Способ получения белково-витаминного продукта из крахмалсодержащего сырья

Способ получения белково-витаминного продукта из крахмалсодержащего сырья

Реферат

 

Использование: биотехнология, сельское хозяйство, кормопроизводство. Сущность изобретения: получение белково -витаминного продукта из крахмалсодержащего сырья - ржаных отрубей и муки или их смеси - с последующим его гидролизом. Гидролиз проводят с помощью кислоты, гидролизат охлаждают, разбавляют до содержания углеводов 1,5-5,0% и ведут процесс выращивания микроорганизмов - продуцентов белка в присутствии стимулятора - себариновой кислоты, которую используют в количестве 1 10^-5 - 110^-7% с добавлением в среду дрожжевого автолизата в количестве 0,001-0,005% от углеводов.

Изобретение относится с микробиологической промышленности, в частности к способам получения белковых продуктов, и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известно получение кормового продукта на основе после спиртовой барды после сбраживания крахмалсодержащего сырья на спирт [1] Процесс основан на том, что отходы спиртового производства являются источниками ценных белково-углеводных компонентов для получения белкового корма.

Недостатком известного способа является низкое содержание белка 30 - 35% Известен способ, в котором кормовую биомассу получают путем ферментной обработки с последующим выращиванием смешанной культуры, содержащей штамм дрожжей Saccharomyces sererisial ВКПМ У- 929 и Streptococcus termophyllus ВКПМ 4425 в соотношении 10: 1 [2] Недостатком данного способа является использование дорогостоящих ферментов.

Известен способ получения кормовой белковой биомассы, где в качестве источника углерода используют зерно пшеницы, кукурузы, ячменя или пшеничные отруби. Данный способ заключается в выращивании смешанных культур: штамма амилолитических дрожжей Lipomyces kononenkor- ИММА 10093 и штамма кормовых дрожжей Candida scotti ИНМИА 10208 [3] Недостатком данного способа является длительность процесса, которое составляет 24 ч.

Известен способ, в котором из целлюлозосодержащего сырья получают гидролизаты, а кормовые добавки получают в основном на второй стадии, после сбраживания сусла на спирт [4] В качестве источника углерода для выращивания дрожжей, в данном способе используют послеспиртовую барду. Полученная биомасса содержит до 45% белка.

Недостатком известного способа является то, что в процессе гидролиза образуются фурфурол, лигнин и другие твердые отходы, которые не могут быть включены в кормовую добавку и должны быть отделены. Кроме того, фурфурол и оксиметилфурфурол являются ингибиторами процесса роста дрожжей.

На гидролизных заводах основными продуцентами белка-монокультуры являются дрожжи рода Candida, которые не полностью используют растворенные органические соединения и поэтому процесс может быть неуправляемым из-за развития посторонней микрофлоры на тех органических веществах, которые не потребляются основным продуцентом, что ведет к снижению выхода биомассы к используемому органическому веществу и подавлению его биосинтетической активности наличием конкурентов из посторонней микрофлоры.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату, является способ получения белкового продукта из крахмалсодержащего сырья, в котором осуществляют гидролиз измельченного крахмалсодержащего сырья и выращивание микроорганизмов-продуцентов белка на питательной среде, содержащей в качестве источника углерода полученный гидролизат с добавлением микроэлементов, минеральных солей и воды [5] Недостатками известного способа являются использование дорогостоящего оборудования для пеногашения, использование дорогостоящих ферментов, а также недостаточно высокое содержание белка в готовом продукте, которое составляет 40% Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении содержания белка в готовом продукте и удешевлении способа. Данный технический результат достигается тем, что в способе получения белково-витаминного продукта из крахмалсодержащего сырья, включающем гидролиз измельченного крахмалсодержащего сырья и выращивание микроорганизмов-продуцентов белка на питательной среде, содержащей в качестве источника углерода полученный гидролизат с добавлением микроэлементов, минеральных солей и воды, в качестве крахмалсодержащего сырья используют ржаную муку или ржаные отруби или их смесь в соотношении 1:1, при этом гидролиз осуществляют в водном растворе серной или фосфорной кислоты в течение 30-90 мин при температуре 100-130^oC, затем раствор охлаждают и нейтрализуют до pH 4,2 4,5, разбавляют до содержания углеводов 1,5 5,0% а процесс выращивания ведут в присутствии стимулятора-себациновой кислоты, взятой в количестве 1 10^-5 - 110^-7% с добавлением в питательную среду дрожжевого автолизата в количестве 0,001 0,005% от углеводов соответственно.

