СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ
METHOD FOR PRODUCTION OF FODDER YEAST BIOMASS

Изобретение относится к выработке кормовых продуктов из отходов производства кофе для сельскохозяйственных животных и птицы.
Известен способ использования кофейного шлама в кормовых целях. Предлагается использовать кофейный шлам в измельченном виде без проведения предварительной обработки как один из компонентов, вносимый в кукурузный корм для его обогащения макро- и микроэлементами [патент RU 2050145. Кормовая добавка к кукурузному корму. Дата публикации: 20.12.1995. Изобретатели и патентообладатели: Левицкий А.П., Шерстобитов В.В., Ярославцев С.К., Бондарь Е.Г.].
3
Известен способ использования кофейного шлама в кормовых целях в качестве наполнителя при получении кормовой витаминной добавки для сельскохозяйственных животных и птицы. Способ заключается в смешивании следующих компонентов: витамин А 0,5-3,0 млн ME; витамин Д 0,5-3,0 млн ME; витамин С 20-100 мг; витамин В2 300-700 мг; витамин В 600-1500 мг; бета-каротин 40-200 мг, затем добавляют кофейный шлам до 1 кг [патент RU 2034497. Кормовая витаминная добавка для сельскохозяйственных животных и птицы. Дата публикации: 05.10.1995. Изобретатели и патентообладатели: Левицкий А.П., Шерстобитов В.В., Ярославцев С.К., Мусонова И.А.].
Известен способ получения белковой кормовой добавки из кофейного шлама за счет проведения твердофазного культивирования с использованием грибов Aspergillus niger. Процесс культивирования проводят в лабораторном ферментере при температуре 35°С, аэрации 8 л/мин на кг, рН поддерживается на уровне 3,5. При этом продолжительность процесса ферментации составляет 43 часа, а содержание белка в конечном продукте - 36% [Walter Penaloza, Mario R. Molina, Roberto Gomez Brenes, Ricardo Bressani. Твердофазное культивирование: альтернатива улучшения питательной ценности кофейного шлама. Прикладная и связанная с окружающей средой микробиология, февраль 1985 г., том 49, №2, стр.388-393].
Общим основным недостатком описанных способов является отсутствие какой-либо предобработки отходов производства кофе, так как известно, что кофейный шлам является достаточно гигроскопичным субстратом, вследствие чего сроки его хранения существенно ограничены.
За прототип выбран способ получения биомассы кормовых дрожжей из яблочных выжимок за счет проведения ферментативного гидролиза [патент SU 1730139 А1. Способ получения биомассы кормовых дрожжей. Научно-производственное объединение «Алмазы» и Институт молекулярной биологии и биохимии им. М.А.Айтхожина. Дата публикации: 30.04.92].
Сущность способа заключается в следующем. Готовят питательную среду из яблочных выжимок - отхода сокового производства. Предгидролиз проводят в гидромодуле 10, при 95-100°С в течение 45 мин. Питательную среду остужают до 28-32°С и вносят β-глюкозидазу, полученную из сладкого миндаля с удельной активностью 8,6 мкмоль/мин·мг, или β-глюкозидазу, полученную из соцветий полыни однолетней с удельной активностью 1,9 мкмоль/мин·мг. Оптимальная доза внесения ферментного препарата составляет 20 мг на 1 л питательной среды. В качестве посевного материала используют культуру дрожжей Candida tropicalis. Культивирование ведут на качалках при 90 об/мин при 32°С в течение 18 часов. При этом максимальное накопление биомассы по абсолютно сухому весу составляет 7,66 г/л, удельное содержание белковых веществ - 59% (общее содержание белковых веществ составляет 4,5 г/л).
Существенными недостатками данного способа являются длительная двухстадийная предварительная обработка используемого для выращивания дрожжей субстрата (предгидролиз в гидромодуле 10 при 95-100°С в течение 45 мин и последующий гидролиз с помощью ферментного препарата - β-глюкозидазы) и небольшие количества образующихся белковых веществ (общее содержание белковых веществ не превышает 4,5 г/л). Кроме того, данный способ получения биомассы кормовых дрожжей предусматривает использование для выращивания дрожжей только экстрагируемых веществ из растительного сырья (яблочных выжимок), а твердый остаток, остающийся после стадии предгидролиза, является непереработанным отходом.
Технической задачей изобретения является оптимизация биоконверсии растительного сырья: сокращение продолжительности и количества стадий предобработки питательной среды, а также повышение производительности процесса по белковым веществам (общему содержанию белковых веществ). Поставленная задача решается способом получения биомассы кормовых дрожжей из кофейного шлама, предварительно обработанного кислотным гидролизом при рH 0,8-1,3, температуре 121°С в течение 30 мин с последующим культивированием микроорганизмов глубинным гетерофазным способом, причем конечный продукт представляет собой совокупность дрожжей, выращенных на гидролизате кофейного шлама, и остаточных компонентов шлама, непотребленных Saccharomyces cerevisia.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1
Вначале кофейный шлам в концентрации 100 г/л предобрабатывается кислотным гидролизом. С помощью концентрированной серной кислоты рН доводится до 1. Далее проводится температурная обработка в течение 30 мин при температуре 121°С.
Для осуществления процесса биодеградации был выбран дрожжевой штамм Saccharomyces cerevisiae, способный максимально полно утилизировать кофейный шлам. Процесс культивирования проводится в лабораторном ферментере объемом 5 л с заполнением питательной средой на 70% при температуре 30°С, постоянном встряхивании с интенсивностью 250 об/мин, при этом рН поддерживается на уровне 4,5-5,5. В качестве минеральной среды используется среда Ридера. В качестве субстрата используются отходы производства кофе. Прирост биомассы оценивается путем подсчета клеток в камере Горяева. Белковая кормовая добавка, получаемая предложенным способом, состоит из остаточных компонентов кофейного шлама, непотребленных дрожжевой культурой Saccharomyces cerevisia, в совокупности с биомассой дрожжей, выращенных на гидролизате кофейного шлама, отделенную от культуральной жидкости и высушенную. Отделение биомассы от культуральной жидкости осуществлялось фильтрацией до содержания сухих веществ 40-50%, затем биомасса высушивалась при температуре 105°С. Способы отделения биомассы от культуральной жидкости и сушки являются стандартными, описанными в литературе по производству кормовых добавок.
В случае культивирования дрожжей Sacchwomyces cerevisiae на питательной среде, в которой субстрат предобрабатывают при рН 1, температуре 121°С, максимальное накопление биомассы составляет 35 г/л, а удельное содержание белковых веществ в конечном продукте - 44,8% (общее содержание белковых веществ составляет 15,7 г/л).
В примерах 2-10 выращивание дрожжей проводится, как в примере 1, а условия проведения кислотного гидролиза и полученные результаты сведены в таблицу.
Из приведенных примеров видно, что кислотный гидролиз необходимо проводить при следующих условиях: рН 0,8-1,3, температуре 118-123°С. Это позволяет устранить стадию предгидролиза и сократить длительность предобработки до 30 мин. При этом наблюдается существенное повышение накопления биомассы до 29,0-35,0 г/л, а общее содержание белковых веществ (сырого протеина) составляет 10,6-15,7 г/л.