Исследование сырья состава низкосахаристых питательных сред из плодоовощного сырья на выход кормового лизина методом глубинной ферментации

В последние годы в Российской Федерации резко сократилась продукция животноводства и, как следствие этого, возрос до недопустимых размеров импорт мясопродуктов. Одной из причин уменьшения производства мясопродуктов является ухудшение качества кормов и повышение их стоимости, что вызвано практически полной остановкой предприятий, производивших кормовой белок в силу их неконкурентоспособности при изменившейся структуре цен. Сегодня кормовой белок почти полностью импортируется. Однако, есть альтернативное решение проблемы повышения качества кормов. Известно, что дефицит белка может быть компенсирован введением в корма незаменимых аминокислот, причем в первую очередь устраняется дефицит аминокислоты [20, 21].

Обычно дефицит устраняется внесением в рацион «протеиновых» добавок. Объектом исследования являлся штамм Brevibacterium sp.90 из молочно-кислого продукта [19].

Материалы и методика исследований. Экспериментальные исследования проводились в Орловском региональном биотехнологическом центре сельскохозяйственных растений Орловского ГАУ и на базе кафедры биотехнологии. В работе использовали стандартные методы физико-химического и микробиологического анализа [8, 13, 22].

Brevibacterium культивировали в течение 4-х суток на жидкой питательной среде. Культуры содержались в 50 мл конических колбах. Инкубация происходила при температуре 370С и скоростью вращения 120 об/мин. По истечению суток 0,1 мл культуры переносили в колбу с 10 мл свежей среды и продолжали культивирование. Полученную культуру размножали твердофазным методом при t 29-320С [5,18].

Сырье с высоким содержанием углеводов требует введение в питательные среды дополнительных источников аминокислот. Поэтому нами для биосинтеза лизина был сформирован композиционный состав низкосахаристых питательных сред в следующих соотношениях:

Для более полного использования органического азота сои и фасоли проводили ферментативный гидролиз из белков комплексным спиртоосажденным препаратом протеолитического действия, который был получен из культуральной жидкости Aspergillus oryzae. С целью замены стандартного компонента глюкозы для получения низкоосахаренной питательной среды использовали плодоовощное сырье, в частности, яблочный сок. Полученный сок смешивали в необходимых соотношениях и добавляли минеральную соль-мел [17, 1, 21].

Таким образом, нами получены три композиции низкосахаристых питательных сред на основе белково-витаминных концентратов сои и фасоли, витаминного концентрата яблочного сока для дальнейшего биосинтеза лизина. Контрольный вариант питательной среды содержал глюкозу [4, 2, 23].

Результаты и их обсуждение. Процесс биосинтеза продолжался на протяжение шести суток. Контроль размножения бревибактерий проводили ежедневно, показано, что вторые и третьи сутки происходила логарифмическая или экспоненциальная фаза роста. Скорость размножения была максимальна. В этой фазе большинство клеток являлись биологически активными и молодыми. Клетки по размеру мелкие, так как почкование опережает рост, но большая поверхность таких клеток обеспечивает высокую скорость биохимических процессов. В то же время на этой стадии культура более чувствительна к действию неблагоприятных факторов [15, 11].

Далее, на 4 сутки вступила фаза замедленного роста. На 5-6 сутки культура вступила в стационарную фазу. Она наступает, когда концентрация клеток перестает увеличиваться, и число их в единице объема становится максимальным. Пятна, соответствующие по Rf метчикам лизина присутствуют во всех исследуемых образцах. Показано, что суммарное содержание метионина и треонина в питательных средах зависело от вида исходного сырья и варьировало в пределах от 14 до 80 мг.%, при этом концентрация углеводов составила от 8 до 10%. Поэтому отношение остаточных суммарных количеств аминокислот метионина и треонина к количеству редуцирующих веществ существенно различалось, что сказывалось на биосинтезе конечного продукта [3, 7] (рис. 1):

Сок

Соя

Фасоль

Глюкоза

Рисунок 1 - Кривые роста микроорганизмов

При росте микроорганизмов на средах с содержанием редуцирующих веществ 10 % (глюкоза), концентрация лизина в культуральной жидкости была минимальной и составила 4,7 г/л, следовательно, выход целевого продукта в этом случае невысок и составляет 22,8 г/100г редуцирующих веществ, т.е из 100% углеводов в лизин преобразовались менее 1/4 [1, 6].

Питательная среда, приготовленная на основе белково-витаминного концентрата фасоли характеризовалась невысокой концентрацией РВ и составила 2,9%, суммарное содержание ростовых аминокислот было примерно таким же, как и на высокосахаристых средах. Углеводы среды более эффективно трансформировались в лизин, в этом варианте концентрация остаточных углеводов составила 0,4%. Это показывает, что для сбалансирования питательной среды на основе высокоуглеродного сырья требуется введение дополнительных источников биологически активных веществ [9,16].

Среда для культивирования Brevibacterium, приготовленная на основе белково-витаминного концентрата сои, содержала 8% редуцирующих веществ и 80 мг% ростовых аминокислот. Концентрация лизина была 12,4 г/л, а выход его - 32,6%, что выше, чем на средах с большим содержанием углеводов [12,14].

Витаминный концентрат яблочного сока, вводимый в состав питательной среды, показал концентрацию редуцирующих веществ на уровне 6,8%. Суммарное соотношение аминокислот составило 41 мг%, что привело к накоплению лизина в культуральной жидкости до 7,1 г/л., а выход составил 27,3 г/100 г редуцирующих веществ [10].

Таким образом, эффективными источниками биологически активных веществ являются белково-витаминные концентраты сои и фасоли. Выход лизина при их внесении в питательную среду увеличивается в 2,3-2,7 раза по сравнению с вариантом в присутствие глюкозы, где не использовался дополнительный источник биологически активных веществ. Среда на основе витаминного концентрата яблочного сока не дала значительного усиления синтеза.