Наиболее важным критерием, определяющим выбор сырья для
биотехнологических процессов, являются: стоимость, наличие в
достаточных количествах, химический состав, форма и степень
окисленности источника углерода и т. п. В настоящее время наиболее
широко используемыми и коммерчески выгодными материалами
являются крахмал (преимущественно кукурузный), метанол, меласса и
сырой сахар. Практически нет сомнения в том, что зерновые (в частности,
кукуруза, рис и пшеница) будут основными краткосрочными сырьевыми
материалами для биотехнологических процессов именно в тех странах,
где развиты интенсивные биотехнологические процессы.
В качестве резюме следует отметить, что биотехнология на
современном этапе своего развития преимущественно ориентируется на
различные виды недорогого, легкодоступного и возобновляемого сырья,
наиболее значимым из которого является растительная масса. При
конверсии субстратов в биотехнологических процессах основное
внимание обращается на создание безотходных производств, когда
|
|
побочные продукты одного процесса служат питательными субстратами
для последующего.
Производство одноклеточного
Белка
Главной проблемой, стоящей перед человечеством (и, в частности,
перед развивающимися странами), является взрывоподобный рост
населения. В 1988 г. требовалось накормить 4 млрд "ртов", а в 2000 г. – 6
млрд. Естественно, что традиционное сельское хозяйство не сможет
удовлетворить пищевые потребности растущей численности населения,
особенно белковым питанием. Уже в настоящее время Международная
Организация питания и сельского хозяйства (FAO) предсказывает резкое
увеличение пропасти в обеспечении белком между развитыми и
развивающимися странами. По меньшей мере 25% мирового населения в
настоящее время страдает от голода или недостатка питания и
несоразмерно большая часть этого населения живет в развивающихся
странах, где засушливый климат и мало плодородные почвы затрудняют
ведение продуктивного сельского хозяйства.
И тем не менее продуктивность сельского хозяйства во всех его
отраслях постоянно повышается практически по всему миру. В этом
процессе, конечно, определенную помощь окажут и различные
биотехнологические
новшества,
призванные
усовершенствовать
традиционные сельскохозяйственные приемы. Даже сейчас во многих
регионах Земли постоянно появляются пищевые излишки, особенно
велико их количество в Северной Америке и Европе, где практически
постоянна популяция людей. Кроме того, ряд стран, ранее являвшихся
чистыми импортерами большинства пищевых продуктов (такие, как
|
|
Индия и Индонезия), в настоящее время сумели наладить
самообеспечение. И все же в мире имеет место несбалансированность в
снабжении населения хлебом и этот недостаток постоянно усугубляется в
связи с изменениями в неблагоприятную сторону глобальной погоды (в
частности, сильные ливни, засухи), а также национальными и
межнациональными войнами, сопровождаются разрушением сельского
хозяйства и колоссальными перебоями в распределении питания.
По данным ряда специалистов, мировой дефицит белка оценивается в
30–35 млн т. Причем степень дефицита варьирует в зависимости от
страны и должна рассматриваться в рамках каждой национальной
экономики. Сдвиг от злаковой к мясной диете в различных странах
приобретает разительные масштабы и ведет к увеличению расхода зерна в
пересчете на человека, поскольку требуется от 3 до 10 кг зерна, чтобы
произвести 1 кг мяса путем повышения эффективности животноводства и
совершенствования кормовых программ.
Поиски дополнительных источников белка предпринимаются
постоянно
и
повсеместно.
Широко
внедряются
новые
сельскохозяйственные приемы; получаются новые сорта злаков,
характеризующиеся повышенным содержанием белка; там, где это
позволяют климатические и другие природные условия, интенсивно
внедряется выращивание сои и земляного ореха; белки начинают
экстрагироваться путем ультрафильтрации из определенных жидких
отходов; и наконец, разрабатываются новые нетрадиционные способы
производства белковых соединений.
Определенные успехи достигнуты в получении белка с помощью
микробного синтеза. Это направление получило название производства
одоклеточногобелка (SСP), поскольку большинство микроорганизмов,
используемых для этих целей, растут в виде одноклеточных или
мицелиальных (нитевидных) особей, а не как сложные многоклеточные
организмы (растения или животные).
