Производство белковых добавок реферат

Обновлено: 02.07.2024

Содержание

Введение 3
Аналитический обзор 12
2.1 Пищевая ценность колбасных изделий 12
2.2. Технология производства колбасных изделий 12
2.3. Пищевые добавки в производстве колбасных изделий 21
2.4 Использование белковых добавок при производстве колбасных
изделий 23
2.5 Применение свиных шкурок в производстве вареных колбас 28
3. Собственные исследования
3.1.Методика исследований 36
3.2. Результаты исследований 37
3.2.5.Расчет экономических показателей применения
4. Безопасность жизнедеятельности и охрана труда 40
5. Переработка продукции животноводства и окружающая среда 44
Выводы 46
Список литературы 47

Прикрепленные файлы: 1 файл

ВКР Использование свиных шкурок docx.docx

Соевые белковые препараты используют в виде изолята, концентрата и текстурата. Изолят содержит 90 % белка, концентрат – 70, текстурат из обезжиренной соевой муки — 54%. Соевые белковые препараты обладают эмульгирующими свойствами, повышают влагосвязывающую способность колбасного фарша. Однако они снижают вкусо-ароматические свойства готовых изделий, особенно при хранении.

Эти препараты входят в состав в основном вареных колбасных изделий, вырабатываемых по ТУ, заменяя до 30 % мяса.

Из белковых препаратов на молочной основе наиболее широко применяют казеинат натрия. Он, как и соевые белки, улучшает технологические свойства колбасного фарша и используется и производстве колбас, вырабатываемых по ТУ.

Животные белки - это натуральные продукты, производство которых основано на термических (обезжиривание, обезвоживание) и механических (измельчение) процессах. Вырабатывают животные белки из различного сырья: свиной шкурки, свиной жилки, говяжьей жилки, плазмы свиной или говяжьей крови, молочной сыворотки и так далее.

Пищевая ценность животных белков идентична ценности белков мяса, они имеют приблизительно такие же состав и сбалансированность аминокислот, особенно незаменимых. А молочные белки богаче незаменимыми аминокислотами, чем многие другие белки, они способствуют улучшению органолептических показателей пищевых продуктов, в составе которых используются.

Важным достоинством животных белков является их многоцелевое назначение, простота в использовании, сохранение своих свойств при длительном хранении, возможность обеспечить за счет их применения увеличение выхода готовой продукции и высокую рентабельность производства.

Благодаря химическому составу и функциональным свойствам, животные белки являются альтернативой соевым изолированным белкам и могут использоваться при производстве мясных продуктов с целью полноценной замены мяса, повышения пищевой и биологической ценности, улучшения органолептических свойств, усиления мясного вкуса и снижения себестоимости мясных продуктов.

Животные белки на основе молочной сыворотки обогащают мясные продукты полноценными белками (альбуминами и глобулинами), способствуют повышению вязкости и эмульгирующей способности, улучшают вкус и нежность готовых продуктов.

Применение животных белков из коллагенсодержащего сырья позволяет обогатить мясные продукты пищевыми волокнами, существенно улучшить реологические свойства пищевых продуктов, прежде всего консистенцию. Животные белки выполняют роль стабилизаторов, улучшают внешний вид продукции. Рекомендуемый уровень использования от 0,5 до 1,0 % при гидратации в соотношении 1:10 до 1:20 при внесении в сухом виде на нежирное сырье. Уровень гидратации животного белка увеличивается при использовании его в виде гель-формы.

Высокие функциональные свойства животных белков проявляются в их водоудерживающей способности.

Водоудерживающие свойства животных белков из коллагенсодержащего сырья, также как и соевых, резко возрастают при термической обработке выше температуры денатурации основных белковых компонентов. При тепловом воздействии на животные белки происходит "сворачивание" коллагена в результате нарушения водородных связей внутри пептидных цепей. Изменения их взаиморасположения в структуре тропоколлагена сопровождаются ее разрыхлением, повышением гидратации и увеличением доступности пептидных связей действию протеаз.

В случае приготовления белково-жировых эмульсий, а также эмульсий с использованием животных белков из коллагенсодержащего сырья, жира и свиной шкурки необходимо использовать горячую воду температурой 80-100 °С.

Функционально-технологические свойства животных белков (водоудерживающая, эмульгирующая способности, термостойкость и другие) позволяют использовать их с различным целевым назначением:

- вместо нежирного сырья в эмульгированных мясных продуктах;

- в сочетании с низкосортным мясным сырьем в целях улучшения структуры и функционально- технологических свойств мясных эмульсий, повышения биологической ценности готовой продукции;

- в сочетании с жиросодержащим сырьем (жиром-сырцом, шпиком и другим) для стабилизации функциональных и качественных характеристик мясного сырья;

- для улучшения плотности, консистенции, пластичности, сочности, внешнего вида, для предотвращения образования бульонно-жировых отеков и потерь при термообработке;

- для снижения затрат на производство и повышения выхода готовой продукции.

Способы применения животных белков практически не отличаются от традиционных способов изготовления мясных продуктов с добавлением растительных белков. В зависимости от производственных условий способы введения коллагенсодержащих животных белков могут быть следующими:

- в гидратированном виде;

- в виде гель-формы;

- в составе белково-жировой эмульсии;

- в виде заменителя шпика.

