АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ПОЛУЧЕНИЕ КОРМОВЫХ БЕЛКОВ

Белки являются обязательными компонентами клеток любого живоuорганизма, выполняющими жизненно важные функции: каталитические регуляторные, транспортные, биоэнергетические, защитные от инфекции и действия стрессовых факторов; структурные, запасные и др. В вегета­
тивной массе растений на долю белков приходится 5—15 % сухого веще­ства, в зерне злаков — 8—18%, семенах масличных растений16—28 %, зерне зернобобовых культур — 20—40 %. В различных тканях организма человека и животных содержание белков обычно от 20 до 80 % их сухой массы.

Исходя из этого совершенно очевидно, что для образования клеток и тканей организма, а также поддержания его жизненных функций должен осуществляться постоянный синтез структурных и других форм белков. Для синтеза белковых молекул все живые организмы используют 18 ами­нокислот и два амида (аспарагин и глутамин). Однако после синтеза бел­ков их молекулы могут подвергаться модификациям, вследствие чего в составе белков обнаруживают до 26 аминокислот.

Растения и большинство микроорганизмов способны синтезировать все входящие в их состав аминокислоты из простых веществ — углеки­слоты, воды и минеральных солей, тогда как в организме человека и жи­вотных некоторые аминокислоты не могут синтезироваться и должны поступать в организм в готовом виде как компоненты пищи. Такие аминокислоты принято называть незаменимыми, к ним относятся валин, цин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланв Отсутствие в пище хотя бы одной незаменимой аминокислоты привод к тяжелым заболеваниям человека, а недостаток их в кормах сниж продуктивность сельскохозяйственных животных.

В связи с необходимостью обеспечения человека и животных нез нимыми аминокислотами разработаны научно-обоснованные норм суточного потребления. Главными источниками незаменимых аминокислот для человека являются белки животного или растительного происхождения, входящие в состав пищи, Поступающие с пищей или кормом белковые вещества под действием ферментов желудочного сока гидролизуются до аминокислот, которые затем используются для образования белковых молекул человеческого или животного организма. При этом первостепенное значение имеют незаменимые аминокислоты, недостаток которых вызывает прекращение синтеза белков и, следовательно, задержку роста и раз­вития организма.

Следует также учитывать, что все незаменимые аминокислоты долж­ны содержаться в белках пищи в определенных соотношениях, отвечаю­щих потребностям данного организма. Если хотя бы одна аминокислота окажется в недостатке, то другие аминокислоты, оказавшиеся в избытке, не будут использоваться для синтеза белков (в соответствии с механиз­мом синтеза белков). В таких условиях для обеспечения дальнейшего синтеза белковых веществ и поддержания жизнедеятельности организма потребуется дополнительное количество пищевого или кормового белка, вследствие чего увеличивается расходование пищи или корма. Последнее особенно важно учитывать в животноводстве, так как несбалансирован­ность кормовых белков по содержанию незаменимых аминокислот при­водит к значительному перерасходу кормов и существенному повыше­нию себестоимости животноводческой продукции.

Для предотвращения перерасхода кормов необходимо контролиро­вать, с одной стороны, сбалансированность белков корма по содержанию незаменимых аминокислот, а с другой стороны, количество белка в кор­ме. Для оценки аминокислотного состава белков определяют показатели, характеризующие их биологическую питательную ценность. Кормовые и пищевые белки, имеющие оптимальное содержание незаменимых амино­кислот, называют биологически полноценными белками.

В результате обобщения многочисленных данных по изучению ами­нокислотного состава белков Международной организацией по продо­вольствию и сельскому хозяйству (ФАО), образованной при ООН, разра­ботаны рекомендации, в которых дается оптимальное содержание неза­менимых аминокислот в пищевых и кормовых белках. Эти нормативы ис­пользуются в качестве эталона при оценке биологической питательной Ценности различных белков. Например, если принять за 100 % биологи­ческую ценность эталонного по рекомендациям ФАО белка, то биологиxеская ценность большинства животных белков составляет 90 — 95 %;,белков вегетативной массы бобовых трав — 80 — 90 %; белков зерна зер-бобовых и семян масличных культур, клубней картофеля, корнепло­дов, овощей, вегетативной массы многих травянистых растений — %; белков зерна большинства злаковых культур — 60 — 70 %; особенно низкая биологическая ценность белков зерна кукуру­зы — 52—58 %.

