Использование продуктов микробного синтеза в сельском хозяйстве

Значение незаменимых аминокислот

Аминокислоты - строительные элементы, из которых состоят все белки организма. Организм использует их для собственного роста, восстановления. Выделяют 20 «основных» аминокислот. Их делят на два класса: заменимые и незаменимые.

Наибольшее значение представляют незаменимые аминокислоты, которые не могут синтезироваться в организме и поступают только извне – с продуктами питания. Поступающий белок считается полноценным, если в нем присутствуют все незаменимые аминокислоты в сбалансированном состоянии.

Гистидин играет важную роль в образовании гемоглобина крови. Его недостаток приводит к снижению уровня гемоглобина в крови.

Валин – При недостаточном поступлении у лабораторных животных отмечаются расстройства координации движений, гиперестезия.

Изолейцин наряду с лейцином входит в состав всех белков организма. Отсутствие изолейцина в пище приводит к отрицательному азотистому балансу, к замедлению процессов роста и развития.

Лизин. Недостаток в пище лизина приводит к нарушению кровообращения, снижению количества эритроцитов и уменьшению в них гемоглобина. Происходит также ряд изменений в печени и легких.

Метионин основной донатор метильных групп, которые используются организмом для синтеза холина (витамина группы В). Относится к липотропным веществам. Оказывает влияние на обмен жиров, играет важную роль в профилактике и лечении атеросклероза.

Триптофан, так же как и треонин, – фактор роста и поддержания азотистого равновесия. Участвует в образовании сывороточных белков и гемоглобина. Триптофан необходим для синтеза никотиновой кислоты.

Фенилаланин связан с функцией щитовидной железы и надпочечников. Он дает ядро для синтеза тироксина – основной аминокислоты, образующей белок щитовидной железы.

Продуценты белков и аминокислот

Продуценты белка

Производство микробной биомассы - самое крупное микробиологическое производство. Микробная биомасса может быть хорошей белковой добавкой для домашних животных, птиц и рыб.

В современных биотехнологических процессах, основанных на использовании микроорганизмов, продуцентами белка служат дрожжи, другие грибы, бактерии и микроскопические водоросли.

С технологической точки зрения наилучшими из них являются дрожжи. Их преимущество заключается, прежде всего, в "технологичности": дрожжи легко выращивать в условиях производства. Они характеризуются высокой скоростью роста, устойчивостью к посторонней микрофлоре, способны усваивать любые источники питания, легко отделяются, не загрязняют воздух спорами. Клетки дрожжей содержат до 25% сухих веществ. Наиболее ценный компонент дрожжевой биомассы - белок, который по составу аминокислот превосходит белок зерна злаковых культур и лишь немного уступает белкам молока и рыбной муки. По содержанию витаминов дрожжи превосходят все белковые корма, в том числе и рыбную муку. При скармливании кормовых дрожжей коровам повышаются удои и содержание жира в молоке, а у пушных зверей улучшается качество меха.

Следующую группу продуцентов белка составляют грибы. Они способны утилизировать самое разнообразное по составу органическое сырье: мелассу, молочную сыворотку, сок растений и корнеплодов, лигнин- и целлюлозосодержащие твердые отходы пищевой, деревообрабатывающей, гидролизной промышленности. Грибные белки имеют достаточно высокую биологическую ценность и хорошо усваиваются организмом.

Источниками белковых веществ могут служить и водоросли. Белок водорослей пригоден не только для кормовых, но и пищевых целей.

Продуценты аминокислот

Микробиологический метод получения аминокислот, наиболее распространенный в настоящее время, основан на способности микроорганизмов синтезировать все L-аминокислоты, а в определенных условиях – обеспечивать их сверхсинтез.

Среди продуцентов аминокислот – различные микроорганизмы, представители родов Corynebacterium, Brevibacterium, Bacillus, Aerobacter, Microbacterium, Eschirichia. В качестве источника углерода и энергии используют богатые сахаросодержащие субстраты, главным образом, мелассу. Возможно также привлечение более доступных субстратов (ацетат, сульфитный щелок, углеводороды).

Используемые в промышленности микроорганизмы можно подразделить на несколько классов: дикие штаммы, ауксотрофные мутанты, регуляторные мутанты и ауксотрофные регуляторные мутанты.

 

Использование продуктов микробного синтеза в сельском хозяйстве

Корма, содержащие недостаточно протеина, незаменимых аминокислот и витаминов, неэффективны и невыгодны. Расход их для получения той или иной животноводческой продукции повышается в несколько раз.

В существующих кормовых рационах далеко не всегда имеется достаточно белка, необходимых аминокислот и витаминов. Поэтому ставится вопрос о дальнейшем введении их в корм в виде тех или иных препаратов, в частности, полученных с помощью микроорганизмов.  

Научные основы получения кормового белка на углеводородах сейчас изучены достаточно хорошо. Организовано крупномасштабное получение кормового белка. Готовая продукция представляет собой массу, имеющую лишь 7—10% влаги — белково-витаминный концентрат (БВК).

Изучение состава БВК показало, что он не уступает кормовым продуктам животного происхождения. БВК имеет все незаменимые аминокислоты, в тех же количествах, что и традиционные кормовые добавки. Лишь по содержанию метионина он несколько уступает рыбной муке. БВК богат витаминами и по ряду показателей превосходит рыбную муку и соевый шрот. Испытания показали полную безвредность и биологическую ценность БВК для животных. В частности, этот препарат может заменить молоко при выпойке телят.

В настоящее время  проведена успешная разработка методов получения кормового белка из различных отходов. Некоторые из них могут быть использованы для промышленного получения белка, другие — в хозяйственных условиях.

На молочной сыворотке с успехом размножается базидиальный съедобный гриб Panus tigrinus (пилолистник тигровый). Выращенный и измельченный мицелий этого гриба имеет около 45% сырого белка, который близок по составу к животным белкам.

Институт микробиологии и вирусологии рекомендует, как белковую добавку к бедным кормам давать кормовые дрожжи Candida, выращенные на разваренной зерновой дерти, муке или других субстратах. Перед использованием дрожжевую массу прогревают в целях разрушения дрожжевых клеток, что повышает их усвояемость.

Многие микроорганизмы могут быть использованы для получения незаменимых кормовых аминокислот и витаминов. С помощью сбалансированного питания можно в ряде случаев упростить и удешевить набор ингредиентов, входящих в комбикорм. Например, обогащение кормов витамином В12 заменяет дефицитный и дорогой животный белок растительным. При этом продуктивность животных не снижается.

Замечательное свойство многих микроорганизмов — способность накапливать в среде огромное количество некоторых ценных аминокислот. Размер этого «сверхсинтеза» может быть очень большим. Имеются микроорганизмы, синтезирующие значительные количества L-лизина, L-валина, L-метионина и триптофана.

В СНГ микробиологическим способом получают лизин. Для синтеза L-лизина используют культуру Brevibacterium sp., в качестве сырья — уксусную кислоту, минеральные соли, мелассу, кукурузный экстракт и некоторые отходы пищевой промышленности. Лизин выпускается в виде жидкого концентрата (ЖКЛ), сухого концентрата (ККЛ) и кристаллического препарата.

За рубежом микробиологическим способом, помимо L-лизина, получают L-глютаминовую кислоту, используя культуру Micrococcus glutamicus и некоторые бактерии рода Brevibacterium. В небольших количествах готовят L-аланин, продуцируют который некоторые актиномицеты (Sir. tyoidens, Str. aviculastus и др.), а также бактерии рода Brevibacterium и Corynebacterium. Возможно получение триптофана с использованием культуры гриба Candida vitilis.