Белки животного происхождения используются при производстве эмульгированных и грубоизмельченных мясопродуктов:

- вареных колбас, сосисок, сарделек, мясных хлебов;

- полукопченых, варено-копченых колбас;

- цельномышечных продуктов из свинины, говядины и мяса птицы;

- рубленых полуфабрикатов, пельменей, фаршей;

По каким техническим условиям можно выработать вареные колбасные изделия без использования соевых белков?

Животный белок из коллагенового сырья используют в производстве рубленых полуфабрикатов. Он хороший структурообразователь, обладает высокой водопоглощающей способностью и при дальнейшей термической обработке сохраняет форму и объем продукта. Добавляется в сухом или предварительно гидратированном виде на начальной стадии обработки мясного сырья.

Кровь перед добавлением в рецептуру вареных колбас осветляют химическими методами или путем эмульгирования в присутствии жира, молочных или растительных белков. Используется также плазма крови соломенно-желтого цвета.

Для повышения влагосвязывающей способности фарша некоторых видов вареных и ливерных колбас, сосисок и сарделек используют крахмал или пшеничную муку — 2. 3% для колбас первого сорта и до 5 % для колбас второго сорта.

Посадочными ингредиентами являются поваренная соль, сахар, глюкоза, нитрит натрия, пищевые фосфаты, аскорбиновая кислота.

В сырье колбасных изделий добавляют пряности (перец черный, душистый, белый, мускатный орех, кардамон и др.) и пряные овощи (чеснок, лук и др.). В состав колбасных изделий более низких сортов входит кориандр.

2.5 Применение свиных шкурок в производстве вареных колбас

Вовлечение в производство вторичного сырья мясной промышленности способствует решению экологических задач, расширению ассортимента продуктов питания и улучшению их качества [1, 2]. Низкосортное, в том числе коллагенсодержащее, сырье содержит в значительных количествах ценный белок.

В последние годы в колбасном производстве используются также сухие белковые препараты, полученные из соединительной ткани (в основном из свиной шкурки). По внешнему виду они представляют собой порошок светлого цвета с серовато-желтоватым оттенком. Белковые препараты из свиной шкурки, свиных и говяжьих жилок, сухожилий (белковый стабилизатор) получают тонким двукратным измельчением сырого или вареного сырья. В рецептуру низкосортных вареных колбас входит 5. 10% белкового стабилизатора.

На мясокомбинатах и убойных пунктах животноводческих ферм в значительных количествах могут накапливаться ресурсы свиных шкур или их отходов. Известно, что свиная шкура составляет 9-13% мяса на костях [3]. Отходы переработки свиных шкур (лоскут и обрезки шкур) практически не находят применения для пищевых целей [4]. Однако имеются возможности использования этого некондиционного коллагенсодержащего сырья, например, для получения препаратов, обладающих высокими функционально-технологическими свойствами.

Анализ отечественных и зарубежных литературных источников, в том числе патентов, показал, что в настоящее время сложились разные направления использования коллагенсодержащего сырья и его отходов. Среди них можно выделить получение белково-жировых добавок, эмульсий; многофункциональных препаратов; структурированных продуктов (типа чипсов, экструдатов); желатина; выработку препаратов для парфюмерно-косметической промышленности, ветеринарии, зоотехнии, медицины; производство кожевенной продукции. В производстве мясных продуктов уже находят применение субпродукты (губы и пятачки, шкурка свиных голов, гортань с трахеей, печень, легкие, сердце) [5, 6]. Способы переработки субпродуктов основаны на максимальной реализации функционально-технологических свойств входящих в их состав компонентов.

Известен способ обработки дермы крупного рогатого скота (КРС) 10%-ным раствором щелочи в присутствии сульфата или хлорида натрия при 20°С и последующего растворения в 0,5-1,0 М уксусной кислоте для получения коллагеновой массы или продуктов растворения коллагена.

Коллаген при высокой степени измельчения хорошо гидролизуется; набухает в слабых растворах электролитов; обладает жиропоглощающей способностью; после термообработки образует глютин и желатозы с высокой влагосвязывающей и студнеобразующей способностями. С использованием этих свойств свиной шкурки были разработаны технологии новых мясных изделий: ветчины вареной ливерной, закусочных продуктов типа чипсов и др. (Жаринов А.И., 1997 г.).

Представляют интерес способы получения универсальных продуктов из коллагенсодержащего сырья, которые могут найти применение в производстве пищевой, фармацевтической и медицинской продукции. Так, с использованием способа получения коллагеновых дисперсий, основанного на щелочной и последующей кислотной обработке (патент 2059383 РФ), вырабатывают съедобные оболочки и покрытия для продуктов. Он обеспечивает также получение полифункциональных препаратов независимо от вида сырья (шкуры, сухожилия, хрящи), которые могут служить гелеобразующими добавками, стабилизаторами эмульсий, дисперсий, пен.

Способ получения белковой эмульсии из свиной шкуры для мясных рубленых продуктов (заявка 2166858 РФ) включает измельчение сырья, выдерживание в реакторе при постоянном перемешивании и температуре 45-50 °С в 3-5 %-ном растворе поваренной соли. Раствор и сырье берут соответственно в соотношении 5-1: 6-1,5. После отстаивания эмульсию отделяют. Эмульсия характеризуется высокой конверсией белков коллагеновой и эластиновой фракций.

