RU2041946C1

RU2041946C1 - Method for production of biomass

Info

Publication number: RU2041946C1
Application number: RU93053290A
Authority: RU
Inventors: Ф.Б. Ибрагимов; А.Е. Сычев; Р.А. Низамов; Д.М. Куватов; А.П. Захарычев; В.Н. Жучков
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ; Башкирский биохимический комбинат
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1995-08-20

Abstract

FIELD: microbiological industry. SUBSTANCE: method involves preparing biomass on the base of yeast. The process is carried out on culture medium which contains wheat or waste of treatment of cereals. Said waste is preliminary treated with the help of proteolytic or amylolytic ferments within 1-1.5 h at 50-70 C and pH 7.0-7.4. Cultivating yeast takes place at excess of ferrum and phosphorous ions. Thus prepared biomass has high protein content, it contains also irreplaceable amino acids and vitamins. EFFECT: improves efficiency of the method. 2 tbl

Description

Изобретение относится к микробиологической, пищевой, комбикормовой и перерабатывающей промышленности и может быть использовано для получения биомассы путем ее выращивания на питательной среде, образующейся после ферментативной обработки отрубей и/или муки злаковых культур (пшеницы, ржи, риса, кукурузы и др.). The invention relates to the microbiological, food, animal feed and processing industries and can be used to produce biomass by growing it on a nutrient medium formed after the enzymatic treatment of bran and / or flour of cereal crops (wheat, rye, rice, corn, etc.).

Наиболее близким к изобретению по сущности и достигаемому результату является способ получения биомассы путем выращивания микроорганизмов в условиях аэрации на питательной среде, содержащей солому в качестве источника углерода, источник азота и минеральные соли, для максимального накопления белка в биомассе, причем для повышения выхода продукта за счет более высокой скорости роста и степени конверсии сырья в качестве микроорганизмов используют консорциум штаммов гриба Aspergillus fumigatus ВКМ F-1020 и дрожжей Rodotorula aurotiaca ВКМ У-327 или Candida rugosa ВКПМ У-445 или гриба Allescheriterrestris ВКМ F 6062 и дрожжей Candida rugosa ВКПМ У-445, или гриба Sporotrichum pulverilentum ВКМ F-1764 и дрожжей Candida rugosa ВКПМ У-445, или Rodotorula aurotiaca ВКМ У-327, при этом штаммы грибов и дрожжей вводят в среду в соотношении от 3:1 до 1:1 по массе. The closest to the invention in essence and the achieved result is a method of producing biomass by growing microorganisms under aeration on a nutrient medium containing straw as a carbon source, nitrogen source and mineral salts, to maximize protein accumulation in biomass, and to increase product yield due to a higher growth rate and degree of conversion of raw materials as microorganisms use a consortium of strains of the fungus Aspergillus fumigatus VKM F-1020 and yeast Rodotorula aurotiaca VKM U-327 or Candida rugosa VKPM U-445 or Allescheriterrestris VKM F 6062 fungus and Candida rugosa VKPM U-445 yeast, or Sporotrichum pulverilentum VKM F-1764 yeast and Candida rugosa VKPM U-445 yeast or Rodotorula aurotiaca VKM U-327, while fungal and yeast strains are introduced on Wednesday in a ratio of 3: 1 to 1: 1 by weight.

К недостаткам способа относятся низкое содержание белка в получаемом продукте, невысокая степень конверсии и возможный лизис дрожжевой биомассы за счет протеолитических ферментов культуры грибов, используемых в качестве продуцентов. Кроме того, способ по прототипу аппаратурно не оформлен. The disadvantages of the method include the low protein content in the resulting product, a low degree of conversion and the possible lysis of yeast biomass due to proteolytic enzymes of the fungal culture used as producers. In addition, the prototype method is not hardware designed.

Задача, стоящая перед разработчиками, заключалась в увеличении экономической выгоды использования отходов при переработке зерновых злаковых культур (отрубей), а также повышении содержания белковых веществ. The challenge facing the developers was to increase the economic benefits of using waste in the processing of cereal crops (bran), as well as increasing the content of protein substances.

Технический результат изобретения заключается в повышении степени усвояемости получаемого продукта животными. The technical result of the invention is to increase the degree of digestibility of the resulting product by animals.