В соответствии с нормами питания человек должен ежедневно полу­чать с пищей от 60 до 120 г полноценного белка. Для правильного корм­ления сельскохозяйственных животных необходимо, чтобы в их кормо­вом рационе в расчете на каждую кормовую единицу содержалось 100—120 г хорошо переваримого и полноценного белка.

Если содержание белков в растительной массе, используемой для кормления сельскохозяйственных животных, ниже, чем требуется по нормам, то во избежание перерасхода кормов и повышения себестоимо­сти животноводческой продукции количество белка в корме балансиру­ют путем добавления белковых концентратов. По такому же принципу контролируют содержание в кормовом белке незаменимых аминокислот. Недостающее до нормы количество какой-либо аминокислоты баланси­руют добавлением в корм чистых препаратов дефицитных аминокислот или белковой массы, имеющей более высокое содержание данной амино­кислоты по сравнению с принятым эталоном.

Наиболее сбалансирован­ное содержание незаменимых аминокислот имеют белки зерна сои, у нее отмечается лишь некоторый дефицит по метионину и триптофану. Отно­сительно высокую биологическую ценность имеют также белки зерна риса и гороха. В то же время широко возделываемые в нашей стране зер­новые культуры — пшеница, кукуруза, ячмень — отличаются несбалан­сированным аминокислотным составом белков. В белках зерна пшеницы и ячения очень мало содержится лизина, метионина и изолейцина, а в бел­ках зерна кукурузы еще и триптофана.

Вследствие того, что белки сои хорошо сбалансированы по аминокис­лотному составу и их содержание в семенах достигает 35—40 %, эта культура имеет важное значение как самый дешевый источник пищевого и кормового белка. Крупнейшим поставщиком соевого белка на мировом рынке являются США. В России, хотя и проводятся работы по расшире­нию посевов сои, ее возделывание ограничено вследствие неблагоприят­ных климатических условий. Однако ведется поиск других источников полноценного белка. Одним из важных путей в этом направлении являет­ся расширение посевов других зернобобовых культур, которые так же, как и соя, способны накапливать в зерне большое количество белка (25—35 %), имеющего высокую биологическую ценность.

Наряду с этим разрабатываются и реализуются научные программы, связанные с созданием новых генотипов зерновых культур, отличающих­ся повышенным содержанием в зерне белков с улучшенным аминокис­лотным составом. Возможность создания таких программ стала реальной после открытия высоколизиновых мутантов кукурузы с генами Опейк-2 и Флаури-2, в белках зерна которых содержится значительно больше лизи­на и триптофана, чем у обычной кукурузы.

В результате селекционной работы, проведенной в Краснодарском научно-исследовательском институте сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко, на основе указанных генов получены высокобелковые и высоко-лизиновые гибриды кукурузы, которые по урожайности не уступают рай­онированным гибридам. В суммарном белке зерна полученных новых ге­нотипов кукурузы содержание лизина повышено на 50—80 %, трипто­фана — на 30—50 %. Использование зерна такой кукурузы для кормле­ния сельскохозяйственных животных позволяет существенно повысить их продуктивность и сократить затраты кормового белка на 20—25 %.

Зерновые культуры составляют большой удельный вес в структуре кормопроизводства нашей страны. В среднем на долю белков зерна при­ходится около 50 % от общего количества кормового белка, а в свиновод­стве и птицеводстве до 80 %. Для балансирования кормов, включающих в качестве основного компонента зерно злаковых культур, по белку и неза­менимым аминокислотам применяются концентрированные кормовые добавки — комбикорма.

Для приготовления комбикормов обычно используют мясо-костную и рыбную муку, отходы мясной и молочной промышленности, жмыхи масличных растений, отруби, шроты зернобобовых культур. Учитывая, что рыбная и костная мука, другие белковые отходы животного происхо­ждения во все большем объеме направляются на получение пищевых белков, требуется их полноценный заменитель, способный сбалансировать недостаток белков и незаменимых аминокислот не только в зерновой час­ти кормового рациона, но и в растительных компонентах комбикормов.

В результате изучения различных организмов было выяснено, что вы­сокой интенсивностью синтеза белков отличаются многие микроорганиз­мы, причем белки микробных клеток имеют повышенное содержание не­заменимых аминокислот (табл. 7.2). В специальных опытах была прове­дена пищевая и токсикологическая оценка белковой микробной массы, которая показывает, что клетки некоторых микроорганизмов можно ис­пользовать в качестве концентрированных кормовых добавок, не усту­пающих по биологической ценности белков соевому шроту или рыбной муке.

