Препарат для снижения белкового дефицита в организме и способ получения такого препарата

Препарат для снижения белкового дефицита в организме и способ получения такого препарата

Реферат

Изобретение относится к области биомолекулярной фармакологии, а именно созданию препарата, способного снижать белковый дефицит в организме млекопитающего, а также к способу получения такого препарата.

Для нормального роста и развития млекопитающего, в том числе человеческого организма нужны белки - растительные и животные. Первые он получает с растительной пищей, вторые - с животной. По данным Всемирной организации Здравоохранения (ВОЗ) питание более половины населения нашей планеты не может быть признано удовлетворительным из-за недостатка белка. Мировой дефицит пищевого белка равен 1,5 млн. тонн в год. Эта проблема связана, в том числе, и с нарушениями экосистемы обитания макрооганизмов [1].

Для устранения дефицита кормового и пищевого белка (белкового голодания) необходимо увеличение продуктивности растениеводства и животноводства за счет экологически чистой продукции. Растения, поглощая энергию солнечного света (фотосинтез), превращают ее в энергию химических связей, благодаря чему из сравнительно простых веществ окружающей среды (углекислый газ, вода, минеральные соли) синтезируют "де ново" углеводы и аминокислоты, и из них строят свои клеточные белки.

Животным синтезировать аминокислоты и углеводы "де ново" не дано. И то, и другое они получают из поедаемых ими растений. Основным источником аминокислот для синтеза животного протеина являются аминокислоты и некоторые другие азотсодержащие вещества (аминосахара, аминоспирты, азотистые основания, некоторые аммонийные соли органических кислот и другие вещества).

Азотсодержащие вещества кормов для животных, способные включаться в состав животного протеина, называют "сырым протеином".

Для определения количественного содержания "сырого протеина" в корме процентное содержание в нем элементарного азота умножают на 6,25.

При низком содержании сырого протеина в кормовом рационе животного - "протеиновом голодании", образуется мало животного протеина, животное медленно растет и развивается, слабо сопротивляется неблагоприятным воздействиям окружающей среды, чаще заболевает и гибнет по сравнению с теми животными, которые получают сырой протеин в физиологически обусловенной норме.

Обычно для повышения продуктивности животноводства и обеспечения высокого уровня среднесуточных приростов живой массы в состав кормов вводят богатые протеином компоненты (горох, бобы, соя, дрожжи, мясокостная и/или рыбная мука и др.) Эти компоненты дороги и зачастую дефицитны, иногда опасны (мясокостная мука может быть заражена вирусом "коровьего бешенства").

В некоторых случаях в корм крупному рогатому скоту вводят мочевину (карбамид), поскольку она может превращаться микроорганизмами пищеварительного тракта в аминокислоты и таким образом увеличивать общий пул аминокислот в организме животного (см., например, патент РФ №2097985, 1997 г.). Но добавлять ее в суточный кормовой рацион можно лишь в небольших количествах - около 150 г. на голову. Передозировка приводит к отравлению, а иногда и к гибели животного.

Дефицит кормов в сельском хозяйстве вынуждает ученых и практиков изыскивать новые, нетрадиционные источники их пополнения. Одним из них является древесина и отходы, образующиеся при ее заготовке и переработке. Продукты частичного гидролиза древесины можно успешно использовать для замены части объемных традиционных кормов в рационах жвачных животных (см. патент РФ №2088106, 1997 г.).

Во Франции, Канаде и др. странах созданы крупные установки непрерывного действия, в которых путем обработки растительной биомассы паром высокого давления (до 30 атм) производится корм "Процелл". Приготовление и использование растительно-белкового корма используется и в России достаточно давно [2].

Во многих странах мира выращивается огромное количество растительной массы, в которой содержание углеводов значительно выше, чем содержание белков. Например, их соотношение в винограде 43:1; яблоках 30:1; ягодах 10-15:1, картофеле, репе, брюкве и др. корнеплодах около 10:1, сахарном тростнике 25:1. Такая растительная масса не может эффективно использоваться, как в корм животным, так и в качестве белково-питательных продуктов из-за низкого содержания в ней усвояемого протеина. Обработка биомассы этих и других растений с использованием особой технологии могла бы привести к получению продуктов с желаемым соотношением углеводов и протеина для кормовых и пищевых целей.

