Биотехнология и технология продуктов биоорганического синтеза

В ряде работ кафедры «Биотехнология и технология продуктов биоорганического синтеза» МГУПП уже исследовался процесс твёрдофазной чисто дрожжевой биоконверсии съедобного твёрдого растительного сырья с целью его протеинизации [4, 7]. В настоящем исследовании мы попытались понять, какие нюансы смогут оптимизировать этот процесс, особенно при переводе его в крупнотоннажное производство.

Для культивирования дрожжей использованы разные измельчённые твёрдые растительные субстраты. В качестве сырья для формирования моделей твёрдофазной ферментации наиболее перспективного агропромышленного сырья с получением нутриентов разного целевого назначения было взято три наиболее значимых по массе целлюлозосодержащих субстрата: пшеничные отруби, травяная мука и пшеничная солома, продукты биоконверсии которых уже играют и, вероятно, смогут сыграть ещё более заметную роль в создании новых пищевых продуктов, кормов и обогатителей почв.

Новым малоизвестным в процессах ферментации сырьем является мука из предварительно высушенного борщевика Сосновского (сорняка №1 средней полосы России), которую мы предложили использовать в качестве основы жидкой питательной среды для выращивания дрожжей, предназначенных для обогащения почв органическими веществами. Жидкие гетерогенные стерильные питательные среды готовили также из пшеничных отрубей, травяной и борщевиковой муки в виде суспензий с содержанием около 8 % сухих веществ негидролизованного растительного материала. Из разных вариантов растительных питательных субстратов готовили твердофазные культуры с влажностью около 50%, увлажняя в чашках Петри целлюлозосодержащие субстраты либо водными смывами с косяков агара Сабуро, либо жидкими культурами на гетерогенных растительных отварах. В качестве эталона продуктивности использовали культуру Pichia anomala 9а, выделенную из женского грудного молока и достаточно хорошо изученную в ряде предшествующих работ [4, 7, 226].

В качестве посевного материала использовали чистые культуры дрожжей на косяках агара Сабуро и жидкие культуры на вышеприведенных растительных суспензиях. Твердофазное культивирование дрожжей осуществляли как на стерильных, так и на нестерильных субстратах, перспективных для крупнотоннажной биоконверсии. Оценку интенсивности роста дрожжей во всех культурах проводили прямым подсчетом клеток в камере Горяева после серийных разбавлений. В таблице 20 представлены продуктивности на съедобных для человека и животных субстратах некоторых дрожжей рода Pichia, выделенных из растительных и животных продуктов в виде смывов с агара Сабуро и жидких культур на гетерогенном субстрате.

Из приведенных в таблице 20 данных можно видеть, что продуктивности дрожжей рода Pichia разного происхождения достаточно близки между собой. В то же время, при сравнени полученных результатов видны довольно интересные закономерности, которые могут иметь несомненный интерес при организации крупнотоннажной микробной биоконверсии агропромышленного сырья. Более дешевая по сравнению с коммерческой средой Сабуро отрубевая гетерогенная среда дает выход дрожжей не худший, а даже лучший. Такой вариант жидкой посевной среди для производственных условий может оказаться очень перспективным при реанимации крупнотоннажного производства дрожжей. Объяснить это явление мы можем тем, что в процессе глубинного культивирования дрожжей для получения посевной культуры в ней наряду с дрожжевыми клетками накапливается достаточно серьезное количество эндоглюканазы, облегчающей дрожжам потребление полисахаридов твердой среды, что уже отмечено нами при анализе результатов ранее проведенных исследований [4, 10, 11].

Повышенный интерес вызывает факт более высокой продуктивности многих выделенных нами дрожжей на нестерильных субстратах. В табл. 21 представлена продуктивность дрожжей на соломенной муке – совсем бедном субстрате – трех дрожжевых штамов: Pichia guilliermondii, выделенного из борщевика Сосновского, Pichia guilliermondii, выделенного из травяной муки и Pichia guilliermondii, выделенного из коровьего молоко, выращенных на 8- процентной суспензии борщевика, а также на 8-процентной суспензии травяной муки.