Способ технологичен, имеет низкую себестоимость.

В технологии мясных продуктов используют свиную шкурку, получаемую при переработке свинины в колбасном производстве. Специфические свойства коллагена вызывают необходимость предварительной ее обработки для снижения прочностных характеристик и улучшения функционально-технологических свойств.

Известны различные физические и химические способы воздействия на коллагенсодержащее сырье. Часто используется его тонкое измельчение. Такой способ применяется при выработке эмульгированных мясных продуктов. Однако он энегрозатратен. В этом случае перспективна кислотная обработка, которая позволяет снизить прочность и ускорить разваривание коллагенсодержащего сырья в составе мясного продукта.

С учетом изложенного можно отметить, что отдельные виды коллагенсодержащего сырья, получаемые при убое скота на предприятиях малой производительности, используются в производстве. Однако при наличии достаточных количеств сырья можно рекомендовать такое направление его использования, как переработка соединительной ткани, включая субпродукты II категории, и крови в дисперсные системы

Разработан эффективный механический способ получения кормового препарата из коллагенсодержащего сырья (шкур и их обрезков) с помощью экструдера, оснащенного двойным винтовым шнеком со множеством зон нагрева и сменными фильерами (патент 5637237 США). Этот способ предусматривает возможность введения различных добавок (ароматизаторов, красителей) в готовый препарат.

Теория сбалансированного питания предполагает поступление в организм человека с пищей всех жизненно необходимых нутриентов в оптимальном соотношении. Отметим важность исследований, направленных на использование в производстве продуктов питания сырья, являющегося источником балластных белковых веществ животного происхождения.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

СОДЕРЖАНИЕ

1.Белок одноклеточных организмов

1.1.Получение микробного белка на низших спиртах

1.2. Получение белковых веществ на углеводном сырье

2.Грибной белок (микопротеин)

ВВЕДЕНИЕ

Микроорганизмы начали использовать в производстве белковых продуктов задолго до возникновения микробиологии. Достаточно упомянуть всевозможные разновидности сыра, а также продукты, получаемые путем ферментации соевых бобов. И в первом, и во втором случае питательной основой является белок. При выработке этих продуктов при участии микробов происходит глубокое изменение свойств белоксодержащего сырья. В результате получают пищевые продукты, которые можно дольше хранить (сыр) или удобнее потреблять (соевый творог). Микробы играют роль в производстве некоторых мясных продуктов, предназначенных для хранения. Так, при изготовлении некоторых сортов колбасы используется кислотное брожение, обычно при участии комплекса молочнокислых бактерий. Образовавшаяся кислота способствует сохранности продукта и вносит вклад в формирование его особого вкуса.

Этим, пожалуй, и ограничивается использование микроорганизмов в переработке белков. Возможности современной биотехнологии в этих производствах невелики, за исключением сыроделия. Другое дело – выращивание и сбор микробной массы, перерабатываемой в пищевые продукты: здесь биотехнология может проявить себя во всей полноте.

1.Белок одноклеточных организмов

По многим важным показателям биомасса микроорганизмов может обладать весьма высокой питательной ценностью. В немалой степени эта ценность определяется белками: у большинства видов они составляют значительную долю сухой массы клеток. На протяжении десятилетий активно обсуждаются и исследуются перспективы увеличения доли белка микроорганизмов в общем балансе производимого во всем мире белка.

Производство такого белка связано с крупномасштабным выращиванием определенных микроорганизмов, которые собирают и перерабатывают в пищевые продукты. Чтобы осуществить возможно более полное превращение субстрата в биомассу микробов, требуется многосторонний подход. Выращивание микробов в пищевых целях представляет интерес по двум причинам. Во-первых, они растут гораздо быстрее, чем растения и животные: время удвоения их численности измеряется часами. Это сокращает сроки, нужные для производства определенного количества пищи. Во-вторых, в зависимости от выращиваемых микроорганизмов в качестве субстратов могут использоваться разнообразные виды сырья. Что касается субстратов, то здесь можно идти по двум главным направлениям: перерабатывать низкокачественные бросовые продукты или ориентироваться на легкодоступные углеводы и получать за их счет микробную биомассу, содержащую высококачественный белок.

1.1.Получение микробного белка на низших спиртах

Культивирование на метаноле. Основное преимущество этого субстрата – высокая чистота и отсутствие канцерогенных примесей, хорошая растворимость в воде, высокая летучесть, позволяющая легко удалять его остатки из готового продукта. Биомасса, полученная на метаноле, не содержит нежелательных примесей, что дает возможность исключить из технологической схемы стадии очистки.

Однако, необходимо учитывать при проведении процесса и такие особенности метанола, как горючесть и возможность образования взрывоопасных смесей с воздухом.

В качестве продуцентов, использующих метанол в конструктивном обмене, были изучены как дрожжевые, так и бактериальные штаммы. У дрожжей были рекомендованы в производство Candida boidinii, Hansenula polymorpha и Piehia pastoris, оптимальные условия для которых (t=34-37C, рН=4,2-4,6) позволяют проводить процесс с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,40 при скорости протока в интервале 0,12-0,16 ч-1. Среди бактериальных культур применяется Methylomonas clara, Pseudomonas rosea и др, способные развиваться при t=32-34C, рН=6,0-6,4 с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,55 при скорости протока до 0,5 ч-1.