Превращение углеводов из растительной массы в усвояемые организмом млекопитающего предшественники протеинов может превращать их в полноценный, отвечающий требованиям интенсивного животноводства корм, а при соответствующей дополнительной очистке и в пищевой продукт.

В Российской Федерации разработана схема комплексной переработки древесины с целью увеличения выхода продуктов, усваиваемых микроорганизмами. Древесину подвергают щелочному гидролизу водным раствором NaOH при 175°С в течение 2 ч при этом происходит растворение примерно 59% лигноуглеводного комплекса, образуется целлюлозный остаток и щелок, содержащий органические кислоты и карбонильные соединения. Целлюлозный остаток гидролизуют серной кислотой. Затем проводят нейтрализацию натронного щелока кислым гидролизатом, отделение лигнина, кристаллизацию сульфата натрия путем добавления спиртовой эфироальдегидной фракции и отделение его от раствора. Растворитель отгоняют, а субстрат разбавляют водой до 1%-ной концентрации моносахаридов и органических кислот и добавляют питательные соли [3].

Наиболее близким аналогом к настоящей разработке можно считать патент РФ №2084175, 1997 г. В патенте раскрыта технология получения корма для животных с использованием отходов растениеводства. Однако данная разработка не может использоваться в качестве технологии для приготовления препарата, способного снизить дефицит белка, столь необходимого для млекопитающих.

Технической задачей настоящего изобретения является создание препарата, способного снижать и/или устранять дефицит белка в организме млекопитающего, а также способ получения такого препарата.

Техническая задача решается тем, что разработан препарат для снижения белкового дефицита в организме, представляющий собой продукт биологической и химической обработки растительной биомассы или ее отходов при участии микроорганизмов, при этом исходное сырье является углеводсодержащей биомассой растительного происхождения, в которой углеводная часть составляет не менее 5% от общей массы исходного сырья, биомасса смешана с водой и обработана молочнокислыми бактериями, взятыми в виде стандартной закваски (например, МТ) при ее начальном содержании 0,2-5% на каждый литр водной смеси. Инкубирована смесь в физиологических условиях не менее 6 часов при поддерживании рН на уровне 6,75±0,05 за счет внесения гидроокиси аммония. Полученная в результате кашицеобразная масса может быть использована организмом млекопитающего в качестве усвояемого предшественника белка, т.н. сырого белка.

В качестве исходного сырья может быть использована биомасса, выбранная из группы: элеваторная пыль зерновых культур, свекловичный жом, виноградная мезга, измельченная семечковая лузга, отходы молочного производства, измельченная солома, измельченные ветви неядовитых растений, арбузные и дынные корки, стебли и початки кукурузы, коробочки хлопчатника.

Другим объектом изобретения является способ получения препарата, который состоит в следующем.

Способ получения препарата для снижения белкового дефицита в организме путем биологической и химической обработки растительной биомассы или ее отходов при участии микроорганизмов, при этом в качестве исходного сырья используют углеводсодержащий продукт, в котором углеводная часть его составляет не менее 5%, сырье измельчают и смешивают с водой, обработку ведут молочнокислыми бактериями, взятыми в виде стандартной закваски, например МТ, при начальном содержании закваски 0,2-5,0% на каждый литр водной смеси, инкубируют смесь в физиологических условиях не менее 6 часов, поддерживая рН на уровне 6,75±0,05 внесением гидроокиси аммония, после стабилизации указанного рН внесение гидроокиси аммония прекращают, а водную смесь упаривают до получения кашицеобразной массы, представляющей собой усвояемый предшественник белка, при необходимости массу высушивают для хранения.

При обработке грубой исходной биомассы ее дополнительно измельчают и до внесения МКБ подвергают кислотному гидролизу при нагревании. Кислотный гидролиз проводят при рН 1,0, температуре 90±0,5°C в течение 2,0±0,1 часов с использованием концентрированной серной кислоты.

