Микробы

Дрожжи впервые стали использовать как источ­ник белка для человека и животных в Германии во время первой мировой войны, когда была разработана промышленная технология культивиро­вания пивных дрожжей (Saccharomycescerevisiae), предназначенных для добавления в продукты питания. В нашей стране первый завод по произ­водству кормовых дрожжей был пущен в 1935 г. Дрожжи выращивали на гидролизатах из отходов древесины и другого целлюлозосодержащего растительного сырья, которые при гидролизе образуют легкоусвояемые для микроорганизмов формы углеводов. В настоящее время нашей био­технологической промышленностью на основе гидролиза растительного сырья производится значительный объем кормовых дрожжей для сель­ского хозяйства.

В качестве исходного сырья при такой технологии получения кормо­вого белка обычно используются отходы целлюлозной и деревообраба­тывающей промышленности, солома, хлопковая шелуха, корзинки под­солнечника, льняная костра, стержни кукурузных початков, свеклович­ная меласса, картофельная мезга, виноградные выжимки, пивная дроби­на, верховой малоразложившийся торф, барда спиртовых производств, отходы кондитерской и молочной промышленности.

Измельченное растительное сырье, содержащее большое количество клетчатки, гемицеллюлоз, пентозанов, подвергается кислотному гидро­лизу при повышенном давлении и температуре, в результате чего 60—65 % содержащихся в них полисахаридов гидролизуются до моноса­харидов. Полученный гидролизат отделяют от лигнина, избыток кисло­ты, применяемой для гидролиза, нейтрализуют известковым молоком или аммиачной водой. После охлаждения и отстаивания в гидролизат до­бавляют минеральные соли, витамины и другие вещества, необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов. Полученная таким образом питательная среда подается в ферментерный цех, где осуществляется вы­ращивание дрожжей.

Для культивирования на гидролизатах растительных отходов наибо­лее эффективны дрожжи родов Candida, Torulopsis, Saccharomyces, кото­рые способны использовать в качестве источника углерода гексозы, пентозы и органические кислоты. При оптимальных условиях из 1 т отходов хвойной древесины можно получить 200 кг кормовых дрожжей.

Для получения кормовых дрожжей применяется технология их глу­бинного выращивания в специальных аппаратах — ферментерах (рис. 7.1), в которых обеспечивается режим постоянного перемешивания сус­пензии микробных клеток в жидкой питательной среде и оптимальные условия аэрации. В целях поддержания заданного температурного режи­ма в конструкции ферментера предусматривается система отвода избы­точного тепла. Рабочий цикл выращивания культуры дрожжей длится около 20 ч. По окончании рабочего цикла культуральная жидкость вместе с суспендированными в ней клетками дрожжей выводится из ферменте­ра, а в него вновь подается питательный субстрат и культура дрожжевых клеток для выращивания.

Выведенная из ферментера суспензия микробных клеток далее пода­ется на флотационную установку, с помощью которой производится от­деление биомассы дрожжей от культуральной жидкости. В процессе фло­тации происходит вспенивание суспензии, при этом микробные клетки всплывают на поверхность вместе с пеной, которая отделяется от жидкой фазы декантацией. После отстаивания дрожжевая масса концентрируется с помощью сепаратора. Для достижения лучшей перевариваемости дрож­жей в организме животных проводится специальная обработка микроб­ных клеток (механическая, ультразвуковая, термическая, ферментатив­ная), обеспечивающая разрушение их клеточных оболочек. Затем дрож­жевая масса упаривается до необходимой концентрации и высушивается, влажность готового продукта не должна превышать 8—10%.

В сухой дрожжевой массе содержится 40—60 % сырого белка, 25—30 % усвояемых углеводов, 3—5 % сырого жира, 6—7 % клетчатки и зольных веществ, большое количество витаминов (до 50 мг%). Посредст­вом обработки дрожжей ультрафиолетовыми лучами проводится их обо­гащение витамином D2, который образуется из содержащегося в них эр-гостерина. Для улучшения физических свойств готового продукта кормо­вые дрожжи выпускают в гранулированном виде.

На основе ферментации гидролизатов растительного сырья наряду с производством кормовых дрожжей получают также этиловый спирт. В этом случае особенность технологии заключается в том, что вначале про­водится спиртовое брожение, в результате которого происходит утилиза­ция содержащихся в гидролизате гексоз. После отгонки спирта остается неиспользованный субстрат — барда, содержащая в основном пентозы. Эта послеспиртовая барда используется далее как питательная среда для выращивания кормовых дрожжей. Таким образом, из гидролизатов рас­тительных отходов одновременно могут быть получены два вида ценной продукции.

В России и некоторых других нефтедобывающих странах разработа­ны технологии получения кормовых дрожжей из н-парафинов нефти. Дрожжевые клетки могут использовать в качестве источников углерода для их роста неразветвленные углеводороды с числом углеродных ато­мов от десяти до тридцати. Они представляют собой жидкие фракции с температурами кипения 200—320°С, которые выделяют из нефти путем ее перегонки.

Хороший субстрат для выращивания кормовых дрожжей — молоч­ная сыворотка, являющаяся производственным отходом при переработке молока. В 1 т молочной сыворотки в среднем содержится 10 кг полноцен­ного белка и 50 кг дисахарида лактозы, который легко утилизируется микроорганизмами. Для выделения из молочной сыворотки белков разра­ботана эффективная технология с применением метода ультрафильтра­ции низкомолекулярных веществ через мембраны. Получаемые таким способом белки используются для приготовления сухого обезжиренного молока или в качестве пищевой белковой добавки. Остающиеся после от­деления белков жидкие отходы (пермеат), содержащие лактозу, могут быть затем переработаны путем культивирования дрожжей в обогащен­ные белками кормовые продукты.

Кроме углеводов и углеводородов в качестве источников углерода дрожжевые клетки могут также использовать низшие спирты — метанол и этанол, которые обычно получают из природного газа или раститель­ных отходов. Дрожжевая масса, полученная после культивирования дрожжей на спиртах, отличается высоким содержанием белков (56—62 % от сухой массы) и в ней меньше содержится вредных приме­сей, чем в кормовых дрожжах, выращенных на н-парафинах нефти.

По сравнению с растительными источниками белков кормовые дрож­жи имеют повышенное содержание нуклеиновых кислот (4—6 % от су­хой массы), которые в такой концентрации оказывают вредное воздейст­вие на организм. В результате их гидролиза образуется много пуриновых оснований, превращающихся затем в соли мочевой кислоты, которые от­кладываясь в организме, могут быть причиной мочекаменной болезни, остеохондроза и других заболеваний. Вследствие этого оптимальная нор­ма добавления дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных живот­ных обычно составляет не более 5—10% от сухого вещества или 10—20 % дрожжевого белка от общего количества белка в кормовом ра­ционе.

Кормовые дрожжи, культивируемые на питательной среде из н-пара-финов нефти, могут содержать многие вредные примеси — производные бензола, D-аминокислоты, аномальные липиды, различные токсины и канцерогенные вещества, поэтому их подвергают специальной очистке (экстракция бензином).