Особенности процесса культивирования во многом обусловлены применяемым штаммом-продуцентом (дрожжи или бактерии) и условиями асептики. Ряд зарубежных фирм предлагает использовать дрожжевые штаммы и проводить выращивание в отсутствии строгой асептики. В этом случае технологический процесс протекает в ферментёре эжекционного типа производительностью 75 т АСВ в сутки, а удельный расход метанола составляет 2,5 т/т АСВ.

В ряде стран в качестве продуцентов применяются бактериальные штаммы, процесс проводится в асептических условиях в ферментерах эрлифитного или струйного типов производительностью 100-300 т/сут и расходом метанола до 2,3 т/т АСВ. Ферментация осуществляется одностадийно при невысоких концентрациях спирта (до 12 г/л) с высокой степенью утилизации метанола.

Наиболее перспективным по своей конструкции является струйный ферментёр Института технической химии АН ГДР. Ферментёр объемом 1000 м3 состоит из секций, расположенных одна над другой и соединенных между собой шахтными переливами. Ферментационная среда из нижней секции ферментёра по напорному трубопроводу подается центробежными циркуляционными насосами в верхние шахтные переливы, через которые проходит в низлежащую секцию, подсасывая при этом воздух из газовода. Таким образом, среда протекает из секции в секцию, постоянно подсасывая новые порции воздуха. Падающие струи в шахтных переливах обеспечивают интенсивное аэрирование среды.

Питательная среда непрерывно подается в зону верхних шахтных переливов, а микробная суспензия отводится из выносных контуров. На стадии выделения для всех видов продуцентов предусмотрено отделение грануляции с целью получения готового продукта в гранулах.

Кроме метанола, в качестве высококачественного сырья используют этанол, который имеет малую токсичность, хорошую растворимость в воде, небольшое количество примесей.

В качестве микроорганизмов – продуцентов белка на этиловом спирте как единственном источнике углерода могут использоваться дрожжи (Candida utilis, Sacharomyces lambica, Hansenula anomala, Acinetobacter calcoaceticus). Процесс культивирования проводят одностадийно в ферментерах с высокими массообменными характеристиками при концентрации этанола не более 15 г/л.

1.2. Получение белковых веществ на углеводном сырье

Исторически одним из первых субстратов, используемых для получения кормовой биомассы, были гидролизаты растительных отходов, предгидрализаты и сульфитный щелок – отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Интерес к углеводному сырью как основному возобновляемому источнику углерода значительно возрос еще и с экологической точки зрения, так как оно может служить основой для создания безотходной технологии переработки растительных продуктов.

В связи с тем, что гидролизаты представляют собой сложный субстрат, состоящий из смеси гексоз и пентоз, среди промышленных штаммов- продуцентов получили распространение виды дрожжей C.utilis, C.scottii и C.tropicalis, способные наряду с гексозами усваивать пентозы, а также переносить наличие фурфурола в среде.

Состав питательной среды в случае культивирования на углеводородном сырье значительно отличается от применяемого при выращивании микроорганизмов на углеводородном субстрате. В гидролизатах и сульфитных щелоках имеются в небольшом количестве практически все необходимые для роста дрожжей микроэлементы. Недостающие количества азота, фосфора и калия вводятся в виде общего раствора солей аммофоса, хлорида калия и сульфата аммония.

Ферментация осуществляется в эрлифтных аппаратах конструкции Лефрансуа-Марийе объемом 320 и 600 м3. Процесс культивирования дрожжей осуществляется в непрерывном режиме при рН 4,2-4,6. Оптимальная температура от 30 до 40С.

Кормовые дрожжи, полученные при культивировании на гидролизатах растительного сырья и сульфитных щелоках, имеют следующий состав (%): белок 43-58; липиды 2,3-3,0; углеводы 11-23; зола – до 11; влажность – не более 10.

Одним из перспективных субстратов в производстве кормовой биомассы являются гидролизаты торфа, имеющие в своем составе большое количество легкоусвояемых моносахаров и органических кислот. Дополнительно в состав питательной среды вводятся лишь небольшие количества суперфосфата и хлорида калия. Источником азота служит аммиачная вода. По качеству кормовая биомасса, полученная на гидролизатах торфа, превосходит дрожжи, выращенные на отходах растительного сырья.

2.Грибной белок (микопротеин)

Микопротеин – это пищевой продукт, состоящий в основном из мицелия гриба. При его производстве используется штамм Fusarium graminearum, выделенный из почвы. Микопротеин производят сегодня на опытной установке методом непрерывного выращивания. В качестве субстрата используется глюкоза и другие питательные вещества, а источниками азота служат аммиак и аммонийные соли. После завершения стадии ферментации культуру подвергают термообработке для уменьшения содержания рибонуклеиновой кислоты, а затем отделяют мицелий методом вакуумного фильтрования.

Если сопоставить производство микопротеина с процессом синтеза белков животных, то выявится ряд его преимуществ. Помимо того, что здесь выше скорость роста, превращение субстрата в белок происходит несравненно эффективнее, чем при усвоении пищи домашними животными. Это отражено в таблице 1.