Микроорганизмы в качестве источников кормового белка имеют ряд преимуществ по сравнению с растительными и даже животными организ­мами. Они отличаются высоким (до 60 % сухой массы) и устойчивым со­держанием белков, тогда как в растениях концентрация белковых ве­ществ значительно варьирует в зависимости от условий выращивания, климата, погоды, типа почвы, агротехники и др. Наряду с белками в мик­робных клетках образуются и другие ценные в питательном отношении вещества: легкоусвояемые углеводы, липиды с повышенным содержани­ем ненасыщенных жирных кислот, витамины, макро- и микроэлементы.

Микроорганизмы чрезвычайно широко распространены в природе: в воздухе, воде рек, озер и горячих ключей, во льдах, в почве тропических и полярных стран. Однако состав микрофлоры в зависимости от условий обитания различен.

При использовании микроорганизмов на ограниченной площади можно организовать промышленное производство и получать большое количество кормовых концентратов в любое время года, причем микроб­ные клетки способны синтезировать белки из отходов сельского хозяйст­ва и промышленности и, таким образом, позволяют одновременно ре­шать другую важную проблему — утилизацию этих отходов в целях ох­раны окружающей среды.

Микроорганизмы имеют еще одно ценное преимущество — способ­ность очень быстро наращивать белковую массу. Например, растения сои массой 500 кг в фазе созревания семян способны в сутки синтезировать 40 кг белков, бык такой же массы — 0,5—1,5 кг, а дрожжевые клетки мас­сой 500 кг —до 1,5 т белков. В качестве источников кормового белка наиболее часто используются различные виды дрожжей и бактерий, мик­роскопические грибы, одноклеточные водоросли, белковые коагуляты травянистых растений.

Кормовые дрожжи. Дрожжи впервые стали использовать как источ­ник белка для человека и животных в Германии во время первой мировой войны, когда была разработана промышленная технология культивиро­вания пивных дрожжей (Saccharomyces cerevisiae), предназначенных для добавления в продукты питания. В нашей стране первый завод по произ­водству кормовых дрожжей был пущен в 1935 г. Дрожжи выращивали на гидролизатах из отходов древесины и другого целлюлозосодержащего растительного сырья, которые при гидролизе образуют легкоусвояемые для микроорганизмов формы углеводов. В настоящее время нашей био­технологической промышленностью на основе гидролиза растительного сырья производится значительный объем кормовых дрожжей для сель­ского хозяйства.

В качестве исходного сырья при такой технологии получения кормо­вого белка обычно используются отходы целлюлозной и деревообраба­тывающей промышленности, солома, хлопковая шелуха, корзинки под­солнечника, льняная костра, стержни кукурузных початков, свеклович­ная меласса, картофельная мезга, виноградные выжимки, пивная дроби­на, верховой малоразложившийся торф, барда спиртовых производств, отходы кондитерской и молочной промышленности.

Измельченное растительное сырье, содержащее большое количество клетчатки, гемицеллюлоз, пентозанов, подвергается кислотному гидро­лизу при повышенном давлении и температуре, в результате чего 60—65 % содержащихся в них полисахаридов гидролизуются до моноса­харидов. Полученный гидролизат отделяют от лигнина, избыток кисло­ты, применяемой для гидролиза, нейтрализуют известковым молоком или аммиачной водой. После охлаждения и отстаивания в гидролизат до­бавляют минеральные соли, витамины и другие вещества, необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов. Полученная таким образом питательная среда подается в ферментерный цех, где осуществляется вы­ращивание дрожжей.

Для культивирования на гидролизатах растительных отходов наибо­лее эффективны дрожжи родов Candida, Torulopsis, Saccharomyces, кото­рые способны использовать в качестве источника углерода гексозы, пентозы и органические кислоты. При оптимальных условиях из 1 т отходов хвойной древесины можно получить 200 кг кормовых дрожжей.

Для получения кормовых дрожжей применяется технология их глу­бинного выращивания в специальных аппаратах — ферментерах (рис. 7.1), в которых обеспечивается режим постоянного перемешивания сус­пензии микробных клеток в жидкой питательной среде и оптимальные условия аэрации. В целях поддержания заданного температурного режи­ма в конструкции ферментера предусматривается система отвода избы­точного тепла. Рабочий цикл выращивания культуры дрожжей длится около 20 ч. По окончании рабочего цикла культуральная жидкость вместе с суспендированными в ней клетками дрожжей выводится из ферменте­ра, а в него вновь подается питательный субстрат и культура дрожжевых клеток для выращивания.

Выведенная из ферментера суспензия микробных клеток далее пода­ется на флотационную установку, с помощью которой производится от­деление биомассы дрожжей от культуральной жидкости. В процессе фло­тации происходит вспенивание суспензии, при этом микробные клетки всплывают на поверхность вместе с пеной, которая отделяется от жидкой фазы декантацией. После отстаивания дрожжевая масса концентрируется с помощью сепаратора. Для достижения лучшей перевариваемости дрож­жей в организме животных проводится специальная обработка микроб­ных клеток (механическая, ультразвуковая, термическая, ферментатив­ная), обеспечивающая разрушение их клеточных оболочек. Затем дрож­жевая масса упаривается до необходимой концентрации и высушивается, влажность готового продукта не должна превышать 8—10%.

В сухой дрожжевой массе содержится 40—60 % сырого белка, 25—30 % усвояемых углеводов, 3—5 % сырого жира, 6—7 % клетчатки и зольных веществ, большое количество витаминов (до 50 мг%). Посредст­вом обработки дрожжей ультрафиолетовыми лучами проводится их обо­гащение витамином D2, который образуется из содержащегося в них эр-гостерина. Для улучшения физических свойств готового продукта кормо­вые дрожжи выпускают в гранулированном виде.

На основе ферментации гидролизатов растительного сырья наряду с производством кормовых дрожжей получают также этиловый спирт. В этом случае особенность технологии заключается в том, что вначале про­водится спиртовое брожение, в результате которого происходит утилиза­ция содержащихся в гидролизате гексоз. После отгонки спирта остается неиспользованный субстрат — барда, содержащая в основном пентозы. Эта послеспиртовая барда используется далее как питательная среда для выращивания кормовых дрожжей. Таким образом, из гидролизатов рас­тительных отходов одновременно могут быть получены два вида ценной продукции.

В России и некоторых других нефтедобывающих странах разработа­ны технологии получения кормовых дрожжей из н-парафинов нефти. Дрожжевые клетки могут использовать в качестве источников углерода для их роста неразветвленные углеводороды с числом углеродных ато­мов от десяти до тридцати. Они представляют собой жидкие фракции с температурами кипения 200—320°С, которые выделяют из нефти путем ее перегонки.

Хороший субстрат для выращивания кормовых дрожжей — молоч­ная сыворотка, являющаяся производственным отходом при переработке молока. В 1 т молочной сыворотки в среднем содержится 10 кг полноцен­ного белка и 50 кг дисахарида лактозы, который легко утилизируется микроорганизмами. Для выделения из молочной сыворотки белков разра­ботана эффективная технология с применением метода ультрафильтра­ции низкомолекулярных веществ через мембраны. Получаемые таким способом белки используются для приготовления сухого обезжиренного молока или в качестве пищевой белковой добавки. Остающиеся после от­деления белков жидкие отходы (пермеат), содержащие лактозу, могут быть затем переработаны путем культивирования дрожжей в обогащен­ные белками кормовые продукты.

Кроме углеводов и углеводородов в качестве источников углерода дрожжевые клетки могут также использовать низшие спирты — метанол и этанол, которые обычно получают из природного газа или раститель­ных отходов. Дрожжевая масса, полученная после культивирования дрожжей на спиртах, отличается высоким содержанием белков (56—62 % от сухой массы) и в ней меньше содержится вредных приме­сей, чем в кормовых дрожжах, выращенных на н-парафинах нефти.

По сравнению с растительными источниками белков кормовые дрож­жи имеют повышенное содержание нуклеиновых кислот (4—6 % от су­хой массы), которые в такой концентрации оказывают вредное воздейст­вие на организм. В результате их гидролиза образуется много пуриновых оснований, превращающихся затем в соли мочевой кислоты, которые от­кладываясь в организме, могут быть причиной мочекаменной болезни, остеохондроза и других заболеваний. Вследствие этого оптимальная нор­ма добавления дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных живот­ных обычно составляет не более 5—10% от сухого вещества или 10—20 % дрожжевого белка от общего количества белка в кормовом ра­ционе.

Кормовые дрожжи, культивируемые на питательной среде из н-пара-финов нефти, могут содержать многие вредные примеси — производные бензола, D-аминокислоты, аномальные липиды, различные токсины и канцерогенные вещества, поэтому их подвергают специальной очистке (экстракция бензином).

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 2149 | Нарушение авторских прав