корма микробного синтеза что это
Корма микробиологического синтеза
Возможности производства белка путем синтеза довольно большие, благодаря интенсивности микробиологического процесса. Одна тонна белка может быть выращена за сутки в ферментере емкостью 300 м3. Поэтому, наряду с производством растительного белка, важным резервом является производство кормовых дрожжей. Они богаты протеином (40-65%), имеют богатый аминокислотный состав и являются прекрасным источником витаминов, особенно группы В. В 1 кг кормовых дрожжей содержится 5-20 мг тиамина, 40-150 мг рибофлавина, 50-100 мг пантотеновой кислоты, 2,5-6,0 мг холина, 300-800 мг никотиновой кислоты, 8-18 — пиридоксина, 0,6-2,3 — биотина, 10-35 мг фолиевой кислоты. Дрожжами удается заменить частично корма животного происхождения в рационах свиней и птицы. При этом необходимо балансировать рационы по метионину, витаминам B12 и Е. Этими веществами кормовые дрожжи бедны. Разновидностью кормовых дрожжей является паприн (белково-витаминный концентрат, БВК). Продукт получают на очищенных жидких парафинах. В настоящее время 80-90% производимых кормовых дрожжей приходится на его долю. Содержание протеина в продукте колеблется от 580 до 630 г/кг, 48-54 г/кг лизина. Широко используется в свиноводстве и прудовом рыбоводстве. Выпускается в виде порошка или гранул диаметром 5-9 мм.
Меприн получают на средах, содержащих метиловый спирт. Имеет те же качественные характеристики, что и паприн, скармливается в тех же дозах.
Эприн — аморфный порошок светло-кремового цвета. Это дрожжи из этанола, безвредны для сельскохозяйственных животных и не оказывают вредного влияния на человека.
Гаприн —дрожжи, выращенные на средах с природным газом, качественные характеристики — присущие другим видам дрожжей.
Все кормовые дрожжи имеют высокую доступность фосфора — 97%. Необходимо иметь в виду, что кормовые дрожжи содержат значительное количество нуклеиновых кислот и их производных — пуриновых и пиримидиновых оснований, а также фтора, который переходит в их состав из питательной среды (до 600 мг/кг).
Обзоры и прогнозы
Биотехнологические кормовые добавки. Этапы развития и задачи
Значимость для общества промышленного производства биопродуктов можно оценить по денежному выражению: ежегодный прирост рынка биотехнологической промышленности в мире составляет около семи процентов, а его объем превышает 200 млрд USD.
Биотехнология является приоритетным направлением для ускоренного подъема экономики в успешно развивающихся странах, таких как Бразилия, Малайзия, Вьетнам, Индия, Китай и другие, а инвестиции в биотехнологическую промышленность считаются наиболее эффективными. В технически развитых странах (Япония, США, Франция, Израиль и др.) за последние десятилетия были научно разработаны и освоены в промышленном масштабе новые биотехнологические процессы получения белка, аминокислот, витаминов, ферментов, органических кислот, спирта, пищевых добавок, антибиотиков и лекарственных препаратов. Значительная часть промышленно выпускаемых биопродуктов (кормовой белок, аминокислоты, витамины, ферменты, антибиотики) идет на удовлетворение нужд сельскохозяйственного животноводства и птицеводства.
Рассматривая с этой точки зрения интересную и актуальную публикацию в октябрьском номере журнала [1], суть которой сводится к очевидным экономическим трудностям страны, зависящей от импорта (в основном из Китая) таких важных кормовых компонентов, как аминокислоты и витамины. Следует отметить, что сложившиеся в последние годы условия производства в России кормов и премиксов в значительной степени диктуются зарубежными поставками этих ингредиентов, при этом рост цен на них является, как правило, неизбежным. Несомненно, обеспечение рационов сельскохозяйственных животных и птицы этими биодобавками крайне необходимо для полноценного развития и прироста живой массы. Однако достижение этой важной для сельхозпроизводства задачи путем наращивания импорта необходимых компонентов питания приводит, с одной стороны, к повышению цен для потребителей этой продукции в стране, а с другой стороны — к потере отечественного биотехнологического производства. Это наглядно было продемонстрировано на примере биотехнологии лимонной кислоты, успешно развиваемой ранее в нашей стране в научном и техническом плане и сведенной за несколько лет практически к нулю в связи с импортом ее из КНР.
Важно отметить, что развитие промышленной биотехнологии было в свое время приоритетным направлением, в том числе успешно развивалась биотехнология белка, аминокислот и витаминов, обеспечивая нужды сельского хозяйства. В этой связи интересно совершить экскурс в недавнее прошлое и рассмотреть ряд аспектов развития биотехнологической промышленности в стране.
Основными незаменимыми аминокислотами, применяемыми при изготовлении кормов для животных, являются лизин, метионин, треонин и триптофан. Данные о потребностях российской комбикормовой промышленности в основных аминокислотах согласно отраслевой целевой программе «Развитие производства комбикормов в Российской Федерации на 2010–2012 гг.» приведены ниже [2].
Потребности комбикормовой промышленности, тонн
В настоящее время современное производство лизина в РФ планируется развивать на базе глубокой переработки зерна с получением ряда сопутствующих продуктов — глютена и крахмала, и первые такие биопроизводства уже реализуются, при этом используется частично зарубежная биотехнология.
На метионин приходится треть всего объема потребления аминокислот в РФ. Практически 80% спроса удовлетворяется за счет внутреннего производства DL-метионина химическим методом. Импортный метионин занимает около 20–25% рынка. Технология производства DL-метионина микробиологическим синтезом в промышленном масштабе пока не реализована, однако такие разработки осуществлялись в РФ.
Поставки треонина в Россию, составляют порядка 5 тыс. тонн в год (примерно половина потребности), а поставки триптофана — около 30 тонны. В России данные аминокислоты в настоящее время в промышленном масштабе не производятся. Следует отметить, что заводы по производству лизина вполне могут выпускать на своем оборудовании и треонин путем замены штамма.
Промышленная биотехнология получения важного компонента питания животных — кормового концентрата витамина В12, выделяемого из биомассы пропионовокислых бактерий, была реализована в 1960–1967 гг. в процессе термофильного метанового брожения отходов ацетонобутиловых и спиртовых заводов.
С организацией в 1966 г. Главного управления микробиологической промышленности при СМ СССР успешно развивалось биотехнологическое производство ферментных препаратов, L-лизина и других аминокислот, витаминов, кормового белка, биологических средств защиты растений, биоудобрений, биостимуляторов роста растений, кормовых антибиотиков, полисахаридов [2]. Затем на базе Главмикробиопрома было создано Министерство медицинской и микробиологической промышленности, которое в период 1985–1990 гг. (до его ликвидации) возглавлял академик В.А. Быков.
Производство основных видов продукции предприятиями Главмикробиопрома
Кормовой белок микробиологический, тыс. т
Кормовые антибиотики в пересчете на бацитрацин, т
Ферментные препараты, у. т
Кормовой витамин B12, кг
В эти годы одним из приоритетных направлений развития промышленной биотехнологии для решения задач сельского хозяйства было создание и освоение крупнотоннажного производства кормового белково-витаминного продукта (БВК). Этим решались основные проблемы обеспечения кормовой базы, учитывая, что биомасса микроорганизмов богата полноценным белком, включает все необходимые для полноценного питания животных аминокислоты и витамины и не уступает традиционным белковым добавкам на основе рыбной и мясокостной муки, значительно превосходя большинство растительных кормов.
В 1 кг ржаной озимой соломы содержится всего 4 г переваримого белка, в кормовой свекле — 3, в овсяной мякине — 21, в луговом сене — 50, в кукурузном силосе — 6, в зернах овса — 77 г. Потребность же в переваримом белке для коровы недойной составляет 500–800 г/сут., коровы дойной — до 1500, молодой свиноматки — до 500 г/сут.
В таблице приведено сравнение основных (усредненных) показателей аминокислотного состава для микробиологических и традиционных кормовых добавок, используемых в рационах сельскохозяйственных животных.
Содержание сырого протеина и аминокислот в различных кормовых добавках, %
Биомасса дрожжей из н-парафинов (БВК)
Бактериальная биомасса из природного газа (гаприн)
Лейцин и изолейцин
В уникально короткие сроки были выполнены научно-технические разработки и введены в строй крупные производственные мощности по производству микробиологического белка (БВК) из очищенных парафинов нефти общей мощностью более 1 млн тонн в год [2]. При этом в кормовую базу с БВК поступало около 50 тыс. тонн в год лизина и около 20 тонн витаминов группы В.
Были построены и пущены в эксплуатацию крупнейшие биозаводы:
– Кстовский завод БВК мощностью 70 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию с 1973 г.),
– Киришский БХЗ мощностью 70 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1975 г.),
– Светлоярский завод БВК мощностью 240 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1975 г.),
– Башкирский биохимкомбинат мощностью 180 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1976 г.),
– Новополоцкий завод БВК мощностью 60 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1977 г.),
– Ангарский завод БВК мощностью 60 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1979 г.)
– Кременчугский завод БВК мощностью 120 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1980 г.),
– Мозырский завод кормовых дрожжей мощностью 300 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в1980 г.).
К большому сожалению, крупнотоннажные заводы БВК, выпускавшие кормовой белок из н-парафинов нефти, а затем перешедшие на новую разработанную в РФ биотехнологию переработки низкосортного зерносырья с получением кормовой белковой добавки, в настоящее время практически НЕ СУЩЕСТВУЮТ: оборудование демонтировано и продано как металл.
Такая же участь постигла и первое опытно-промышленное производство кормового белка из природного газа (гаприна), освоенное на Светлоярском биозаводе [3]. Продукт содержал до 80% сырого протеина, полноценного по аминокислотному составу. Гаприн богат витаминами, в том числе группы В (тиамин (В1) — 14,1 мг/кг, цианкобаламин (В12) — 5,6 мг/кг), а также макро- и микроэлементами. Высокое качество и биологическая ценность гаприна определяли повышенный спрос на него во многих странах Европы. Однако в мае 1994 г. производство гаприна из-за резкого повышения цен в России на энергоносители и электроэнергию было остановлено и оборудование демонтировано. Аналогичная по задаче пилотная установка создавалась в Норвегии, а в настоящее время датской фирмой Unibio разработан проект оригинальной установки производства биопротеина, с перспективой создания на этой основе биозаводов получения белка из природного газа в США.
Таким образом, накопленный в стране научно-технический потенциал и выполненные в промышленном масштабе биотехнологические проекты, направленные на обеспечение животноводства и птицеводства необходимыми кормовыми компонентами, позволяют создать в ближайшие годы высокотехнологичные и энергоэкономные биопроизводства. Несомненно, на новом этапе следует большое внимание уделить современным подходам к разработке и оптимальному проектированию биохимических предприятий [4]. Особое значение приобретают новые технологии создания промышленных биореакторов со сниженными энергозатратами [5]. Так, при производстве гаприна из природного газа уменьшение удельных энегозатрат на стадии ферментации позволит значительно увеличить конкурентоспособность получаемого кормового белкового продукта.
Развитие отечественной промышленной биотехнологии позволит в ближайшие годы значительно уменьшить импортозависимость кормовой базы сельского хозяйства, предотвратить возможный рост цен на основные компоненты кормов и снизить себестоимость получаемой продукции.
1. Бурдаева, К. Китайская лихорадка // Ценовик. — 2017. — № 5. — С. 7–9.
2. Быков, В.А. Микробиологическая промышленность / В.А. Быков, А.Ю. Винаров, Н.Б. Градова, Ю.В. Ковальский // Химический комплекс (Антология: Строители России. XX–XXI век). — М.: Мастер, 2008. — С. 406–424.
3. Винаров А.Ю. Кормовой белок из природного газа // Ценовик. — 2017. — № 5. — С. 32–33.
4. Кафаров, В.В. Моделирование и системный анализ биохимических производств / В.В. Кафаров, А.Ю. Винаров, Л.С. Гордеев. — М.: Лесная промышленность, 1985. — 280 с.
5. Винаров, А.Ю. Ферментационные аппараты для процессов микробиологического синтеза / А.Ю. Винаров, Л.С. Гордеев, А.А. Кухаренко, В.И. Панфилов. — М.: ДеЛи принт, 2005. — 277 с.
Корма микробного синтеза что это
Статьи
О нас
Фирма ПТК «АйБиЭс» 18 лет ведет свою деятельность как международный проект по внедрению новейших препаратов и экологически чистых технологий для улучшения здоровья и продуктивности сельскохозяйственных животных в составе программы группы компаний «Провет», а также ведет разработку собственных технологических продуктов.
НАША РАБОТА – ПОВЫШЕНИЕ РЕНТАБЕЛЬНОСТИ ФЕРМЫ
К нам обращаются по вопросам:
Фирма – постоянный участник всех основных международных выставок по зоотехнике и ветеринарии, проводит тематические семинары и вебинары, организовывает международную конференцию «Молочное скотоводство»
Высокое качество поставляемой продукции гарантировано контролем производственного процесса в соответствии с сертификатом ISO и РОСТЕСТ.
Оказываем помощь в проведении лабораторных исследований в независимых лабораториях (ВНИТИП, МВА им.Скрябина, РГУ-МСХА им.К.А.Тимирязева)
Все, что поставляется и рекомендуется от фирмы «АйБиЭс» проверено в деле в российских условиях, экономически выгодно и безопасно.
Биотехнология производства кормовых добавок
Биотехнология производства кормовых добавок
Актуальность темы исследования. Последние два десятилетия характеризуются выдающимися достижениями биотехнологии, являющейся междисциплинарной областью знаний, базирующейся на микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, биоорганической химии, биофизике, вирусологии, иммунологии, генетике, инженерных науках и электронике.
Развитие биотехнологии позволяет существенно интенсифицировать производство, повышать эффективность использования природных ресурсов, решать экологические проблемы, создавать новые источники энергии.
Возможности биотехнологии при международном сотрудничестве специалистов могут быть направлены на решение мировых кризисных проблем, связанных с восполнением дефицита белка и энергии, предотвращением опасных заболеваний, охраной окружающей среды.
Одна из особенностей биотехнологии состоит в том, что он использует технологии производства продуктов на ранних этапах развития микробиологического синтеза.
Выявлены существенные потенциальные возможности для усовершенствования традиционных технологий и расширения сфер приложения получаемы продуктов. Например, методом генетической инженерии созданы уникальные штаммы микроорганизмов для сыроварения.
Разработка биотехнологических процессов связана с большими капиталовложениями. Внедрение новейших биотехнологий особенно перспективно в тех случаях, когда продукт не может быт получен другими способами или может быть получен в недостаточных количествах, по более высокой цене. Исследования в этом направлении в основном сосредоточены на производстве фармакологических препаратов, диагностикумов.
Иммунная биотехнология, с помощью которой распознают, выделяют из смесей одиночные клетки, может применяться не только непосредственно в медицине для диагностики и лечения, но и в научных исследованиях, в фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности, а также использоваться для получения препаратов, синтезируемых клетками защитной системы организма.
Цель исследования – изучение биотехнологии производства кормовых добавок.
Достижение поставленной цели осуществлялось путем постановки и решения логически взаимосвязанных задач, последовательно раскрывающих тему курсовой работы.
1. Рассмотреть биотехнологические процессы в пищевой промышленности;
2. Изучить биотехнологические процессы производства кормовых добавок.
Объектом курсовой работы являются кормовые добавки.
Предметом исследования являются биотехнологические методы производства кормовых добавок, а именно белков, пробиотиков, антибиотиков и витаминов.
Курсовая работа состоит из введения, основной части, разделенной на главы и параграфы, заключения и списка литературы.
Глава 1. Биотехнологические процессы в пищевой промышленности
1.1. Производство кормового белка
Содержание незаменимых аминокислот в белках некоторых микроорганизмов (в граммах на 100 г белка)
Эти аминокислоты должны поступать в организм в готовом виде с пищей; их отсутствие вызывает тяжелые заболевания человека и снижение продуктивности сельскохозяйственных животных.
Для человека главные источники незаменимых аминокислот — белки животного и растительного происхождения, входящие в состав пищи, а для животных — в основном растительные белки. Все незаменимые аминокислоты должны содержаться в белках пиши в определенных соотношениях, отвечающих потребностям данного организма.
Если содержание белков в растительном корме ниже нормы, то во избежание перерасхода кормов и повышения себестоимости животноводческой продукции количество белка в корме компенсируют введением белковых добавок в виде препаратов незаменимых аминокислот либо белковой массы с более высоким содержанием ряда аминокислот по сравнению с эталоном.
Незаменимые аминокислоты наиболее сбалансированы в белках семян сои.
Особый интерес представляет использование микроорганизмов в качестве источника белка и витаминов при производстве пищевых продуктов. Перспектива и экономическая целесообразность употребления микроорганизмов в технологии производства пищевых продуктов диктуются рядом факторов:
1) возможностью использования самых разнообразных химических соединений, в том числе отходов производства, для культивирования микроорганизмов;
2) высокой интенсивностью синтеза белков;
3) относительно несложной технологией культивирования микроорганизмов, которое можно осуществлять круглосуточно и во все сезоны года;
4) относительно высоким содержанием белка и витаминов, а также углеводов, липидов и препаратов на основе микробов;
5) повышенным содержанием незаменимых аминокислот по сравнению с растительными белками (табл. 1);
Рис. 1. Перспективные направления биотехнологии в снабжении человечества продовольствием
Для промышленного производства пищевых продуктов и их использования на основе микроорганизмов необходимы тщательные медико-биологические исследования. Пищевые продукты, получаемые с добавлением микробных препаратов, 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.
1.2. Использование дрожжей и бактерий
Хорошим субстратом для выращивания кормовых дрожжей является молочная сыворотка — производственный отход при переработке молока. В 1 т молочной сыворотки содержится около 10 кг белка и 50 кг лактозы. Разработана эффективная технология выделения из молочной сыворотки белков методом ультрафильтрации низкомолекулярных веществ через мембраны. Эти белки используют для приготовления сухого обезжиренного молока. Жидкие отходы, остающиеся после отделения белков (пермеат), могут быть переработаны путем культивирования дрожжей в обогащенные белками кормовые продукты.
Тем не менее, кормовые дрожжи хорошо усваиваются и перевариваются в организме животных, а по содержанию таких аминокислот, как лизин, треонин, валин и лейцин, значительно превышают многие растительные белки. Вместе с тем белки дрожжей частично не сбалансированы по метионину, в них мало цистеина и селенцистеина.
Очень полезными продуктами являются ацидофильно-дрожжевое молоко и творог, сделанный из него. Технология получения творога включает следующие этапы. В цельное молоко с 2% сахара вносят 3% суточной культуры дрожжей и выдерживают 14-17 ч при температуре 32-33°С. Полученную закваску добавляют в молоко и выдерживают до свертывания при температуре 33°С еще 5-6 ч. Такой творог богат витаминами В1 В2, С и др.
Представители 14 видов дрожжей рода Candida утилизируют молочную сыворотку для получения биомассы, богатой витаминами и белком. Способность некоторых видов дрожжей (Rhodotorula glutimis) продуцировать каротиноиды нашла применение в производстве пищевых красителей.
Колбасные изделия с добавлением микропротеина рекомендованы больным, страдающим диабетом и другими хроническими заболеваниями.
Фирмой «Amoco Foods» (США) налажено производство сухих дрожжей Candida utilis под названием торутеин, который добавляют в продукты питания.
Сначала разрушают стенки дрожжевых клеток путем механической, щелочной, кислотной или ферментативной обработки с последующей экстракцией гомогенной дрожжевой массы подходящим органическим растворителем. После такой очистки от органических и минеральных примесей дрожжевой продукт обрабатывают щелочным раствором для растворения белков. Далее белковый раствор, отделенный центрифугированием от оставшейся массы дрожжей, подвергают диализу. Очищенные от низкомолекулярных примесей белки осаждают, высушивают и используют в качестве белковых добавок в различные пищевые продукты: сосиски, паштеты, мясные и кондитерские начинки.
Белки дрожжей применяют также при получении искусственного мяса. Для этого их нагревают с последующим быстрым охлаждением или продавливанием белковой пасты через отверстия малого диаметра. В белковую пасту добавляют полисахариды и другие компоненты.
К числу бактерий с высокой интенсивностью синтеза белков следует отнести и водородокисляющие бактерии, способные накапливать в клетках до 80% сырого белка (в расчете на сухую массу). Для их культивирования в составе газовой среды обычно содержится 70-80% водорода, 20-30% кислорода и 3-5% СО2.
Производство кормового белка на основе использования водородокисляющих бактерий может быть организовано вблизи химических предприятий.
Кормовой белок бактериального происхождения добавляют в комбикорма в количестве 2,5-7,5% от белка рациона сельскохозяйственных животных, а при кормлении взрослых свиней — до 15%.
1.3. Использование водорослей и микроскопических грибов
Для получения кормового белка используют одноклеточные водоросли Chlorella и Scenedesmus, синезеленые водоросли из рода
При выращивании водорослей в культиваторах открытого типа с 1 га водной поверхности можно получать до 70 т сухой биомассы в год, что превышает выход биомассы при возделывании пшеницы, риса, сои, кукурузы.
Белки водорослей хорошо сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот, за исключением метионина. В клетках водорослей, кроме того, синтезируется довольно много полиненасыщенных жирных кислот и (3-каротина (до 150 мг%).
Белковая масса из клеток водорослей поступает в производство в виде суспензии, сухого порошка или пастообразного препарата. Процесс отделения клеток водорослей от массы воды чрезвычайно трудоемкий. Суточная норма суспензии хлореллы при кормлении молодняка крупного рогатого скота – 3-6 л, взрослых животных – 8-10 л.
В биомассе многих микроскопических грибов хорошо сбалансированы по аминокислотному составу белки; они включают также витамины и липиды. По своим питательным свойствам белки грибов приближаются к белкам сои и мяса, что позволяет использовать их не только для приготовления кормовых концентратов, но и как добавку в пищу человека.
Источником углерода для промышленного выращивания микроскопических грибов служат растительные отходы, содержащие клетчатку, гемицеллюлозы, лигнин, а также торф и навоз. Образцы колбас, выработанные с применением микроскопических грибов, характеризуются высокой степенью перевариваемости белковых веществ in vitro за счет активных пепсина и трипсина. Обычно микробная биомасса добавляется в изделия из рубленого мяса в количестве 5-15%.
Такой гриб, как Penicillium roqueforti, широко используется при производстве сыров, в частности сыра рокфор; он применяется свыше 100 лет. В Великобритании создан пищевой продукт, основным компонентом которого является белок грибного происхождения (Ftisarium graminearum) — микопротеин на дешевом глюкозном сиропе, полученном путем гидролиза пшеничного или кукурузного крахмала. Микопротеин — это аналог мяса, но по сравнению с белками животного происхождения лучшего качества по содержанию белка (44%), минеральных веществ, витаминов и липидов.
В зависимости от способа подготовки растительного сырья для культивирования микроскопических грибов применяют и соответствующие технологии их выращивания.
Более высокий коэффициент использования сырья достигается при выращивании грибов на гидролизатах растительных отходов и жидких отходах деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности по сравнению с их культивированием на твердой питательной среде.
Содержание белков в грибной массе при использовании метода глубинного культивирования составляет 50-60% от сухой массы. Для более полного использования сырья практикуется совместное культивирование грибов и бактерий.
Глава 2. Биотехнология производства кормовых добавок
2.1. Биотехнология получения аминокислот и витаминов
Потребность ряда сельскохозяйственных животных в незаменимых аминокислотах (% к сырому протеину)