Нелишне напомнить, что корма для животных должны содержать некоторое количество белка, до 15-20% в зависимости от вида животных и способа их содержания. Положительным фактором является и волокнистое строение выращенной культуры; текстура массы мицелия близка к таковой у естественных продуктов, поэтому у продукта может быть имитирована текстура мяса, а за счет добавок – его вкус и цвет. Плотность продукта зависит от длины гиф выращенного гриба, которая определяется скоростью роста.

После проведения всесторонних исследований питательной ценности и безвредности микопротеина министерство сельского хозяйства, рыболовства и пищевых продуктов дало разрешение на его продажу в Англии. Содержание питательных веществ в нем указано в таблице

ЛИТЕРАТУРА

3. Воробьева А.И. Промышленная микробиология. Изд. Московского университета, 1989 г.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Биотехнология производства кормовых добавок

Актуальность темы исследования. Последние два десятилетия характеризуются выдающимися достижениями биотехнологии, являющейся междисциплинарной областью знаний, базирующейся на микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, биоорганической химии, биофизике, вирусологии, иммунологии, генетике, инженерных науках и электронике.

Развитие биотехнологии позволяет существенно интенсифицировать производство, повышать эффективность использования природных ресурсов, решать экологические проблемы, создавать новые источники энергии.

Возможности биотехнологии при международном сотрудничестве специалистов могут быть направлены на решение мировых кризисных проблем, связанных с восполнением дефицита белка и энергии, предотвращением опасных заболеваний, охраной окружающей среды.

Одна из особенностей биотехнологии состоит в том, что он использует технологии производства продуктов на ранних этапах развития микробиологического синтеза.

Выявлены существенные потенциальные возможности для усовершенствования традиционных технологий и расширения сфер приложения получаемы продуктов. Например, методом генетической инженерии созданы уникальные штаммы микроорганизмов для сыроварения.

Разработка биотехнологических процессов связана с большими капиталовложениями. Внедрение новейших биотехнологий особенно перспективно в тех случаях, когда продукт не может быт получен другими способами или может быть получен в недостаточных количествах, по более высокой цене. Исследования в этом направлении в основном сосредоточены на производстве фармакологических препаратов, диагностикумов.

Иммунная биотехнология, с помощью которой распознают, выделяют из смесей одиночные клетки, может применяться не только непосредственно в медицине для диагностики и лечения, но и в научных исследованиях, в фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности, а также использоваться для получения препаратов, синтезируемых клетками защитной системы организма.

Цель исследования – изучение биотехнологии производства кормовых добавок.

Достижение поставленной цели осуществлялось путем постановки и решения логически взаимосвязанных задач, последовательно раскрывающих тему курсовой работы.

1. Рассмотреть биотехнологические процессы в пищевой промышленности;

2. Изучить биотехнологические процессы производства кормовых добавок.

Объектом курсовой работы являются кормовые добавки.

Предметом исследования являются биотехнологические методы производства кормовых добавок, а именно белков, пробиотиков, антибиотиков и витаминов.

Курсовая работа состоит из введения, основной части, разделенной на главы и параграфы, заключения и списка литературы.

1.1. Производство кормового белка

В соответствии с нормами питания человек должен ежедневно получать с пищей 60 — 120 г полноценного белка; в рационе сельскохозяйственных животных на каждую кормовую единицу нужно не менее 110 г полноценного белка. Для поддержания жизненных функций организма, построения клеток и тканей необходим постоянный синтез различных белковых соединений. Если растения и большинство микроорганизмов способны синтезировать все белковые аминокислоты из углекислоты, воды, аммиака и минеральных солей, то человек и животные не могут синтезировать некоторые аминокислоты (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин), которые называют незаменимыми [2, c . 67].

Содержание незаменимых аминокислот в белках некоторых микроорганизмов (в граммах на 100 г белка)

Эти аминокислоты должны поступать в организм в готовом виде с пищей; их отсутствие вызывает тяжелые заболевания человека и снижение продуктивности сельскохозяйственных животных.

Для человека главные источники незаменимых аминокислот — белки животного и растительного происхождения, входящие в состав пищи, а для животных — в основном растительные белки. Все незаменимые аминокислоты должны содержаться в белках пиши в определенных соотношениях, отвечающих потребностям данного организма.

Если содержание белков в растительном корме ниже нормы, то во избежание перерасхода кормов и повышения себестоимости животноводческой продукции количество белка в корме компенсируют введением белковых добавок в виде препаратов незаменимых аминокислот либо белковой массы с более высоким содержанием ряда аминокислот по сравнению с эталоном.

Незаменимые аминокислоты наиболее сбалансированы в белках семян сои.

Относительно высокую биологическую ценность имеют также белки зерна риса и гороха. В белках зерна пшеницы и ячменя очень мало лизина, метионина и изолейцина, а в белках кукурузы еще и триптофана. Для балансирования кормов (в которых основной компонент — зерно злаковых культур) по белку и незаменимым аминокислотам применяют концентрированные белковые добавки — комбикорма. Для их приготовления используют мясокостную и рыбную муку, отходы мясной и молочной промышленности, жмыхи масличных растений, отруби, шроты зернобобовых культур [19, c . 44].

Особый интерес представляет использование микроорганизмов в качестве источника белка и витаминов при производстве пищевых продуктов. Перспектива и экономическая целесообразность употребления микроорганизмов в технологии производства пищевых продуктов диктуются рядом факторов:

1) возможностью использования самых разнообразных химических соединений, в том числе отходов производства, для культивирования микроорганизмов;

2) высокой интенсивностью синтеза белков;

3) относительно несложной технологией культивирования микроорганизмов, которое можно осуществлять круглосуточно и во все сезоны года;

4) относительно высоким содержанием белка и витаминов, а также углеводов, липидов и препаратов на основе микробов;

5) повышенным содержанием незаменимых аминокислот по сравнению с растительными белками (табл. 1);

6) возможностью направленного генетического влияния на химический состав микроорганизмов в целях совершенствования белковой и витаминной ценности продукта [7, c . 77].

Рис. 1. Перспективные направления биотехнологии в снабжении человечества продовольствием

Использование белка микробного происхождения для изготовления пищевых продуктов позволяет экономить высокоценные животные и растительные белки, а также повышать биологическую ценность готового продукта [8, c . 111].

Для промышленного производства пищевых продуктов и их использования на основе микроорганизмов необходимы тщательные медико-биологические исследования. Пищевые продукты, получаемые с добавлением микробных препаратов, должны пройти всестороннюю проверку для выявления канцерогенного, мутагенного, эмбриотропного действия на организм человека и животных. Токсикологические исследования, усвояемость продуктов микробного синтеза — основные критерии целесообразности технологии их производства.

В качестве источников кормового белка чаще используют различные виды дрожжей и бактерий, микроскопические грибы, одноклеточные водоросли, белковые коагуляты травянистых растений.

1.2. Использование дрожжей и бактерий

Дрожжевые клетки в качестве источника углерода для роста способны использовать неразветвленные углеводороды с числом от 10 до 30 углеродных атомов в молекуле. В основном они представлены жидкими фракциями углеводородов нефти с температурой кипения 200 — 320 °С. Эти фракции углеводородов нефти могут быть получены низкотемпературной кристаллизацией, карбомидной депарафинизацией и адсорбцией на молекулярных ситах (цеолитах). В России первый завод по производству кормовых дрожжей из жидких парафинов нефти вступил в действие в 1971 г. В нашей стране и других странах СНГ из н-парафинов нефти производят большое количество кормовых дрожжей (свыше 1 млн т). При выращивании дрожжей на н-парафинах нефти в приготовленную из них питательную среду добавляют макро- и микроэлементы, необходимые витамины и аминокислоты. Высушенная дрожжевая масса гранулируется и используется как белково-витаминный концентрат (БВК), содержащий до 50 — 60% белковых веществ, для кормления сельскохозяйственных животных [6, c . 88].

Хорошим субстратом для выращивания кормовых дрожжей является молочная сыворотка — производственный отход при переработке молока. В 1 т молочной сыворотки содержится около 10 кг белка и 50 кг лактозы. Разработана эффективная технология выделения из молочной сыворотки белков методом ультрафильтрации низкомолекулярных веществ через мембраны. Эти белки используют для приготовления сухого обезжиренного молока. Жидкие отходы, остающиеся после отделения белков (пермеат), могут быть переработаны путем культивирования дрожжей в обогащенные белками кормовые продукты.

В качестве источников углерода дрожжевые клетки могут использовать и низшие спирты — метанол и этанол, получаемые в биотехнологии из природного газа или растительных отходов. Дрожжевая масса, полученная после культивирования дрожжей на спиртах, содержит больше белков (56 - 62 % от сухой массы) и меньше вредных примесей, чем кормовые дрожжи, выращенные на н-парафинах нефти, такие, как производные бензола, D-аминокислоты, аномальные липиды, токсины и канцерогенные вещества. Кроме того, кормовые дрожжи имеют повышенное содержание нуклеиновых кислот - 3 - 6% от сухой массы, которые в этой концентрации вредно воздействуют на организм животных. В результате их гидролиза образуется много пуриновых оснований, превращающихся затем в мочевую кислоту и ее соли, которые могут быть причиной мочекаменной болезни, остеохондроза и других заболеваний.

Тем не менее, кормовые дрожжи хорошо усваиваются и перевариваются в организме животных, а по содержанию таких аминокислот, как лизин, треонин, валин и лейцин, значительно превышают многие растительные белки. Вместе с тем белки дрожжей частично не сбалансированы по метионину, в них мало цистеина и селенцистеина.

Оптимальная норма добавления Дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных животных обычно составляет не более 5 -10% от сухого вещества.

Наряду с технологией использования дрожжевых белков в качестве кормовой добавки в рационы сельскохозяйственных животных разработаны технологии получения из них пищевых белков. В некоторых странах пивные и пищевые дрожжи (Saccharomyces cerevisiae, Candida arborea, С. utilis) широко используют в качестве белковых добавок к различным пищевым продуктам. Дрожжевой белок позволяет повысить питательную и витаминную ценность пищевых продуктов, улучшить их вкус и аромат. К примеру, разработана рецептура приготовления сосисок из мяса индейки с добавлением 25% белка, дрожжевого хлеба и лапши с частичной заменой муки - до 5% (США). В результате ферментации дрожжевыми клетками глюкозы, получаемой из кукурузного крахмала, синтезирован белковый продукт мукопротеин, используемый при производстве колбас в качестве замены основного сырья (Великобритания) [12, c . 122].

Очень полезными продуктами являются ацидофильно-дрожжевое молоко и творог, сделанный из него. Технология получения творога включает следующие этапы. В цельное молоко с 2% сахара вносят 3% суточной культуры дрожжей и выдерживают 14-17 ч при температуре 32-33°С. Полученную закваску добавляют в молоко и выдерживают до свертывания при температуре 33°С еще 5-6 ч. Такой творог богат витаминами В₁ В₂, С и др.

Представители 14 видов дрожжей рода Candida утилизируют молочную сыворотку для получения биомассы, богатой витаминами и белком. Способность некоторых видов дрожжей (Rhodotorula glutimis) продуцировать каротиноиды нашла применение в производстве пищевых красителей.

Колбасные изделия с добавлением микропротеина рекомендованы больным, страдающим диабетом и другими хроническими заболеваниями.

Важный резерв пищевого белка и витаминов - остаточные пивные дрожжи Saccharomyces carlsbergensis. Организм человека усваивает свыше 90% всех питательных веществ, содержащихся в них. В составе этих дрожжей обнаружено около 14 витаминов, причем на долю витамина В, приходится 10 мг%, витамина В₂ - 3 мг% они характеризуются хорошей сбалансированностью незаменимых аминокислот, белка (не менее 48%).

Сначала разрушают стенки дрожжевых клеток путем механической, щелочной, кислотной или ферментативной обработки с последующей экстракцией гомогенной дрожжевой массы подходящим органическим растворителем. После такой очистки от органических и минеральных примесей дрожжевой продукт обрабатывают щелочным раствором для растворения белков. Далее белковый раствор, отделенный центрифугированием от оставшейся массы дрожжей, подвергают диализу. Очищенные от низкомолекулярных примесей белки осаждают, высушивают и используют в качестве белковых добавок в различные пищевые продукты: сосиски, паштеты, мясные и кондитерские начинки.

Белки дрожжей применяют также при получении искусственного мяса. Для этого их нагревают с последующим быстрым охлаждением или продавливанием белковой пасты через отверстия малого диаметра. В белковую пасту добавляют полисахариды и другие компоненты.

Известно более 30 видов бактерий, которые могут быть применены в качестве источников полноценного кормового белка. Бактериальные белковые концентраты с содержанием сырого белка 60 - 80% (от сухой массы) - ценные препараты в кормопроизводстве. Следует отметить, что бактерии значительно быстрее, чем дрожжевые клетки, наращивают биомассу и, кроме того, белки бактерий содержат больше цистеина и метионина, что позволяет отнести их в разряд белков с высокой биологической ценностью. Источником углерода при культивировании бактерий могут служить природный и попутный газы, водород, а также спирты - метанол, этанол, пропанол. Чаще всего на газовых питательных средах выращивают бактерии рода Methylococcus, способные утилизировать до 85 - 90% метана в специальных ферментерах. Однако производство кормового белка из газообразных продуктов довольно сложно и дорогостояще. Более широко применяется технология выращивания бактерий на метаноле, который легко получают путем окисления метана [4, c . 108].

К числу бактерий с высокой интенсивностью синтеза белков следует отнести и водородокисляющие бактерии, способные накапливать в клетках до 80% сырого белка (в расчете на сухую массу). Для их культивирования в составе газовой среды обычно содержится 70-80% водорода, 20-30% кислорода и 3-5% СО₂.

Производство кормового белка на основе использования водородокисляющих бактерий может быть организовано вблизи химических предприятий.

Кормовой белок бактериального происхождения добавляют в комбикорма в количестве 2,5-7,5% от белка рациона сельскохозяйственных животных, а при кормлении взрослых свиней — до 15%.

1.3. Использование водорослей и микроскопических грибов

Для получения кормового белка используют одноклеточные водоросли Chlorella и Scenedesmus, синезеленые водоросли из рода

Spirulina, способные синтезировать белки из диоксида углерода, воды и минеральных веществ за счет энергии солнечного света. Водоросли для своего развития нуждаются в определенных режимах освещения и температуры и в больших объемах воды. Обычно их выращивают в естественных условиях южных регионов в бассейнах открытого типа. Водоросли хлорелла и сценедесмус нуждаются в нейтральной среде, их клетки имеют довольно плотную целлюлозную стенку, вследствие чего они хуже перевариваются в организме животных, чем спирулина, которую выращивают в щелочных озерах (рН 10-11) [1, c . 118].

При выращивании водорослей в культиваторах открытого типа с 1 га водной поверхности можно получать до 70 т сухой биомассы в год, что превышает выход биомассы при возделывании пшеницы, риса, сои, кукурузы.

Содержание белков в клетках Clorella и Scenedesmus составляет около 55% (в расчете на сухую массу), а в клетках Spirulina - 65%.

Белки водорослей хорошо сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот, за исключением метионина. В клетках водорослей, кроме того, синтезируется довольно много полиненасыщенных жирных кислот и (3-каротина (до 150 мг%).

В связи с тем, что биомасса Spirulina характеризуется высоким содержанием белков (до 70% сухой массы), хорошо сбалансированных по аминокислотному составу, ее используют для приготовления продуктов питания и кондитерских изделий. Добавление этой водоросли в корм тутового шелкопряда (листья шелковицы) значительно увеличивает выход шелка и его качество [3, c . 84-86].

