Муратова Евгения Ивановна Лекция 6 Биотехнология пищевого

Муратова Евгения Ивановна

Лекция 6 «Биотехнология пищевого и кормового белка» 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Сырьевые источники для производства белковых продуктов Продуценты белка Биоконверсия – перспективный способ получения кормового и пищевого белка Схемы получения кормовых и пищевых белковых продуктов Производство белковых концентратов и изолятов Характеристики белковых продуктов Биотехнология микроводорослей Производство шампиньонов

Мировой дефицит белка 15– 35 млн. т НАПРАВЛЕНИЯ СНИЖЕНИЯ БЕЛКОВОГО ДЕФИЦИТА n n n Повышение эффективности животноводства Повышение урожайности сельскохозяйственных культур Селекция злаков с повышенным содержанием белка, распространение сои, арахиса и других белоксодержащих культур Снижение потерь сельскохозяйственной продукции Экстракция из отходов пищевой промышленности Микробиологическая конверсия растительного и минерального сырья Мировое производство пищевого белка за счет микробиологического синтеза 20 -25 тыс. т/год

Использование дешевого сырья (отходов) Преимущества микробного синтеза пищевого белка Возможность генетической модификации штаммов е ко ие со жан в Вы р а е де лк асс со бе ом би а от и, т ос оги Пр ол вие и хн ст те тсут ност о он з се Высокая интенсивность синтеза белка Высокое содержание незаменимых аминокислот

Заменят ли микроорганизмы коров? Сроки удвоения белковой массы: крупный рогатый скот - 5 лет, свиньи – 4 месяца, цыплята – 1 месяц, бактерии и дрожжи – 1 -6 часов.

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛОКСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ Белковый изолят (содержание сырого протеина не менее 85 %) Белковый концентрат (содержание сырого протеина не менее 65 %) Белковый продукт (содержание сырого протеина не менее 30 %)

УГЛЕВОДОРОДЫ К=0, 8 -1, 0 ОТХОДЫ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ К=0, 05 -0, 40 Ы Д ГО О КО ВА 4 ТХ С Т 2 О ЛЬ ЯЙС 0, СЕ ОЗ 20 , Х Сырье для белковых продуктов К=0, 4 -0, 5 0 К= Е НО ЕС ЕВ ЬЕ 0 ДР ЫР 0, 2 С , 18 0 К= СПИРТЫ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ К=0, 02 -0, 10

ли дорос ово Микр orella, Chl lina, Spiru mus es cened S Ба Pseu ктерии Myc domon a oba cter s, i Bac illus um, Дрожжи Candida, Endomycopsis, Hansenula Баз Продуценты микробного белка Несовершенные грибы Fusarium, Trichoderma, Penicillium иод Aga иоми ц r Pam icus, еты Ple us, uro tus

СХЕМА БИОКОНВЕРСИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ Растительное и минеральное сырье Предварительная обработка Ферментативная Механическая Химическая Электрохимическая Радиационная Биоконверсия микроорганизмами Твердофазная ферментация Глубинная ферментация Ферментация смешанного типа Концентрирование продуктов биоконверсии Кормовые белковые продукты Пищевые белковые продукты

СОСТАВ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ, В % К СУХИМ ВЕЩЕСТВАМ Вид сырья Гемицеллюлоза Целлюлоза Пектин Лигнин Белок Солома ячменя Солома овса Солома ржи Солома пшеницы Лузга овса Свекловичный жом Кожура томатов Створки зеленого гороха Створки зрелого гороха Ботва зрелого гороха Люцерна Шрот люцерны Вика озимая Древесина березы 27, 0 16, 0 26, 0 36, 0 24, 0 37, 4 7, 8 16, 0 22, 4 21, 3 20, 4 22, 0 25, 2 22, 3 33, 8 39, 4 37, 6 39, 9 22, 1 20, 1 15, 3 25, 9 29, 5 40, 4 22, 4 28, 3 33, 5 44, 4 9, 5 8, 4 6, 8 9, 9 7, 0 7, 8 6, 7 5, 1 4, 5 - 14, 5 17, 5 19, 0 16, 7 14, 3 8, 3 53, 5 8, 4 11, 1 17, 4 15, 8 22, 1 14, 8 27, 4 4, 5 4, 0 3, 8 2, 6 2, 0 11, 8 11, 4 14, 8 11, 8 9, 1 16, 8 15, 6 16, 9 -

БИОКОНВЕРСИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ В БЕЛКОВЫЕ КОРМА ПУТЕМ ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ Вид сырья Меласса Фуражное зерно, гидролизованное кислотой Отруби пшеничные, гидролизованные ферментами после гидробарометрической обработки Свекловичный жом Картофельные отходы Послеспиртовая барда Яблочные выжимки Томатные выжимки Солома необработанная Солома, гидролизованная кислотой Опилки осиновые необработанные Кислотный гидролизат верхового торфа Микроорганизмы Продолжительность культивиро вания, ч Содержание белка в кормовом продукте, % Сырой протеин Истинный белок 32. 8 40 -50 Pen. Decumbens 42 C. Tropicalis 8 50. 0 - Ассоциация дрожжей родов Candida, Hansenula Chaetomium megalocarpum C. Tropicalis C. Krusei Pleurotus ostreatus 28 -40 46. 0 41. 0 45 -48 - 35 -37 8 -10 10 8 8 72 - 20 -25 26. 3 25 15. 7 24. 2 18 C. Tropicalis 36. 4 - 8 10 -15 - Chaetomium megalocarpum 60 8. 4 4. 2 Asp. niger - 48 -55 - -

БИОКОНВЕРСИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ В БЕЛКОВЫЕ КОРМА ПУТЕМ ТВЕРДОФАЗНОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ Вид сырья Подсушенные ПОО + пшеничные отруби Солома + пшеничное зерно Некондиционный кукурузный силос + солома Чайные отходы Микроорганизмы Продолжительность культивирования, ч Содержание белка в кормовом продукте, % Сырой протеин Истинный белок End. fibuliger 12 - 10. 3 Trichosporon cutaneum - 15 -20 8 -12 Himicola sp. 72 22. 2 - Trichosporon sp. 48 11 -12 - 16 19. 5 15. 0 C. sake

СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ Отходы Соляная или серная кислоты Пар Холодная вода Известковое молоко Аммофос Хлорид калия Гидролиз и инверсия Охлаждение Лигнин Отработанная вода Фурфурол Нейтрализация Осветление Засевные дрожжи Воздух Аммиачная вода Конденсат Культивирование дрожжей 1 Шлам (гипс)

1 Воздух Вода Флотация Промывка Сепарирование Растворы солей и кислот Пар Сушильный агент Обедненная КЖ Отработанная вода Фугат Плазмолиз Упаривание Сушка Дрожжи Конденсат Отработанный сушильный агент

Способы гидролиза Ферментативный Химический Щелочной Комбинированный Кислотный

Схема ферментативного гидролиза целлюлозы Эндо -глюканаза Целлобиозилгидролаза Целлобиоза β-Глюкозидаза и экзоглюканаза Кристаллическая и аморфная целлюлоза β-Глюкозидаза Растворимые олигосахариды Глюкоза

СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ В ГИДРОЛИЗ-АППАРАТАХ

Схема подготовки гидролизатов к выращиванию дрожжей 9

Витаминизатор

СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ ПРИ КУЛЬТИВИРОВАНИИ МИКРООРГАНИЗМОВ НА МЕТАНЕ Посевной материал Жидкая питательная среда Природный газ Ферментация Фильтрация Вода Пар Сушильный агент Промывка Упаривание Сушка Кормовой белок (60 -65% белка) Кислород Конденсат Фильтрат Отработанная вода Конденсат Отработанный сушильный агент

СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ ИЗ БИОМАССЫ БАКТЕРИЙ Биомасса дрожжей Обработка смесью метанола и аммиака Сепарирование Спиртовой экстракт липидов Повторная обработка спиртом Сепарирование Вакуум-выпаривание Биолипиды Гидролиз нуклеиновых кислот и экстракция нуклеотидов Сепарирование Сушка Полинуклеотиды Белковый концентрат

СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА БЕЛКОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ЗЕРНОПРОДУКТОВ Отруби Раствор Na. OH Экстракция Центрифугирование Раствор HCl Крахмало-белковый продукт Осаждение Центрифугирование Сушильный агент Нерастворимый осадок Сушка Белковый концентрат Сыворотка Отработанный сушильный агент

СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ (ИЗОЛЯТОВ) ИЗ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ СОИ Обезжиренные соевые лепестки (хлопья) Раствор Na. OH Экстракция белков Раствор HCl Осаждение белков Вода Промывка белка Центрифугирование Сушильный агент Сушка Белковый концентрат (изолят) Фугат Отработанный сушильный агент

СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВЫХ ИЗОЛЯТОВ НА ОСНОВЕ ДРОЖЖЕЙ Биомасса дрожжей Пар Автолиз Конденсат Автолиз Протеазы Толуол Центрифугирование Анионит Кислота Катионит Осадок Анионообменная адсорбция - десорбция Нуклеиновые кислоты Катионообменная адсорбция - десорбция Аммиак Пар Сушильный агент Термопластичная экструзия Текстурированный белковый продукт Концентрирование элюата Сушка Белковый изолят Конденсат Отработанный сушильный агент Ферментативная обработка Модифицированный белковый продукт

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ Показатели Концентраты Изоляты % от массы % на СВ 62 -69 65 -72 86 -87 90 -92 Жир 0, 5 -1, 0 Сырая клетчатка 3, 4 -4, 8 3, 5 -5, 0 0, 1 -0, 2 Зольность 3, 8 -6, 2 4, 0 -6, 5 3, 8 -4, 8 4, 0 -5, 0 4 -6 0 19 -21 20 -22 3 -4 Белок (Nx 6. 25) Влага Углеводы (остаток)

Хлебобулочные изделия со Мя у род п кты Макаронные изделия Использование белковых добавок в пищевых производствах Концентраты Консервы пр Соу ип сы ра , вы

Биотехнология микроводорослей В промышленных условиях культивируют микроводоросли спирулину, хлореллу, сценедесмус и др.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БИОМАССЫ ХЛОРЕЛЛЫ И БЕЛКОВО-УГЛЕВОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ИЗ НЕЕ Показатели Хлорелла Белково-углеводный комплекс Без предварительной экстракции С предварительной экстракцией 8, 3 10, 1 Белок (Nx 6. 25) 48, 2 61, 9 Углеводы (без клетчатки) 17, 9 14, 7 14, 1 1, 0 0, 8 0, 6 20, 0 0, 4 1, 2 4, 5 2, 0 75, 0 8, 7 9, 4 Общий азот Клетчатка Липиды Нуклеиновые кислоты Влага

Промышленные базидиомицеты Шампиньон двуспоровый Agaricus bisporus Опенок летний Kuehneromyces mutabilis Вешенка устричная Pleurotus ostreabus Опенок зимний Flammulina Синтакс (пилолистник) Lentinus edodes

СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ШАМПИНЬОНОВ Смешивание компонентов субстрата Пар Дезинфицирующие вещества Посевной мицелий Кондиционированный воздух Стерилизация (гидротермическая обработка) Инокуляция субстрата мицелием и рост мицелия Покровный материал Кондиционированный воздух Смешивание с покровным материалом Плодообразование и рост плодовых тел Сбор урожая Пар Термообработка камер с субстратом Утилизация субстрата Отработанный воздух Сортировка, упаковка, реализация

На основе базидиальных грибов получают n n Ферменты (гидролазы, оксидоредуктазы, целлюлазы и др. ) n Антибиотики циклического строения Онкостатические препараты