При обработке грубой исходной биомассы может быть применен и щелочной гидролиз, например древесину подвергают щелочному гидролизу водным раствором NaOH при 175°С в течение 2 ч, при этом происходит растворение примерно 60% лигноуглеводного комплекса.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1 (эксперимент с пищевым сахаром)

В стеклянную кювету объемом 3000 мл внесли 2,0 литра воды, 100 г сахара-рафинада (пищевого), после растворения инкубировали при температуре 40°С вместе с суспензией сухой закваски молочнокислых бактерий МТ (производитель - Московский экспериментальный молочный завод). Кювету поместили в водяную баню с Т°С=40°. рН содержимого кюветы - 6,95. Взяли пробу для определения % СП и % аминокислот. Через 2 часа рН кюветы - 6,0. Общая сумма аминокислот=0,66%.

Далее небольшими порциями добавляли 10%-ный раствор аммиака, поддерживая рН 6,75. Общий объем добавленного раствора аммиака - 170 мл. Полученный препарат в виде суспензии в количестве 50 мл передали в лабораторию кормов и кормовых добавок ВНИИ кормов им. В.Р.Вильямса для определения % содержания СП.

Результаты анализа: концентрация СП в растворе при нормальной влажности - 4,4%.

Вывод: В данном эксперименте из 100 г сахара получено 88 г сырого протеина.

Примечание: Теоретически из 100 г сахара можно было бы получить: 97,2 г СП., т.е. практический выход СП от теоретического составил 90,5%.

При сгущении полученной суспензии до 40% от исходной получается кашицеобразная масса, содержащая 29,8% СП, что соответствует 74,5% СП по сухому веществу.

Пример 2 (эксперимент с творожной сывороткой)

В стакан емкостью 2 литра, содержащий 1 кг творожной сыворотки (рН 4,6; кислотность 80°Т, лактоза - 4,1%), внесли 100 г сахара, эксперимент проводили, как в примере 1.

Стакан с сывороткой, сахаром и закваской поместили в водяную баню. Замерили рН. рН 4,5. При помешивании добавили 5,6 мл 10% раствора аммиака для доведения рН полученной суспензии до 6,75.

Затем в течение всего процесса добавляли 10% раствор аммиака небольшими порциями для поддерживания рН среды на уровне 6,75±0,05.

К моменту окончания процесса сбраживания к исходному объему раствора сахара в сыворотке было добавлено 265 мл 10% раствора аммиака.

Экспериментальную жидкость в количестве 50 мл передали на анализ во ВНИИ кормов им. Вильямса. Анализ показал, что содержание СП в образце равно 13,2%. При сгущении полученной суспензии на ваккуумном испарителе до 40% в полученной массе содержалось 29,7% СП, в пересчете на сухое вещество - 74,25% СП.

Пример 3 (эксперимент с элеваторными отходами)

В стакан емкостью 800 мл внесли 25 г элеваторных отходов 4-й категории (респираторная пыль). Добавили 300 мл воды и 2 мл концентрированной серной кислоты, доведя рН раствора до 1,0. Стакан поместили в водяную баню при температуре 90°С. Через 2 часа экспозиции охладили до 40°С. Серную кислоту нейтрализовали 10% раствором аммиака в воде, доведя рН до 6,75. Внесли закваску МКБ. Замерили рН. рН 4,8. Довели рН до 6,75, внеся 0,2 мл раствора аммиака в воде. По мере закисания содержимого стакана вносили в него небольшими порциями 10%-ный раствор аммиака, поддерживая рН среды на уровне 6,75±0,05. Общий объем 10%-го раствора аммиака, затраченный на нейтрализацию образующейся при молочнокислом брожении кислоты составил 9 мл. Получившуюся в конце процесса кашеобразную массу высушили при температуре 50°С, довели до постоянного веса, равного 25 г, измельчили до порошкообразного состояния. Затем 10 г полученного продукта и 10 г исходных элеваторных отходов отдали в лабораторию зоотехнической оценки кормов и кормления с/х животных ВНИИ кормов им. Вильямса.

Результаты анализа показывают, что содержание СП возросло с 5,4% в исходном продукте до 21,4% в обработанном продукте, а общее содержание аминокислот с 26,92 г/кг до 44,72 г/кг, соответственно.

Пример 4 (эксперимент со свекловичным жомом)

Сухой свекловичный жом в количестве 25 г поместили в стеклянный стакан емкостью 500 мл, добавили 300 мл воды и 2 мл концентрированной серной кислоты, доведя рН содержимого до 1,0. Стакан поместили в водяную баню с температурой 90°С, через 2 часа экспозиции охладили до 40°С и поместили в водяную баню при температуре 40°С. Добавили 10% раствор аммиака для доведения рН до 6,75. Внесли закваску МКБ (Молочный экспериментальный завод, Москва). Замерили рН. рН 4,9. Добавили 50 мл молока. Довели рН содержимого стакана до 6,75, внеся 0,3 мл 10% раствор аммиака в воде. По мере закисания содержимого стакана вносили в него небольшими порциями раствор аммиака. Общий объем раствора аммиака, затраченный на нейтрализацию образующейся при брожении молочной кислоты составил 63 мл.

Получившуюся в конце процесса кашицеобразную массу высушили при температуре 50°С, довели до постоянного веса 25 г, измельчили до порошкообразного состояния. Затем 10 г полученного продукта и 10 г исходного свекловичного жома отдали в лабораторию зоотехнической оценки кормов и кормления с/х животных во ВНИИ кормов им. Вильямса. Результаты анализа показали, что содержание СП увеличилось с 8,4% в исходном до 47,1% в полученном продукте.

Пример 5 (эксперимент с картофелем)

Клубень картофеля измельчили с помощью лабораторного гомогенизатора. Затем 160 г получившейся массы перенесли в стакан емкостью 0,8 литра. Добавили 350 мл воды, добавили 2 мл концентрированной серной кислоты для доведения рН раствора до 1,0. Поместили в водяную баню при 90°С. Через 2 часа экспозиции содержимое стакана охладили до 40°С. Внесли закваску, как в примере 4, добавили 0,5 мл 10% раствора аммиака в воде для доведения рН до 6,75±0,05. Затем по мере закисания содержимого стакана и снижения рН до 6,5 добавляли 10% раствор аммиака в количестве, необходимом для доведения рН до 6,75±0,05. На весь процесс к моменту, когда образование молочной кислоты прекратилось - рН титруемой смеси перестал снижаться, было затрачено 40 мл 10% раствора аммиака в воде. Полученную массу высушили, довели до постоянного веса 28 г и измельчили до порошкообразного состояния. Затем 10 г полученного порошка передали на анализы во ВНИИ кормов им. Вильямса для определения содержания сырого протеина и аминокислот в полученном образце.

Результаты анализа: 45,5% СП, в том числе 6,47% - общее содержание аминокислот.

Пример 6 (эксперимент с соломой)

В стакан емкостью 800 мл внесли 25 г измельченной соломы озимой пшеницы. Добавили 300 мл воды и 2 мл концентрированной серной кислоты, доведя рН раствора до 1,0. Стакан поместили в водяную баню при температуре 90°С. Через 2 часа экспозиции охладили до 40°С. Серную кислоту нейтрализовали 10% раствором аммиака в воде, доведя рН до 6,75. Внесли закваску МКБ. Замерили рН. рН 4,8. Довели рН до 6,75, внеся 0,2 мл раствора аммиака в воде 10%-ной концентрации. По мере закисания содержимого стакана вносили в него небольшими порциями 10% раствор аммиака, поддерживая рН среды на уровне 6,75±0,05.

Получившуюся в конце процесса кашеобразную массу высушили при температуре 50°С, довели до постоянного веса, равного 25 г, измельчили до порошкообразного состояния. Затем 10 г полученного продукта и 10 г исходной соломы озимой пшеницы отдали в лабораторию ВНИИ кормов им. Вильямса. Результаты анализа показывают, что содержание СП возросло с 3,2% в исходном продукте до 14,3% в готовом препарате.