В биомассе многих микроскопических грибов хорошо сбалансированы по аминокислотному составу белки; они включают также витамины и липиды. По своим питательным свойствам белки грибов приближаются к белкам сои и мяса, что позволяет использовать их не только для приготовления кормовых концентратов, но и как добавку в пищу человека.

Источником углерода для промышленного выращивания микроскопических грибов служат растительные отходы, содержащие клетчатку, гемицеллюлозы, лигнин, а также торф и навоз. Образцы колбас, выработанные с применением микроскопических грибов, характеризуются высокой степенью перевариваемости белковых веществ in vitro за счет активных пепсина и трипсина. Обычно микробная биомасса добавляется в изделия из рубленого мяса в количестве 5-15%.

Такой гриб, как Penicillium roqueforti, широко используется при производстве сыров, в частности сыра рокфор; он применяется свыше 100 лет. В Великобритании создан пищевой продукт, основным компонентом которого является белок грибного происхождения (Ftisarium graminearum) — микопротеин на дешевом глюкозном сиропе, полученном путем гидролиза пшеничного или кукурузного крахмала. Микопротеин — это аналог мяса, но по сравнению с белками животного происхождения лучшего качества по содержанию белка (44%), минеральных веществ, витаминов и липидов.

Хорошая перевариваемость грибной белковой массы в организме животных, а также низкий уровень содержания нуклеиновых кислот позволяют использовать ее в качестве кормовой добавки в большей концентрации, чем кормовые дрожжи. При кормлении взрослых животных возможна замена в корме 50% растительного белка на грибной [24, c . 109].

В зависимости от способа подготовки растительного сырья для культивирования микроскопических грибов применяют и соответствующие технологии их выращивания.

Более высокий коэффициент использования сырья достигается при выращивании грибов на гидролизатах растительных отходов и жидких отходах деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности по сравнению с их культивированием на твердой питательной среде.

Содержание белков в грибной массе при использовании метода глубинного культивирования составляет 50-60% от сухой массы. Для более полного использования сырья практикуется совместное культивирование грибов и бактерий.

2.1. Биотехнология получения аминокислот и витаминов

Введение синтетических незаменимых аминокислот в кормовые концентраты позволяет балансировать корма сельскохозяйственных животных по уровню белка. При добавлении 2 —4 дефицитных аминокислот к 1 т комбикорма общий расход кормов уменьшается на 15-20%, выход продукции увеличивается на 20%. Добавление к кормам аминокислот способствует переводу животноводства на промышленную основу. Данные о потребности некоторых сельскохозяйственных животных в незаменимых аминокислотах приведены в табл. 2 [23, c . 302].

Потребность ряда сельскохозяйственных животных в незаменимых аминокислотах (% к сырому протеину)

1.1.Получение микробного белка на низших спиртах

В качестве продуцентов, использующих метанол в конструктивном обмене, были изучены как дрожжевые, так и бактериальные штаммы. У дрожжей были рекомендованы в производство Candida boidinii, Hansenula polymorpha и Piehia pastoris, оптимальные условия для которых (t=34-37 ° C, рН=4,2-4,6) позволяют проводить процесс с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,40 при скорости протока в интервале 0,12-0,16 ч -1 . Среди бактериальных культур применяется Methylomonas clara, Pseudomonas rosea и др, способные развиваться при t=32-34 ° C, рН=6,0-6,4 с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,55 при скорости протока до 0,5 ч -1 .

Наиболее перспективным по своей конструкции является струйный ферментёр Института технической химии АН ГДР. Ферментёр объемом 1000м 3 состоит из секций, расположенных одна над другой и соединенных между собой шахтными переливами. Ферментационная среда из нижней секции ферментёра по напорному трубопроводу подается центробежными циркуляционными насосами в верхние шахтные переливы, через которые проходит в низлежащую секцию, подсасывая при этом воздух из газовода. Таким образом, среда протекает из секции в секцию, постоянно подсасывая новые порции воздуха. Падающие струи в шахтных переливах обеспечивают интенсивное аэрирование среды.

1.2. Получение белковых веществ на углеводном сырье

Ферментация осуществляется в эрлифтных аппаратах конструкции Лефрансуа-Марийе объемом 320 и 600 м 3 . Процесс культивирования дрожжей осуществляется в непрерывном режиме при рН 4,2-4,6. Оптимальная температура от 30 до 40 ° С.

Таблица 1. Эффективность конверсии при образовании белка для различных животных и Fusarium graminearum.

Исходный продукт	Продукция
Исходный продукт	Белок, г	Общая, г
Корова	1 кг корма	14	68 говядины
Свинья	1 кг корма	41	200 свинины
Курица	1 кг корма	49	240 мяса
Fusarium graminearum	1 кг углеводов + неорганический азот	136	1080 клеточной массы

Таблица 2. Средний состав микопротеина и сравнение его с составом говядины.

Компоненты	Состав, % (на сухой вес)
Компоненты	микопротеин	бифштекс
Белки	47	68
Жиры	14	30
Пищевые волокна	25	Следы
Углеводы	10	0
Зола	3	2
РНК	1	Следы

3. Воробьева А.И. Промышленная микробиология. Изд. Московского университета, 1989 г.

Читайте также: