Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшим условием успешного развития животноводства является создание надежной кормовой базы, сбалансированной по содержанию белковых веществ. Одним из перспективных путей решения этой задачи, которому в настоящее время уделяется повышенное внимание, является осуществление биотрансформации растительного сырья, отходов сельского хозяйства, обогащение их белком для повышения кормовой ценности. В странах Юго-Восточной Азии, как и во всех других районах мира, накапливается большое количество углеводсодержащих растительных отходов, таких как остатки маниока, рисовая шелуха и багасса сахарного тростника, которые могут быть использованы для обогащения их микробным белком. Однако в настоящее время широко используемые в промышленности технологии производства белка одноклеточных характеризуются невысокой эффективностью, обусловленной сложностью аппаратуры и энергоемкостью стадии концентрирования микробных суспензий, традиционно включающих флотацию, сепарацию, вакуум-выпаривание, а также низкой экологичностью из-за выделения большого количества твердых отходов и стоков в процессе производства.
Предыдущими работами [Быков В. А., Прищепов Ф. А., 1989 г.] было показано, что проведение глубинного культивирования дрожжей в присутствии твердой фазы позволяет в определенных условиях получить хорошо фильтрующиеся микробные суспензии. В этом случае получаемый продукт представляет собой растительный углеводно-белковый корм (РУБК), содержащий помимо дрожжевого белка, неутилизируемый лигнин или целолигнин. Таким образом, одновременно с получением РУБК решается проблема утилизации лигнина, а при использовании рециркуляции культуралыгои жидкости процесс становится прогрессивным с экологической и экономической точек зрения. Однако, в литературе отсутствуют данные по целому ряду технологических показателей, таких как режимы подготовки растительного сырья и его отходов, условия культивирования и фильтрования получаемых суспензий, фильтрующие материалы, рециркуляция ОКЖ (отработанной культуральной жидкости) и использование отъемно-доливного способа проведения глубинного культивирования микроорганизмов.
Поэтому нами были щучены основные закономерности процессов подготовки сырья, глубинного гетерофазного культивирования и фильтрования полученных суспензий, а также разработана энергосберегающая малоотходная технология получения РУБК на модульной установке.
Целью настоящей работы явилась разработка способа получения РУБК методом гетерофазной глубинной ферментации дрожжей и дрожжеподобных микроорганизмов с использованием перспективного растительного сырья -
топинамбура и крупнотоннажного растительного отхода - багассы сахарного тростника, а также создание эскизного проекта модульной установки, использующей энергосберегающую и малоотходную технологию.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
оптимизация способов предварительной подготовки сырья к ферментации;
подбор штамма-продуцента и оптимизация условий проведения глубинного гетерофазного культивирования;
изучение основных закономерностей процесса культивирования в периодическом и отьемно-доливном режимах;
изучение особенностей процессов фильтрования дрожжевых суспензий и рециркуляции образующегося фильтрата;
разработка энергосберегающей и малоотходной технологии получения РУБК на модульной установке.
Научная новизна. Проведено комплексное исследование роста дрожжей родов Candida и Endomycopsis на углеводных средах, полученных измельчением топинамбура и багассы сахарного тростника без отделения твердой фазы.
Экспериментально обоснованы режимы глубинного гетерофазного культивирования дрожжей С. tropicalis СК-4 и С. scottii КСБ, позволяющие получать хорошо фильтрующиеся клеточные суспензии, содержащие до 320млн.кл/мл, что обеспечивало содержание белка в готовом продукте, включающем твердую фазу, до 35 %АСВ в случае топинамбура и 18 %АСВ в случае багассы.
Подобраны режимы фильтрования, позволяющие проводить фильтрацию послеферментационных суспензий через нетканые текстильные материалы с эффективностью не менее 90%. Доказана припципиальная возможность и обоснованы нормы рециркуляции фильтрата в технологическом процессе получения РУБК.
Практическая значимость. Разработана энергосберегающая малоотходная технология получения РУБК на основе топинамбура и багассы сахарного тростника с использованием глубинного гетерофазного культивирования с последующей фильтрацией микробных суспензий и рециркуляцией получаемого фильтрата. Эта технология позволяет исключить из производства энергоемкие способы концентрирования продуктов ферментации и значительно сократить количество стоков. Она может быть реализована на модульных установках разной мощности как в составе крупных промышленных предприятий, так и в малом масштабе непосредственно на месте накопления растительного сырья или отходов его переработки.
Проведен расчет технологической схемы получения РУБК на основе багассы сахарного тростника и выполнен подбор основного оборудования для модульной установки, перерабатывающей 18 000 т багассы в сезон.
Апробация работы. Результаты исследования были представлены на "10-Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии, МКХТ-96" (1996) и "11-Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии, МКХТ-97" (1997), а также опубликованы в журнале "Биотехнология", №12, 1996, М., с. 44-49 "Получение белка одноклеточных из багассы сахарного тростника".
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики исследований, 3 глав с изложением экспериментальных результатов и их обсуждением, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста и содержит 44 таблицы и 13 рисунков. Список литературы включает 120 наименований работ, из них 37 работ зарубежных авторов.