Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Как отмечает Воробьева (1985, 1987), для экономики производства очень важна способность микроорганизмов использовать дешевый субстрат с высоким экономическим коэффициентом, показывающим, какое количество субстрата пошло на образование клеточной массы. Производство микробной биомассы характеризуется высокими ценами на сырье и энергетическое обеспечение и низкими ценами на труд. Самое дешевое сырье — багасса (выжимки сахарного тростника), самое дорогое — метанол. Однако энергетические затраты при применении метанола почти в три раза ниже, чем при использовании багассы. Идеальным можно назвать субстрат с низкой стоимостью и высоким содержанием углерода. Воробьева (1985) приводит интересные цифры: если принять содержание углерода в молекуле глюкозы за 100%, для метанола эта величина составит (по отношению к глюкозе) 95%, для метана —188, для этанола — 130, для я-алка-нов — 213%. Значит, rt-алканы — благоприятный субстрат. Его утилизируют многие микроорганизмы, особенно же активно дрожжи рода Candida. Из 1 т углеводородов можно получить 0,5 т белков. Менее 1 % перерабатываемой в настоящее время нефти хватило бы для компенсации недостатка белка на всей планете. Вместе с тем я-алканы — побочный продукт нефтяной промышленности. Цены же на нефть растут, запасы ее истощаются.
В ряде стран в последнее десятилетие применяются другие виды сырья: метан, метанол. Метан используют только бактерии, метанол — бактерии и дрожжи, иногда мицелиальные грибы. Хорошим субстратом для выращивания бактерий и дрожжей является и этанол. Его ресурсы высвобождаются вследствие перевода производства каучука (главного потребителя этанола) на другие виды сырья. На этаноле растут дрожжи, бактерии, некоторые мицелиальные грибы.
В связи с энергетическим кризисом внимание исследователей обращено на разработку технологических процессов, обеспечивающих экономию энергетических ресурсов. Радикальным решением этой проблемы может быть использование в производстве микробного белка сырья, получение и применение которого не затрагивали бы энергетический потенциал страны (Чернов, 1982). Таким сырьем являются солома, стебли и стержни початков кукурузы, стебли хлопчатника, древесные и другие целлюлозосодержащие отходы.
Ежегодные ресурсы только соломы в СССР составляют 200—250 млн т. Ферментативный гидролиз ее с последующим
96
дрожжеванием позволяет получить кормовую массу, включающую 10—12% белка. Переработка только 1/5 части ресурсов соломы может дать 50 млн т ценных кормов либо 5 млн т белка. Эти данные наглядно показывают, что дефицит кормового белка в СССР можно полностью устранить за счет переработки сельскохозяйственных отходов. Следовательно, решение многих энергетических и продовольственных проблем определяется в значительной мере возможностью эффективного использования энергии солнечной редиации, аккумулированной в химических связях полимеров растений в процессе фотосинтеза. И это естественно. Ведь в результате фиксации 1021 кал солнечной энергии на земном шаре ежегодно образуется 5• 10ю т биомассы расте-ний и древесины. Такой возобновляемый источник энергии не может не привлекать внимания (Огарков и др., 1985).
Основными источниками органических отходов, требующих утилизации, являются отходы сельского хозяйства, лесо- и деревообрабатывающей промышленности, твердые и жидкие бытовые отходы. Всего в СССР, по данным Панцхавы и Березина (1986), в различных отраслях народного хозяйства образуется более 500 млн т органических отходов; в сельском хозяйстве — 360 млн т (в животноводстве — 230 млн т, в растениеводстве — 130 млн т); в лесной и деревообрабатывающей промышленности—70 млн т; в быту — 70 млн т (60 млн т жидких и 10 млн т твердых отходов).
Основной путь использования растительного сырья — его гидролиз с последующим выращиванием дрожжей. Однако широкое внедрение методов гидролиза сдерживается некоторыми недостатками этого процесса: низким выходом моносахаридов и образованием значительного количества продуктов вторичных превращений, технологическими и экономическими трудностями. К гидролизным процессам предьявляются следующие требования: уменьшение энергозатрат, безотходность производства, увеличение выхода и повышение качества промежуточных продуктов гидролиза, простота аппаратурного оснащения и возможность автоматизации (Огарков и др., 1985).
Определенный прогресс достигнут в ферментативном гидролизе лигноцеллюлозного сырья, хотя практическую его реализацию тормозят как трудности, связанные с поликомпонентностью химического состава самих субстратов, так и высокие затраты на получение и выделение ферментных препаратов (Холькин, 1985).
В последнее время появилось новое направление использования растительного сырья — биологическая конверсия его в белок и другие органические соединения (Slobodan, 1984; Wood et al., 1984; Hecht et al., 1985; Квеситадзе и др., 1986; Скрябин и др., 1986; Билайн др., 1987).
Эффективность применения лигноцеллюлозы в качестве сырья для получения протеина микробной массы обусловлена множеством факторов. Некоторые физические характеристики
