Отходы промышленности, используемые для выращивания микроорганизмов

Дрожжевой осадок составляет 3-8% объема вина и  содержит (в % на сухое вещество): минеральные  вещества 5-10, углеводы 25-50, азот 5-17, белковые вещества 30-75 и жиры 2-5. Из дрожжевого осадка получают этанол, высшие спирты, альдегиды и кормовые дрожжи.

С 1990-х годов во Франции виноградная выжимка используется и для выращивания микроорганизмов, которые способствуют выработке метана. В последнее время в Молдове появляются мелкие винодельни, их число будет расти.

8. Отходы молокоперерабатывающих предприятий.

При сепарировании молока, производстве сметаны, сливочного масла, натуральных  сыров, творога и молочного белка  по традиционной технологии получают побочные продукты – обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку.   

Обезжиренное молоко, пахта и  молочная сыворотка, относящиеся к  вторичным ресурсам молочного подкомлекса  АПК, должны использоваться полностью  и рационально. В сочетании с  цельным молоком и сливками вторичные сырьевые ресурсы формируют комплекс который можно назвать термином «молочное сырье».

Применение новых физико-химических и биологических методов, молекулярно-ситовой фильтрации и криотехнологии позволяет направленно разделять и концентрировать компоненты молока с исключением побочных продуктов.

При производстве 1 т сливочного масла  получают до 20 т обезжиренного молока и 1,5 т пахты; при производстве 1 т сыра и творога – до 9 т молочной сыворотки. В обезжиренное молоко, пахту и сыворотку переходит от 50 до 75% сухих веществ молока. Обезжиренное молоко и пахта содержат практически весь белковый, углеводный и минеральный комплекс молока и частично молочный жир. В молочную сыворотку переходит углеводный комплекс, сывороточные белки и минеральные соли.

Пищевая ценность вторичного молочного  сырья, как и молока, очень высокая, хорошая усваяемость, оптимальное  соотношение питательных веществ, биологическая и физиологическая совместимость. Энергетическая ценность обезжиренного молока и пахты составляет 5,8, а молочной сыворотки – 36% от цельного молока, что следует учитывать при организации промышленной переработки.

Кроме получения вторичных продуктов, переработка молока связана с  неизбежными потерями сырья, которые  в целом по отросли составляют миллионы тонн (в пересчете на молоко). Также к отходам относятся аполоски от мытья молочного оборудования и даже отбросы (сепарационная слизь). Кроме того необходимо необходимо учитывать отходы образующиеся в результате потребленных молочных продуктов, их хранения, упаковывания и реализации.

В большинстве стран - производителей молока традиционным способом утилизации сыворотки является скармливание её животным. Степень конверсии белка сыворотки в белок животного весьма невысока (для выработки 1 кг животного белка необходимо 1700 кг сыворотки). В последние 10-15 лет из сыворотки методом ультрафильтрации выделяют белки высокого качества, на основе которых делают заменители сухого обезжиренного молока и другие продукты. Концентраты можно использовать как пищевые добавки и компоненты детского питания. Из сыворотки производится и молочный сахар - лактоза, применяемая в пищевой и медицинской промышленности. При всем при этом объем промышленной переработки сыворотки составляет 50-60% от её общего производства. Следовательно, налицо большие потери ценнейшего молочного белка и лактозы. Более того, возникает проблема утилизации отходов, так как процесс естественного разложения сыворотки происходит крайне медленно. Лактоза молочной сыворотки может служить источником энергии для многих видов микроорганизмов, сырьем для производства продуктов микробного синтеза (органических кислот, ферментов, спиртов, витаминов) и белковой биомассы. Из всех известных микроорганизмов самым высоким коэффициентом конверсии белка сыворотки в микробный белок обладают дрожжи. Способность к ассимиляции лактозы имеется примерно у 20% всех известных видов дрожжей. Гораздо реже встречаются дрожжи, сбраживающие лактозу. Активный катаболизм лактозы особенно характерен для дрожжей из рода Kluyveromyces. Эти дрожжи можно использовать для получения на молочной сыворотке кормового белка, этанола, препаратов β-глюкозидазы.

9. Парафины и дистилляты нефти

В качестве источников вещества и  энергии микроорганизмы используют самые разнообразные субстраты - нормальные парафины и дистилляты нефти, природный газ, спирты, растительные гидролизаты и отходы промышленных предприятий.

Для выращивания микроорганизмов  с целью получения белка хорошо бы иметь богатый углеродом, но дешевый  субстрат. Этому требованию вполне отвечают нормальные (неразветвленные) парафины нефти.

Технология производства микробной биомассы как источника ценных пищевых белков была разработана еще в начале 1960-х годов. Тогда ряд европейских компаний обратили внимание на возможность выращивания микробов на таком субстрате, как углеводороды нефти, для получения т. н. белка одноклеточных организмов (БОО). Технологическим триумфом было получение продукта, состоящего из высушенной микробной биомассы, выросшей на метаноле. Процесс шел в непрерывном режиме в ферментере с рабочим объемом 1,5 млн л. Однако в связи с ростом цен на нефть и продукты ее переработки этот проект стал экономически невыгодным, временно уступив место производству соевой и рыбной муки.