Сущность способа заключается в следующем: измельченное крахмалсодержащее сырье ржаные отруби, ржаную муку или их смесь взятую в соотношении 1:1, подвергают гидролизу раствором серной или фосфорной кислоты в течение 30-90 мин при температуре 100 130^oC, затем раствор охлаждают, нейтрализуют до pH 4,2-4,5 и разбавляют водой до содержания углеводов 1,5-5,0% Отделяют, например, выпаркой твердую фазу, а жидкую фазу используют для культивирования микроорганизмов-продуцентов белка, в качестве которых используют штаммы дрожжей Candida tropicalis ЦМПМ-У-291 или Candida utilis ЦМПМ-У-277 или штамм гриба Trichosporon cutaneum ЦМПМ-У-255, или их ассоциацию, взятую в соотношении 1: 1: 1. Выращивание осуществляют в условиях аэрации на питательной среде, содержащей в качестве источника углерода полученный гидролизат с добавлением микроэлементов, минеральных солей и воды.

Для интенсификации процесса роста дрожжей в питательную среду добавляют стимулятор-себациновую кислоту, взятую в количестве 1 10^-5 - 110^-7% от углеводов, а также дрожжевой автолизат в количестве 0,001 -0,005% от углеводов. Себациновая кислота (октандикарбоновая ) HOOC(CH₂)₈COOH бесцветная жидкость, растворяется в этиловом спирте и воде, обладает способностью активизировать процессы окисления. Дрожжевой автолизат содержание истинного белка 60% содержит комплекс аминокислот и витаминов группы B, эргостерин и др.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления данного изобретения.

Пример 1.

750 г ржаных отрубей, измельченных до размера 0,1 0,2 мм гидролизуют при гидромодуле 1:8 серной кислотой в концентрации 10% в течение 30 мин в автоклаве при температуре 130^oC, охлаждают до температуры 40^oC, нейтрализуют до pH 4,3 4,5 4%-ным раствором аммиака (NH₄OH), разбавляют водой до содержания углеводов 24 г/л, соответствует 2,4% В процессе гидролиза в раствор переходят соли калия, магния, железа, цинка, марганца.

Состав питательной среды (мг/л): азот аммонийный 300-500; фосфор (P₂O₅) 200-500; калий 100-300; магний 50-80; железо 10-20; цинк 1-5; марганец 0,5-2; углеводы с инверсией 20-35 г/л.

В среду добавляют соли азота и фосфора. В качестве источника азота используют соли сульфата аммония (NH₄)₂ SO₄ 0,2 г/л, а в качестве источника фосфора соли фосфорнокислого калия KH₂PO₄- 0,6 г/л.

Выпаркой отделяют твердую фазу, а жидкую фазу применяют для процесса культивирования микроорганизмов продуцентов белка. В качестве продуцента белка используют штамм дрожжей Candida tropicalis ЦМПМ-У-291. Выращивание проводят в условиях аэрации в ферменте "Абитекс" (V_p 5л) с механическим перемешиванием среды при температуре 32 34 ^oC, при скорости протока 0,2-0,25 ч^-1. В процессе выращивания в питательную среду добавляют стимулятор себациновую кислоту в количестве 110^-5% от углеводов и дрожжевой автолизат в количестве 0,001% от углеводов. Выход биомассы составил 65% от используемых сахаров (в контроле 55%), содержание белка в биомассе составило 50% Пример 2.

750 г ржаной муки гидролизуют при гидромодуле 1:8 серной кислотой в концентрации 5% в течение 40 мин в автоклаве при температуре 100 ^oC. охлаждают до 40^oC, нейтрализуют до pH 4,2 4,5 4%-ным раствором аммиака (NH₄OH), разбавляют до содержания углеводов 47 г/л, что соответствует 4,7% В качестве продуцента белка используют дрожжи Candida tropicalis ЦМПМ-У-291. В питательную среду, как и в примере 1, добавляют соль азота и фосфора. Состав питательной среды такой же, как и в примере 1, за искелючением того, что количество себациновой кислоты в ней составляет 1 10^-6% от углеводов, в дрожжевого автолизата 0,003% от углеводов. Выращивание осуществляют в тех же условиях, что в примере 1.

Выход биомассы составил 66% от используемых сахаров, содержание белка в биомассе составило 52% Пример 3.

Измельченные и перемешанные 375 г ржаной муки и 375 г ржаных отрубей гидролизуют при гидромодуле 1:8 серной кислотой в концентрации 2% в течение 1 ч в автоклаве при температуре 100^oC, охлаждают до 40% гидролизат нейтрализуют до pH 4,5 4%-ным раствором аммиака (NH₄OH), разбавляют водой до содержания углеводов 26 г/л, что соответствует 2,6% Выпаркой отделяют твердую фазу. В качестве продуцента белка используют штамм дрожжей Candida utilis-ЦМПМ-У-277. В питательную среду, как и в примере 1, добавляют соли азота и фосфора. Питательная среда такая же как и в примере 1, за исключением того, что количество себациновой кислоты в ней составляет 110^-6 от углеводов, а дрожжевого автолизата 0,003% от углеводов.

Выращивание осуществляют в тех же условиях, что и в примере 1. Выход биомассы составил 64,7% от используемых сахаров, содержание белка в биомассе составило 49,8% Пример 4.

750 г измельченных ржаных отрубей гидролизуют при гидромодуле 1:8 серной кислотой в концентрации 5% в течение 40 мин в автоклаве при температуре 105^oC, охлаждают гидролизат до 40^o, нейтрализуют до pH 4,5 4%-ным раствором аммиака, разбавляют водой до содержания углеводов 50 г/л, что соответствует 0,5% Выпаркой отделяют твердую фразу. Выращивание проводят в тех же условиях, что и в примере 1. В питательную среду, как и в примере 1, добавляют соли азота и фосфора. Состав питательной среды тот же, что и в примере 1, за исключением содержания в ней себациновой кислоты, в количестве 110^-6% от углеводов и дрожжевого автолизата в количестве 0,003% от углеводов. А в качестве продуцента белка использовали ассоциацию штаммов дрожжей Candida tropicalis ЦМПМ-У- 291, Candida utilis ЦМПМ-У-277 и штамма гриба Trichosporon cutaneum ЦМПМ-У-255, взятых в соотношении 1:1:1.

Выход биомассы составил 66,5% от используемых сахаров, содержание белка в биомассе составило 52,4% Пример 5.

750 г измельченных ржаных отрубей гидролизуют при гидромодуле 1:8 фосфорной кислотой в концентрации 10% в течение 60 мин в автоклаве при температуры 120^oC. Гидролизат охлаждают, нейтрализуют до pH 4,2 4,5, разбавляют водой до содержания углеводов 30 г/л, что соответствует 3,0% Отделяют твердую фазу. Выращивание осуществляют в тех условиях и на той же питательной среде, что и в примере 1, за исключением того, что себационовую кислоту в питательную среду добавляют в количестве 110^-6% от углеводов, автолизат 0,003% от углеводов, соли азота (NH₄)₂SO₄)- 8 г/л. В качестве продуцентов белка используют ту же ассоциацию микроорганизмов, что и в примере 4.

Выход биомассы составил 65,7% от используемых сахаров, содержание белка в биомассе составило 53,7% Пример 6.

750 г измельченных ржаных отрубей гидролизуют при гидромодуле 1:7 серной кислотой в концентрации 5% в течение 60 мин, в автоклаве при температуре 110^oC. Гидролизат охлаждают, нейтрализуют до pH 4,2-4,5. Разбавляют водой до содержании углеводов 49 г/л, что соответствует 4,9% Отделяют твердую фазу. Далее выращивание проводят в тех же условиях, что и в примере 1. В питательную среду, как и в примере 1, добавляют соли азота и фосфора. Состав питательной среды такой же, как и в примере 1, за исключением того, что себационовую кислоту в питательную среду добавляют в количестве 110^-5% от углеводов, а дрожжевой автолизат 0,005% от углеводов. В качестве продуцентов белка используют ту же ассоциацию микроорганизмов, что и в примере 4.

Выход биомассы составил 68% от используемых сахаров, содержание белка в биомассе составило 57,6% Пример 7.

375 г измельченных ржаных отрубей смешивают с 375 г ржаной муки, гидролизуют при гидромодуле 1:8 серной кислотой в концентрации 2% в автоклаве в течение 60 мин при температуре 100^oC. Гидролизат охлаждают, нейтрализуют до pH 4,5, разбавляют водой до содержания углеводов 32 г/л, что соответствует 3,2% Твердую фазу не отделяют. В питательную среду, как и в примере 1, добавляют соли азота и фосфора. Состав питательной среды тот же, что и в примере1, за исключением содержания себациновой кислоты, количество которой в данном примере составляет 110^-5% от углеводов и дрожжевого автолизата, количество которого составляет 0,001% от углеводов.

В качестве продуцентов белка использовали ту же ассоциацию микроорганизмов, что и в примере 4.

Выход биомассы составил 67% от используемых сахаров, содержание белка в биомассе составило 45,8% Таким образом, использование предлагаемого способа получения белково -витаминного продукта из крахмалсодержащей сырья по сравнению с известным позволит улучшить качество готового продукта по содержанию белка и значительно снизить его себестоимость за счет исключения использования дорогостоящих ферментов.

Формула изобретения

Способ получения белково-витаминного продукта из крахмалсодержащего сырья, включающий гидролиз измельченного крахмалсодержащего сырья и выращивание организмов продуцентов белка на питательной среде, содержащей в качестве источника углерода полученный гидролизат с добавлением микроэлементов, минеральных солей и воды, отличающийся тем, что в качестве крахмалсодержащего сырья используют ржаную муку, или ржаные отруби, или их смесь в соотношении 1 1, при этом гидролиз осуществляют в водном растворе серной или фосфорной кислоты в течение 30 90 мин при 100 130^oС, затем раствор охлаждают и нейтрализуют до pН 4,2 4,5, разбавляют до содержания углеводов 1,5 5,0% а процесс выращивания ведут в присутствии стимулятора - себациновой кислоты, взятой в количестве 1 10^-5 - 110^-7% с добавлением в питательную среду дрожжевого автолизата в количестве 0,001 0,005% от содержания углеводов соответственно.