Понятие "съедобные микробы" звучит несколько странно, однако
люди давно распознали питательную и вкусовую ценность некоторых
микроорганизмов, а именно грибов. Но даже и в этом случае скептицизм и
предвзятость оказывают существенное влияние на отношение людей к
этому великолепному пищевому продукту. И в то время как во многих
странах грибы достаточно широко употребляются в пищу, население
других стран их игнорирует и избегает использовать.
Хотя грибы в настоящее время во многих странах выращиваются в
довольно больших количествах и широко употребляются в пищу и
рассматриваются как весьма перспективный и удобный способ
производства пищевых продуктов, использование других микробов пока
что менее приемлемо, так как существуют многие проблемы, не
являющиеся по своей природе технологическими.
И все же на протяжении последних двух-трех десятилетий отмечается
явный растущий интерес к использованию различных микроорганизмов
для производства пищевых продуктов, в частности дня скармливания
домашним животным. Полагают, что применение одноклеточного белка,
получаемого на дешевых субстратах, для корма животных окажет
большое влияние на улучшение питания людей в результате снижения их
конкуренции с животными за растительную пищу, богатую белком.
Преимущества микроорганизмов как продуцентов белка состоят в
следующем: микроорганизмы обладают высокой скоростью накопления
биомассы, которая в 500–5000 раз выше, чем у растений и животных;
микробные клетки способны накапливать очень большие количества
белка (дрожжи – до 60%, бактерии – до 75% по массе); в
микробиологическом производстве вследствие высокой специфичности
микроорганизмов отсутствует многостадийность процесса; а сам процесс
|
|
биосинтеза осуществляется в мягких условиях при температурах 30–45°
С, рН 3–6 и давлении около 0,1 МПа. Помимо всего прочего,
микробиологический путь получения богатой белком биомассы менее
трудоемкий по сравнению с получением сельскохозяйственной продукции
и органическим синтезом белка.
Все эти преимущества и определили быстрое развитие технологии
производства микробного белка, которое в настоящее время является
самой крупнотоннажной отраслью биотехнологии и открывает
возможность промышленной продукции различных кормовых добавок для
животноводства и птицеводства с помощью микроорганизмов. Причем
получаемые продукты характеризуются высокой кормовой ценностью и в
достаточных количествах. Большое число компаний во всем мире
участвует в этих процессах и уже производится значительное количество
достаточно ценных продуктов такого рода.
Основной целью продукции одноклеточного белка является его
содержание в препарате. Однако следует иметь в виду, что помимо белка
микроорганизмы содержат также и другие вещества: углеводы, витамины,
нуклеиновые кислоты и различные минеральные соединения, часть из
которых может оказывать и неблагоприятное действие на организм, при
использовании в пищу человека или животных. Так, вследствие
ограниченной способности человека деградировать нуклеиновые кислоты,
прежде чем использовать одноклеточный протеин в качестве пищевого
продукта, он должен подвергаться специальной обработке.
Тем не менее высокое содержание белка, слабый запах и мягкий вкус
одноклеточного протеина в сочетании с легкостью хранения придают
существенную ценность этому продукту питания. Кроме того, он с
успехом может применяться в так называемых водных культурах:
например на фермах для разведения креветок, форели, семги и т. п.
Преимущества микробного белка перед животным (в отношении
быстроты получения) демонстрируются следующими цифрами:
продукционная способность коровы весом в 250 кг и 250 г дрожжей
|
|
практически одинакова. В то время как корова будет прибавлять в день по
200 г веса, микробы за этот же период времени способны произвести
(теоретически, в идеальных условиях культивирования) до 25 т биомассы.
Однако корова обладает уникальной особенностью превращать
(конвертировать) траву в богатое белком и другими ценными веществами
молоко!
Несмотря
на
многолетние
попытки
разработки
конкурентоспособного способа подобного типа конверсии, все они
остались пока безрезультатными. Поэтому коровы в настоящее время
рассматриваются как "живые, самовоспроизводящиеся и съедобные
«ферменторы»! Поэтому вопрос о замене коров микроорганизмами в
пределах обозримого будущего остается открытым.