Пример 7 (сыворотка+патока)

В стакан емкостью 2 литра, содержащий 1 кг творожной сыворотки (рН 4,6, кислотность 80°Т, содержание лактозы - 4,1%, белка - 0,6%, СВ - 5,2%) внесли 154 г патоки (содержание СВ - 80%, сахарозы - 43%, рН 6,7) нагрели до 90°С, через 15 минут охладили до 40°С, после чего внесли 20 мл закваски МКБ (Московский экспериментальный завод). Стакан с сывороткой, патокой и закваской поместили в водяную баню при температуре 38°С. Замерили рН. рН 4,5. При помешивании добавили 6 мл водного раствора аммиака для доведения рН полученной смеси до 6,75. Затем в течение всего процесса добавляли 10% раствор аммиака небольшими порциями для поддержания рН суспензии на уровне 6,75±0,05. К моменту окончания сбраживания было добавлено 183 мл раствора аммиака. В результате получено 94,2 г СП.

Таким образом, создание препарата, способного снижать и/или устранять "белковый голод" и технологии получения препарата, является важным шагом для освоения огромной растительной биомассы, существующей на планете, которую с успехом можно использовать, как дополнительный источник усвояемых белковых предшественников с целью решения проблем мирового дефицита белка.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.М.Захаров и др. "Здоровье среды: практика оценки", Москва, 2000 г.

2. "Производство и применение продуктов переработки древесных отходов", Москва, "Лесная промышленность", 1978 г.

3. М.Н.Манаков, Д.Г.Победимский "Теоретические основы технологии микробиологических производств", Москва, "Агропромиздат", 1990 г.

1. Препарат для снижения белкового дефицита в организме, представляющий собой продукт биологической и химической обработки биомассы или ее отходов при участии микроорганизмов, отличающийся тем, что исходное сырье является углеводсодержащей биомассой растительного или животного происхождения, при этом углеводная часть составляет не менее 5% от общей исходной биомассы, биомасса смешана с водой с добавлением закваски молочнокислых бактерий при ее начальном содержании 0,2-5,0% на каждый литр водной смеси, инкубирована смесь при 40°С не менее 6 ч при поддерживании рН на уровне 6,75±0,05 за счет внесения гидроокиси аммония, полученная в результате кашицеобразная масса представляет собой усвояемый предшественник белка.

2. Препарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья использована биомасса, выбранная из группы: элеваторная пыль зерновых культур, свекловичный жом, виноградная мезга, измельченная семечковая лузга, измельченная солома, измельченные ветви неядовитых растений, арбузные и дынные корки, стебли и початки кукурузы, коробочки хлопчатника, отходы молочного производства.

3. Способ получения препарата для снижения белкового дефицита в организме путем биологической и химической обработки биомассы или ее отходов при участии микроорганизмов, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют углеводсодержащую биомассу растительного или животного происхождения, при этом углеводная часть ее составляет не менее 5%, сырье при необходимости измельчают и смешивают с водой, обработку ведут молочнокислыми бактериями (МКБ), взятыми в виде закваски при начальном содержании закваски 0,01-5,0% на каждый литр водной смеси, инкубируют смесь при 40°С не менее 6 ч, поддерживая рН на уровне 6,75±0,05 внесением гидроокиси аммония, после стабилизации указанного рН водную смесь упаривают до получения кашицеобразной массы, представляющей собой усвояемый предшественник белка, при необходимости высушивают для хранения.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при обработке грубой исходной биомассы, ее дополнительно измельчают и до внесения МКБ подвергают кислотному гидролизу при нагревании.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что кислотный гидролиз проводят при рН 1,0, температуре 90±0,5°С в течение 2,0±0,1 ч с использованием концентрированной серной кислоты.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что при обработке исходной биомассы дополнительно проводят щелочной гидролиз в условиях нагревания выше 100°С.