Продуценти білка

Виробництво мікробної біомаси – найбільше мікробіологічне виробництво. Мікробна біомаса може бути гарною білковою добавкою для свійських тварин, птахів і риб. Виробництво мікробної біомаси особливо важливо для країн, які не культивують у великих масштабах сою (соєве борошно використовують як традиційну білкову добавку до кормів).

При виборі мікроорганізму враховують питому швидкість росту й вихід біомаси на даному субстраті, стабільність при потоковому культивуванні, величину клітин. Клітини дріжджів більші, ніж бактерій, і легше відокремлюються від рідини при центрифугуванні. Можна вирощувати поліплоїдні мутанти дріжджів з великими клітинами. У наш час відомі тільки дві групи мікроорганізмів, яким властиві властивості, необхідні для великомасштабного промислового виробництва: це дріжджі роду Candida на n-алканах (нормальних вуглеводнях) і бактерії Methylophillus methylotrophus на метанолі.

Мікроорганізми можна вирощувати й на інших поживних середовищах: на газі, нафті, відходах вугільної, хімічної, харчової, вино-горілчаної, деревообробної промисловості. Економічні переваги їхнього використання очевидні. Так, кілограм переробленої мікроорганізмами нафти дає кілограм білка, а, скажемо, кілограм цукру – усього 500 грамів білка. Амінокислотний склад білка дріжджів практично не відрізняється від отриманого з мікроорганізмів, вирощених на звичайних вуглеводних середовищах. Біологічні випробування препаратів із дріжджів, вирощених на вуглеводнях, які проведені й у нас у країні й за рубежем, виявили повну відсутність у них якого-небудь шкідливого впливу на організм піддослідних тварин. Досвіди були проведені на багатьох поколіннях десятків тисяч лабораторних і сільськогосподарських тварин. У не переробленому вигляді дріжджі містять неспецифічні ліпіди й амінокислоти, біогенні аміни, полісахариди й нуклеїнові кислоти, однак їх вплив на організм поки ще погано вивчено. Тому й пропонується виділяти із дріжджів білок у хімічно чистому виді. Відокремлення його від нуклеїнових кислот також уже стало нескладним.

У сучасних біотехнологічних процесах, заснованих на використанні мікроорганізмів, продуцентами білка служать дріжджі, інші гриби, бактерії й мікроскопічні водорості.

З технологічної точки зору найкращими з них є дріжджі. Їхня перевага полягає насамперед в "технологічності": дріжджі легко вирощувати в умовах виробництва. Вони характеризуються високою швидкістю росту, стійкістю до сторонньої мікрофлори, здатні засвоювати будь-які джерела харчування, легко відокремлюються, не забруднюють повітря спорами. Клітини дріжджів містять до 25% сухої речовини. Найцінніший компонент дріжджової біомаси – білок, який за складом амінокислот перевершує білок зерна злакових культур і лише небагато уступає білкам молока й рибного борошна. Біологічна цінність дріжджового білка визначається наявністю значної кількості незамінних амінокислот. За вмістом вітамінів дріжджі перевершують всі білкові корми, у тому числі й рибне борошно. Крім того, дріжджові клітини містять мікроелементи й значну кількість жиру, у якому переважають ненасичені жирні кислоти. При згодовуванні кормових дріжджів коровам підвищуються удої й вміст жиру в молоці, а в хутрових звірів поліпшується якість хутра. Інтерес представляють і дріжджі, які володіють гідролітичними ферментами й здатні рости на полісахаридах без їхнього попереднього гідролізу. Використання таких дріжджів дозволить уникнути дорогої стадії гідролізу полісахаридвмісних відходів. Відомо більше 100 видів дріжджів, які добре ростуть на крохмалі як на єдиному джерелі вуглецю. Серед них особливо виділяються два види, які утворюють як глюкоамілази, так й β-амілази, ростуть на крохмалі з високим економічним коефіцієнтом і можуть не тільки асимілювати, але й зброджувати крохмаль: Schwanniomyces occidentalis й Saccharomycopsis fibuliger. Обидва види – перспективні продуценти білка й амілолітичних ферментів на крохмальвмісних відходах. Ведуться пошуки й таких дріжджів, які могли б розщеплювати нативну целюлозу. Целюлази виявлені в декількох видів, наприклад в Trichosporon pullulans, однак активність цих ферментів низька й про промислове використання таких дріжджів говорити поки не доводиться. Дріжджі з роду Kluyveromyces добре ростуть на інуліні – основній запасній речовині в бульбах топінамбура – важливої кормової культури, що також може бути використана для одержання дріжджового білка.

Останнім часом як продуцентів білка стали використовувати бактерії, які відрізняються високою швидкістю росту й містять у біомасі до 80% білка. Бактерії добре піддаються селекції, що дозволяє одержувати високопродуктивні штами. Їхніми недоліками є важка здатність до осадження, обумовлена малими розмірами клітин, значна чутливість до фагових інфекцій і високим вмістом у біомасі нуклеїнових кислот. Остання обставина несприятлива тільки в тому випадку, якщо передбачається харчове використання продукту. Знижувати вміст нуклеїнових кислот у біомасі, уживаної на корм твариною, немає необхідності, тому що сечова кислота і її солі, які утворюються при руйнуванні азотистих основ, перетворюються в організмі тварин на алантоїн, який легко виділяється із сечею. У людини надлишок солей сечової кислоти може сприяти розвитку ряду захворювань.

Наступну групу продуцентів білка становлять гриби. Вони привертають увагу дослідників завдяки здатності утилізувати найрізноманітнішу за складом органічну сировину: мелясу, молочну сироватку, сік рослин і коренеплодів, лігнін- і целюлозовмісні тверді відходи харчової, деревообробної, гідролізної промисловості. Грибний міцелій багатий білковими речовинами, які за вмістом незамінних амінокислот найближчі до білка сої. Разом з тим білок грибів багатий лізином, основною амінокислотою, якої бракує в білку зернових культур. Це дозволяє на основі зерна й грибної біомаси створювати збалансовані харчові й кормові суміші. Грибні білки мають досить високу біологічну цінність і добре засвоюються організмом.

Позитивним фактором є й волокниста будова вирощеної культури. Це дозволяє імітувати текстуру м'яса, а за допомогою різних добавок – його колір і запах. Зберігають грибний міцелій, як правило, в замороженому вигляді.

Як субстрат грибами використовуються глюкоза й інші поживні речовини, а загальним джерелом азоту служать амоніак й амонійні солі. Після завершення стадії ферментації культуру піддають термообробці для зменшення вмісту РНК, а потім відокремлюють міцелій методом вакуумного фільтрування.

Джерелами білкових речовин можуть служити й водорості. При фототрофному способі харчування й утворенні біомаси вони використовують вуглекислий газ атмосфери. Вирощують водорості, як правило, у поверхневому шарі ставків, де із площі 0,1 га можна одержати стільки ж білка, скільки з 14 га посівів квасолі. Білок водоростей придатний не тільки для кормових, але й харчових цілей.

Нарешті, гарними продуцентами білка є ряскові, які накопичують протеїну до 45% від сухої маси, а також до 45% вуглеводів. Однак, незважаючи на свої малі розміри, вони не належать до перерахованих вище виробників білка (мікроорганізмам), тому що не тільки є багатоклітинними організмами, але й відносяться до вищих рослин.