Особенности ферментации при получении микробной биомассы

Один из основных продуктов микробиологической промышленности — биомасса. Ее используют в качестве кормовых белоксодержащих добавок в рационе сельскохозяйственных животных. В отличие от большинства растительных продуктов белок микроорганизмов содержит достаточное количество незаменимых аминокислот (лизин, метионин, триптофан). Кроме того, в биомассе микроорганизмов содержатся витамины, липиды и другие биологически активные вещества, определяющие ее питательную ценность.

Для производства кормового белка используют обычно дрожжи рода Candida, способные утилизировать самые разнообразные субстраты — глюкозу, сахарозу, мальтозу, ксилозу, уксусную кислоту, этанол, углеводороды и др. Это позволяет выращивать их на отходах различных производств, содержащих органические соединения, а также на продуктах переработки нефти (очищенные жидкие парафины, нефтяные дистилляты и т.п.). От вида сырья зависит количество и качество получаемых кормовых дрожжей. Так, содержание белка в биомассе одного и того же штамма дрожжей может колебаться от 35 до 55% в зависимости от состава питательной среды и режима культивирования.

Технологическая схема производства кормовых дрожжей на любом виде сырья включает подготовку субстрата, выращивание засевных дрожжей, собственно ферментацию, а также сгущение, выделение и сушку продукта. Остановимся на особенностях процессов выращивания посевного материала и производственной ферментации.

Для производства кормового белка в основном используют дрожжи видов Candida tropicalis, С. scottii и С. guillermondii. Эти культуры имеют высокую скорость роста и конкурентоспособны в микробных биоценозах, поэтому при выращивании не требуется строгое соблюдение асептических условий.

Питательную среду засевают чистой культурой и выращивают дрожжи в несколько ступеней сначала в колбах, а затем в посевных аппаратах возрастающего объема. Как правило, посевные дрожжи выращивают в периодических условиях, однако при крупнотоннажном производстве на последней ступени может быть реализован непрерывный процесс. На всех стадиях выращивания посевных дрожжей поддерживают оптимальные температуру 33—35 °С, pH 4,0—

4,2, осуществляют аэрацию и перемешивание ферментационной жидкости.

Полученную посевную культуру помещают в производственные ферментёры. Кормовые дрожжи выращивают в проточном режиме, т.е. непрерывно в аппарат подают свежую питательную среду и отбирают из него дрожжевую суспензию. При этом объем культуральной жидкости остается постоянным. В состав среды для производственной ферментации, помимо основного субстрата (мелассы, гидролизата древесины, очищенных парафинов и др.), входят минеральные соли и микроэлементы, необходимые для роста дрожжей. В процессе выращивания осуществляют непрерывную аэрацию и перемешивание ферментационной жидкости, поддерживают постоянную температуру 33—35 °С, отводят выделяющуюся избыточную теплоту, регулируют pH культуральной жидкости на уровне 3,5—5,5 с помощью соляной кислоты или аммиачной воды.

Производительность аппаратов чаще всего лимитируется массообменным фактором — максимальной скоростью транспорта кислорода из газовой фазы к клеткам биомассы. Потребность культуры в кислороде зависит от концентрации клеток в ферментационной среде и скорости их роста, которая в непрерывном процессе (установившийся режим) равна скорости протока. При росте на богатой питательной среде в аппарате с недостаточным массообменом, когда увеличивается проток до определенного предела, рост начнет лимитироваться не углеродсодержащим субстратом, а концентрацией растворенного кислорода. При этом в выходящей из ферментёра культуральной жидкости резко повысится содержание неиспользованного субстрата, а производительность процесса не увеличится. Это обстоятельство вынуждает ограничивать начальную концентрацию углеродсодержащего субстрата в условиях высокой скорости протока.

Эффективность процесса выращивания дрожжей определяется двумя основными показателями: выходом биомассы в расчете на единицу массы использованного субстрата (так называемый экономический коэффициент) и производительностью аппарата по биомассе (количество биомассы, получаемой с 1 м3 рабочего объема за единицу времени). Величина экономического коэффициента зависит от вида применяемой культуры, состава среды и при выращивании дрожжей рода Candida на углеводных субстратах составляет около 50%, а при росте на углеводородах нефти 90—120%. Производительность ферментёра определяется в основном скоростью протока среды и содержанием в ней лимитирующего субстрата.

Производительность непрерывного процесса выращивания дрожжей становится максимальной при скорости протока среды, близкой к максимальной удельной скорости роста культуры р. Однако на практике такие режимы обычно не применяют, во-первых, из-за их низкой устойчивости (незначительное увеличение скорости протока может привести к полному вымыванию культуры из аппарата), во-вторых, из-за высокой остаточной концентрации субстрата на выходе из аппарата. Максимальный экономический коэффициент, как правило, достигается при низких скоростях протока, когда концентрация субстрата в ферментационной жидкости мала, поэтому в промышленных условиях выбирают промежуточную скорость протока.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >