Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время из-за высоких затрат на сырье и энергию традиционное производство кормового белка не является рентабельным. Поэтому в качестве субстратов для биосинтеза кормовых дрожжей вновь рассматривается возобновляемое растительное сырье как источник углеводов. При этом желательно использовать не только сельскохозяйственные культуры, но и образующиеся побочные продукты их переработки или отходы. В этом случае возможно получение дополнительного микробного белка для животноводства и одновременное решение проблемы утилизации отходов, загрязняющих окружающую среду.
Исследования последних лет показали, что процесс получения микробного белка может осуществляться только по ресурсо- и энергосберегающим малоотходным технологиям. К ним необходимо отнести гетерофазное глубинное культивирование дрожжей на углеводсодержащих субстратах как отходах растительного сырья. Улучшить технико-экономические показатели производства дрожжей возможно, если использовать стадию фильтрования вместо широко известных энергоемких процессов сепарации и вакуум-концентрирования микробных суспензий, с возвратом фильтрата на стадию приготовления питательной среды.
Проведенные ранее на кафедре биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева исследования (Шакир И. В.) показали, что при гетерофазном культивировании дрожжей на отходах переработки сахарной свеклы клетки совместно с твердой фазой возможно отделять фильтрованием. Однако оптимальные режимы подготовки растительных субстратов и культивирования в конкретных условиях каждый раз должны уточняться для вносимых в среду источников углеводов, твердой фазы и продуцента с целью обеспечения наиболее эффективного проведения процесса. При таком подходе к технологии получения микробного белка представляется актуальным изучение вышеуказанных процессов.
Целью настоящей работы являлось определение основных закономерностей процессов подготовки субстратов и культивирования промышленных штаммов кормовых дрожжей в среде, содержащей твердую фазу, фильтрования микробных суспензий и разработка энергосберегающей малоотходной технологии получения кормового продукта, обогащенного белком.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: - изучение фильтрационных свойств суспензий, образующихся при гетерофазном глубинном культивировании дрожжей на подготовленных
субстратах;
оценка влияния структуры субстрата на фильтруемость готовых микробных суспензий;
разработка малоотходной энергосберегающей технологии получения углеводно-белкового кормового продукта при использовании различных по природе источников углеводного сырья;
расчет технико-экономических показателей эффективности возможного производства кормового продукта на модульной установке.
Научная новизна работы. Установлены общие закономерности и причины изменения фильтрационных свойств дрожжевых суспензий при глубинном культивировании дрожжей на подготовленном углеводном сырье в присутствии неутилизируемой твердой фазы.
Показано влияние градиента концентрации субстрата в твердой и жидкой фазе при гетерофазном культивировании на эффективность прикрепления клеток дрожжей к твердым частицам сырья и, как следствие, на фильтрационные свойства ферментационной среды.
Выявлено преобладающее влияние структуры растительного сырья, используемого для приготовления питательных сред, на фильтрационные свойства получаемых дрожжевых суспензий.
Практическое значение работы. Разработана энергосберегающая малоотходная технология получения углеводно-белкового корма из клубней картофеля и кукурузной мезги на основе гетерофазного глубинного культивирования дрожжей с последующим фильтрованием и сушкой готового продукта и рециркуляцией фильтрата. Она исключает применение энергоемких стадий концентрирования продуктов ферментации сепарацией и вакуум-концентрирования суспензии и значительно сокращает отвод традиционных технологических стоков.
Выявлены общие закономерности процессов биосинтеза дрожжей на подготовленных углеводных субстратах и фильтрования, которые позволяют рекомендовать разработанную технологию к использованию на модульных установках как в составе крупных промышленных предприятий или кормоцехах, так и непосредственно на местах сбора растительного сырья или отходов его переработки-.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на 11 и 12 Международных конференциях молодых ученых по химии и химической технологии МКХТ-97 и МКХТ-98 (Москва, 1997, 1998), Международной конференции ISEB'97 Meeting: Bioremediation (Лейпциг, 1997) и ISEB'99 Meeting:
Biopolimers (Лейпциг, 1999), 13 Международном конгрессе по химии и химической технологии CHISA'98 (Прага, 1998), 3 и 4 международном конгрессе «Окружающая среда для нас и будущих поколений: экология, бизнес и экологическое образование» (Самара, 1998,1999).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания методики исследований, 3 глав с изложением экспериментальных результатов и их обсуждением, выводов и списка литературы (135 наименований). Материал изложен на 152 страницах машинописного текста и содержит 27 таблиц, 18 рисунков и 1 приложение (23 страницы).