Биотехнология, микробный белок, производство
кормовых дрожжей
На протяжении последних десятилетий в нашей
стране много внимания уделяется химизации различных отраслей экономики.
Это продиктовано логикой научно-технического прогресса. Очередной этап
развития в некоторых важных направлениях народного хозяйства -
биологизация, то есть внедрение микробиологических и биохимических
процессов в интересах интенсификации производства, и прежде всего
сельскохозяйственного.
Недавно возник и уже прочно вошел в жизнь новый термин биотехнология.
По сути дела, это понятие не новое, такие древние производства, как
получение спирта брожением, хлебопечение, виноделие, силосование кормов
относятся к сфере биотехнологии. В современном понимании биотехнология
- многопрофильная область научно-технического прогресса, включающая
микробиологический синтез, генную и клеточную инженерию.
Бесконечно многообразный мир микробов открыл пока лишь ничтожную часть
своих неисчерпаемых богатств. Микробиологи утверждают, что невидимые
существа могут вырабатывать любые известные вещества и им не нужны при
этом, как на современных предприятиях, огромные давления и температуры,
особо чистые или вредные вещества. Живая клетка, по словам академика Н.
Н. Семенова, безмерно превосходит любой завод необыкновенной
слаженностью процессов, ювелирной точностью результатов, экономичностью
и рациональностью.
Микробная клетка способна за сутки переработать огромную массу
питательных веществ, в 40 раз превышающую ее собственную. Необычайная
скорость размножения, возможность синтезировать в больших количествах
самые разнообразные вещества и вызывать биохимические процессы, которые
не могут осуществлять клетки животных и высших растений, - все эти
свойства микробов превращают их в непревзойденных производителей многих
ценных продуктов. И прежде всего белка.
В настоящее время, как уже
отмечено, население Земли получает мало животного белка - лишь 40 % от
научно обоснованной нормы. В дальнейшем в связи с быстрым ростом
населения белка потребуется много больше (65 ... 70 млн т ежегодно).
Тогда традиционных методов получения белка станет явно недостаточно
даже при условии быстрого освоения непродуктивных земель, выведения
высокоурожайных сортов растений и высокопродуктивных пород животных.
Идея получить микробный
белок, который по своему аминокислотному составу, пищевым
качествам приближался бы к естественному продукту, а то и превосходил
его, родилась около 30 лет назад. Представлялись два направления
получения белка: для пищи человека и для кормления животных. Второе
направление уже полностью освоено. На специальных предприятиях с
помощью микроорганизмов получают кормовой белок и другие продукты с
целью ликвидации острого белкового дефицита в кормах
сельскохозяйственных животных. Оказалось, что микробный белок богат
незаменимыми аминокислотами (лизин, треонин, триптофан, метионин,
изолейцин, фенилаланин, тирозин). Небольшая добавка его резко улучшает
корм.
Способ получения микробного белка - индустриальный, не зависит ни от
климата, ни от сезона. Его можно использовать и на Крайнем Севере, и в
экваториальных странах. Важно и то, что бактерии, дрожжи, применяемые в
биотехнологии, отличаются очень высокой продуктивностью.
Так, нынешние ферментеры, установленные на заводах, за сутки
обеспечивают выращивание 28 ... 30 т дрожжевой биомассы, содержащей 11
... 13 тыс. кг переваримого белка каждый. Значит, дрожжи в таком
ферментере образуют белка не меньше, чем 100 тыс. быков. Если бы,
например, годовалый теленок мог накапливать биомассу так же быстро, как
микроорганизмы, то за сутки он вырос бы настолько, что не уместился бы
в помещении площадью 20 м2 .
Высокой скоростью микробиологического синтеза и высоким качеством его
продуктов объясняется то, что за последние годы производство кормовых дрожжей,
кормовых и ветеринарных антибиотиков увеличилось более чем в 12 раз,
ферментных препаратов в 58 раз, освоено производство лизина и ряда
других продуктов.
Широкое производство кормовых дрожжей позволит уменьшить дефицит белка
в рационе кормления животных. Биомасса дрожжей является одним из
наиболее полноценных в биологическом отношении кормов (около 50% ее
сухого вещества составляет белок). В ней содержатся все незаменимые
аминокислоты, усваивающиеся лучше, чем белок концентрированных кормов
растительного происхождения. Например, в кормовых дрожжах в 9 ... 11
раз больше лизина, в 5 … 7- метионина, в 2 … 4 -
триптофана, чем в фуражном зерне (ячмень,
овес). Дрожжи служат также
источником основных витаминов и микроэлементов, разнообразных ферментов
и гормонов, улучшающих обмен веществ и усвоение белков и углеводов.
Практика убедительно доказала высокую эффективность кормовых дрожжей.
Применение их в ряде хозяйств в жидком виде из расчета 10 ... 15 л на
голову крупного рогатого скота значительно увеличивает жирность молока
(на 0,15 ... 0,2%). Сухие дрожжи в комбикорме поднимают яйценоскость
кур-несушек (на 20 ... 25 яиц в расчете на курицу-несушку). Применение
сухих дрожжей в комбикормах как основного источника витаминов группы В
влияет не только на увеличение продуктивности всех видов скота и птицы,
но и обеспечивает высокую сохранность молодняка. Дрожжи содержат
эргостерин, который при облучении дрожжевой суспензии ультрафиолетовым
светом превращается в витамин Д
(эргокальциферол), необходимый для
нормального кальциевого и фосфорного обмена. Облученные дрожжи -
полноценный источник витамина Д
для крупного рогатого скота, овец,
свиней.
Расчеты показали, что добавление 1 т дрожжей в зерновой рацион
позволяет получить дополнительно 1,0 ... 1,6 т мяса (живая масса) и
сберечь при этом 7 ... 8 т зерна. В перспективе при выпуске 8 млн т
дрожжей экономия зерна достигнет 60 ... 70 млн т в год.
Многочисленные исследования научно-исследовательских институтов,
проблемных лабораторий показали, что кормовые дрожжи (одни или с
добавкой лизина, витаминов) полноценно заменяют в рационах свиней всю,
а в рационах птицы - 30 … 40% рыбной муки (рыбная мука -
своеобразный эталон, считается лучшим видом кормов животного
происхождения). Достаточно к обычной зерновой смеси добавить 4 ... 8 %
дрожжей, чтобы получить полноценный комбикорм.
Впервые дрожжи стали выращивать в нашей стране на древесине. Технология
заключается в следующем: измельченную древесину подвергают гидролизу, в
результате целлюлоза
превращается в сахар. Сироп очищают, добавляют
минеральные соли и перекачивают в ферментер, где клетки
микроорганизмов, питаясь сахаром, интенсивно размножаются. Когда
"урожай" созревает, микробная масса направляется на очистку и сушку.
Получается порошок, содержащий свыше 50 % белка с примесью витаминов.
Но сахар тоже ценный продукт и отдавать его микробам нерационально.
Чтобы развить микробиологическую промышленность, начался поиск сырья -
дешевого и имеющегося в изобилии. Еще в 20-х годах советский ученый В.
О. Таусон показал, что микробы могут расти на углеводородах нефти. В
начале 60-х годов был проведен цикл работ во Франции, который
подтвердил эти данные. Нужно было открыть микроорганизмы, способные
расти на углеводородах нефти так же хорошо, как на сахарах; подобрать
легко используемые этими организмами и в то же время самые дешевые и
доступные фракции нефти; разработать методы селекции и вывести культуры
микроорганизмов, обеспечивающие достаточно высокий выход белка из
сырья; изучить биохимические и физиологические особенности обмена
веществ микроорганизмов и на этой основе разработать технологию их
выращивания.
В нашей стране решением этих проблем занимались в институтах АН СССР,
Главном управлении микробиологической промышленности, АМН, ВАСХНИЛ.
Исследования показали, что способностью к росту на углеводородах
обладают не отдельные уникальные формы, а многие представители самых
различных групп микроорганизмов и их можно легко найти в почвах
(особенно в нефтеносных районах), илах, воде и т. д. В результате
широких селекционно-генетических экспериментов удалось получить
микроорганизмы, хорошо растущие на углеводородах нефти и пригодные для
производства кормового белка - главным образом культуры дрожжей.