ВР 1. Подготовка сырья
ВР 1.1. Прием и хранение сырья
Исходное сырье для приготовления питательных сред хранят отдельными партиями в складе на стеллажах, поддоннах и буртах. Каждая используемая партия должна соответствовать требованиям ГОСТ, ОСТ, ТУ, указанных в регламенте на основании удостоверения, выданного ОТК завода. Отруби хранят в крытых напольных складах, в бункерах и силосах.
ВР 1.2. Биологическая проверка сырья
Каждая партия поступившего со склада сырья (отруби) подвергается микробиологическому анализу на определение обсемененности микроорганизмами.
ВР 1.3. Сушка и измельчение сырья
Сушка сырья осуществляется в сушильной камере при температуре 90-95 ℃ до влажности 10 %. Отруби подаются в дробилку (Др), где происходит измельчение до размеров частиц 3 – 7мм
ВР 2.1. Мойка и стерилизация оборудования
Подготовка установок к работе заключается в их промывке и пропарке.
При мойке установки сначала заполняют водопроводной водой основную емкость, затем циркуляционный контур. После запуска насоса промывная жидкость начинает циркулировать по контуру. Далее устанавливают необходимую величину возврата промывной жидкости из основного контура циркуляции промывного раствора в циркуляционную емкость. Подпитывая систему водопроводной водой, ведут промывку до появления чистой воды на выходе в канализацию перед аппаратом разделения.
Основные показатели процесса мойки:
1. Температура водопроводной воды – 15 ℃;
2. Продолжительность процесса – 30 минут.
По окончании процесса выключают насос и сливают остатки воды из установки. Далее можно осуществить пропаривание аппарата путем подачи пара с давлением 0,3-0,4 МПа и отвода конденсата в канализацию. После подготовительных мероприятий необходимо произвести анализ воздуха внутри аппарата при помощи газоанализаторов. Концентрация CO2 и других летучих продуктов не должна превышать допустимую норму.
Перед проведением работ по очистке и осмотру оборудования все аппараты должны быть надежно (с помощью заглушек) отключены от паровых, спускных и прочих коммуникаций.
ВР 2.2. Проверка оборудования на герметичность
После мойки аппараты охлаждают, снижают давление до нуля и проводят ревизию запорной арматуры. Затем создают давление в аппаратах с помощью сжатого воздуха 0,20-0,25 МПа и проверяют их на герметичность мыльным раствором.
После этого аппараты проверяют на герметичность с помощью пара.
Проверяют также герметичность воздушного фильтра и работу приборов КИП.


Герметичность фильтра грубой очистки воздуха проверяют после каждой перенабивки и перед стерилизацией с помощью галоидного течеискателя или мыльного раствора. Устраняют обнаруженные пропуски и проводят повторную проверку герметичности.
Фильтр считают герметичным, если избыточное давление 0,25 МПа в нем не изменилось в течение 0,5 ч. При достижении герметичности фильтр стерилизуют подачей пара в рубашку и фильтрующую насадку, при температуре (135±2) ℃ в течение 2 ч.
По окончании стерилизации переходят с парового давления на воздушное Р= 2 кгс/см2, не прекращая подачу пара в рубашку фильтра.
Стерильный воздух подают малым расходом. Просушку фильтрующей насадки горячим воздухом продолжают до получения сухого воздуха на выходе из фильтра (освобождение от формалина).

ВР 3.2. Очистка воздуха
В процессе культивирования в раздельной камере и раздельной установке растущая культура аэрируется кондиционированным стерильным воздухом под избыточным давлением 0,01 – 0,03 МПа для удовлетворения биологической потребности м/о и отвода продуктов их жизнедеятельности. Забор атмосферного воздуха происходит на высоте 5 метров над коньком здания.
Атмосферный воздух сначала поступает на рициновый фильтр пред очистки. На стадии предварительной очистки воздуха удаляется основная масса крупных частиц пыли диаметров 5- 10 мкм.