Более перспективным оказался другой процесс - получение грибной биомассы и полноценного грибного белка микопротеина с использованием в качестве субстрата смеси парафинов нефти (очень дешевых отходов нефтеперерабатывающей промышленности), растительных углеводов из пищевых отбросов, минеральных удобрений и отходов птицеводства. Задача промышленных микробиологов состояла в создании мутантных форм микроорганизмов, резко превосходящих своих природных собратьев, т. е. получение сверхпродуцентов полноценного белка из сырья. В этой области достигнуты большие успехи.

В качестве продуцентов микробного белка исследователи выбрали два вида всепожирающих микроорганизмов, способных питаться даже парафинами нефти: мицелиальный гриб Endomycopsis fibuligera и дрожжеподобный грибок Candida tropicalis (один из возбудителей кандидозов и кишечных дисбактериозов у людей). Каждый из них образует около 40% белка. 
Ученые подобрали и условия предварительной обработки отходов, добавляемых к парафинам нефти для оптимального роста грибковой микрофлоры. Куриный помет разбавляют и гидролизуют в кислых условиях; пивную дробину тоже гидролизуют серной кислотой. После такой обработки никакие посторонние микроорганизмы, бывшие в отходах, не выживают и не мешают расти микроскопическим грибам.

Технологи подобрали и условия фильтрации размножившейся биомассы микроорганизмов из питательной среды. Проведенные испытания показали, что получаемый продукт не токсичен, а значит, из смеси парафинов нефти, куриного помета и растительного углеводного сырья можно получать полноценный белок. Таким образом, одновременно найден путь эффективной утилизации помета, что составляет одну из основных проблем развития промышленного птицеводства.

Заключение

При выборе микроорганизма учитывают удельную скорость роста и выход биомассы на данном субстрате, стабильность при поточном культивировании, величину клеток. Клетки дрожжей крупнее, чем бактерий, и легче отделяются от жидкости при центрифугировании. Можно выращивать полиплоидные мутанты дрожжей с крупными клетками. В настоящее время известны только две группы микроорганизмов, которым присущи свойства, необходимые для крупномасштабного промышленного производства: это дрожжи рода Candida на n-алканах (нормальных углеводородах) и бактерии Methylophillus methylotrophus на метаноле.

Микроорганизмы можно выращивать питательных средах: на газах, нефти, отходах угольной, химической, пищевой, винно-водочной, деревообрабатывающей промышленности. Экономические преимущества их использования очевидны. Так, килограмм переработанной микроорганизмами нефти дает килограмм белка, а, скажем, килограмм сахара - всего 500 граммов белка. Аминокислотный состав белка дрожжей практически не отличается от такового, полученного из микроорганизмов, выращенных на обычных углеводных средах. Биологические испытания препаратов из дрожжей, выращенных на углеводородах, которые проведены и у нас в стране и за рубежом, выявили полное отсутствие у них какого-либо вредного влияния на организм испытуемых животных. Опыты были проведены на многих поколениях десятков тысяч лабораторных и сельскохозяйственных животных. В непереработанном виде дрожжи содержат неспецифические липиды и аминокислоты, биогенные амины, полисахариды и нуклеиновые кислоты, а их влияние на организм пока еще плохо изучено. Поэтому и предлагается выделять из дрожжей белок в химически чистом виде. Освобождение его от нуклеиновых кислот также уже стало несложным.

Список использованной литературы

1.     Бутенко, Р.Г. Биотехнология / Р.Г. Бутенко, М.В. Гусев, А.Ф. Киркин. – М.: Высшая школа, 1987.- 215 с.

2.     Бекер, М.Е. Биотехнология / М.Е. Бекер, Г.К. Лиепиньш, Е.П. Райпулис. – М.: Агропромиздат; 1990.- 185 с.

3.     Грачева, И.М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и биоэнергия / И.М.  Грачева, Л.А. Иванова, В.М. Кантере. – М.: Колос, 1992. -227 с.

4.        Федотова, З.А. Основы биотехнологии переработки продукции растениеводства: Учебное пособие / З.А. Федотова. - Самара, 2002. 216 с.  

5.     Хигинс, И. Биотехнология / И. Хигинс, Д. Бест, Дж. Джонс Пер. с англ. – М.: Мир, 1988.-145 с.

6.     Хиггинс, И. Биотехнология. Принципы и применение. / И. Хиггинс, Д. Бест, Дж. Джонс. – М.: Мир, 1988. 150 с.

7. Яковлева, В.И. Технология микробиологического синтеза. / В.И. Яковлева. – Л.: Химия, 1987. 254 с.