники азота и фосфора, выращивание в условиях аэрирования штамма дрожжей до максимального накопления целевого продукта с последующим выделением и обезвоживанием биомассы. о тл и ч э ю шийся тем, что, с целью повышения содержания в биомассе белка и витаминов группы В, осуществляют выращивание штамма дрожжей Frichosporon

cutaneum ВКПМ Y-225, а питательную среду приготавливают путем выдерживания всех входящих в ее состав компонентов при рН 2,5 — 4,0, температуре 90-120 С в течение

20 — 60 мин.

1752760

Таблица 2

Со е жанне а асчете на абсолютно Сухое ае естес

Концентрация отхода водорослей, мас.%

Истинный белок, Витамины груп пы В, мг/кг

Сырой протеин, о

Незаменимые аминокислоты, Лизин 4,3

Лейцин 2,6

Треонин 1,8

53

32

52

2

Лизин 3,9

Лейцин 2,1

Треонин 1,4

4

Лизин 3,5

Лейцин 1,9

Треонин 1,3

6

Контроль (исходная биомасса отхода водоросли) В 15

Вз следы

РР8

В63

Холин 1060

Лизин 1,7

Лейцин 1,1

Треонин 0,9

26

Редактор В. Петраш

Заказ 2733 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель Л. Минеева

Техред М.Моргентал Корректор Л. Лукач

B.2 50

Вв 30

PP 30

Вз3

Холин 1650

Вг 53

Вэ,1

PP 20

В66

Холин 1050