Предлагаемый способ заключается в том, что получение биомассы дрожжей проводят в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источник углерода, минеральные соли и микроэлементы с последующим выделением целевого продукта, причем в качестве источника углерода используют отруби и/или муку злаковых культур, подвергнутые ферментативной обработке с помощью амилолитических или протеолитических ферментов, взятых в количестве 0,5-1% на абсолютно сухой вес (АСВ) сырья, при этом обработку проводят при Т 50-70^оС, рН 7-7,4 в течение 1-1,5 ч. В качестве амилолитических ферментов используют такие, как, например, пектофоэтидин, целловиридин, х-амилаза, глюкоамилаза, амилосубтилин, а в качестве протеолитических такие, как протеаза, пепсин-трипсин. В процессе ферментативной обработки отрубей и/или муки их составные (протеин, клетчатка, крахмал, пектиновые вещества) при определенных условиях: температуре 50-70^оС, рН 7-7,4 в водной среде расщепляются до олигомеров и мономеров глюкозоаминокислот, глюконовых кислот, являющихся питательной средой для последующей стадии ферментации, проходящей в условиях избытка ионов железа и фосфора.The proposed method consists in the fact that the production of yeast biomass is carried out under conditions of aeration on a nutrient medium containing a carbon source, mineral salts and trace elements, followed by isolation of the target product, and bran and / or cereal flour, subjected to enzymatic treatment with using amylolytic and proteolytic enzymes, taken in an amount of 0.5-1% by weight on a bone dry (DIA) of raw materials, wherein the processing is carried out at T 50-70 ^{° C,} pH 7-7,4 for 1-1.5 h . As amylolytic enzymes are used, such as, for example, pectofoethidine, celloviridine, x-amylase, glucoamylase, amylosubtilin, and as proteolytic enzymes, such as protease, pepsin-trypsin. During the enzymatic treatment of the bran and / or their component flour (protein, cellulose, starch, pectin) under certain conditions: temperature 50-70 ^{° C,} pH in the aqueous medium 7-7,4 cleaved to monomers and oligomers glyukozoaminokislot, gluconic acid , which are the nutrient medium for the subsequent stage of fermentation, which takes place under conditions of an excess of iron and phosphorus ions.

Выращивание дрожжей осуществляют в условиях активного роста культуры дрожжей Candida Gelirmondij ВСБ-654 при Т32-34^оС или Candida Tropicalus при Т 34-36^оС. При этом питательная среда характеризуется следующими показателями, мг/л: N₂ 300-700 P 20-150 K⁺ 100-500 Fe⁺⁺ 7-15 Mg⁺⁺ 10-30 Zn⁺⁺ 0,5-5,0 Mn⁺⁺ 0,5-2,0 при наличии сахара не менее 5 г/л. В случае проведения процесса ферментативной обработки при температуре ниже 50 или выше 70^оС наблюдается уменьшение степени расщепления в одном случае из-за недостаточной активности фермента при низкой температуре, а в другом из-за подавления активности при высокой температуре. При рН ниже 7 и выше 7,4 также снижается активность ферментов, что приводит к уменьшению степени деструкции составляющих исходного продукта. В случае снижения времени перемешивания меньше 1 ч процесс ферментативного гидролиза не достигает равновесного состояния, а при перемешивании более 1,5 ч практически достигается равновесие и дальнейшее перемешивание не приводит к успеху.Cultivation of the yeast is carried out in conditions of active Candida Gelirmondij VSB-654 growing yeast culture during T32-34 ^C or T Candida Tropicalus at 34-36 ° ^C. This culture medium is as follows in mg / l: N ₂ 20 300-700 P -150 K ⁺ 100-500 Fe ⁺⁺ 7-15 Mg ⁺⁺ 10-30 Zn ⁺⁺ 0.5-5.0 Mn ⁺⁺ 0.5-2.0 in the presence of sugar of at least 5 g / l. In the case of enzymatic treatment process at temperatures below 50 or above 70 ° ^C a decrease in the degree of splitting in one case because of insufficient enzyme activity at low temperature and the other due to the suppression of the activity at high temperature. At pH below 7 and above 7.4, the activity of enzymes also decreases, which leads to a decrease in the degree of destruction of the components of the initial product. In the case of reducing the mixing time of less than 1 h, the process of enzymatic hydrolysis does not reach the equilibrium state, and when stirring for more than 1.5 h, equilibrium is practically achieved and further mixing does not lead to success.

При добавлении фермента менее 0,5% Ма на АСВ исходного продукта интенсивность процесса снижается из-за недостаточности, а количество фермента более 1% Ма на АСВ исходного продукта также не приводит к интенсификации процесса, так как оптимальная величина на уровне 1% Ма. Механическое увеличение доли фермента приводит к его перерасходу. When the enzyme is added less than 0.5% Ma on the ASB of the initial product, the process intensity decreases due to insufficiency, and the amount of the enzyme more than 1% Ma on the ASB of the initial product also does not lead to intensification of the process, since the optimal value is at the level of 1% Ma. A mechanical increase in the proportion of the enzyme leads to its overspending.

П р и м е р 1. К 10% водной суспензии пшеничных отрубей при температуре 60^оС, рН 7,2 добавляется 0,5% (от АСВ отрубей) амилолитического фермента, например амилазы. Время выдержки при перемешивании до 1 ч.EXAMPLES EXAMPLE 1 To a 10% aqueous suspension of wheat bran at ⁶⁰ ° C, pH 7.2 is added to 0.5% (from bran DIA) an amylolytic enzyme, such as amylase. The exposure time with stirring up to 1 hour

Затем осуществляют охлаждение суспензии до 20^оС и последующую ферментацию, причем засев производится одним из микроорганизмов, например, Candida Gelirmondij ВСБ-654. Субстрат характеризуется содержанием, мг/л: N₂ 300-700 P 20-150 K⁺ 100-800 Fe⁺⁺ 7-15 Mg⁺⁺ 10-30 Zn⁺⁺ 0,5-5 Mn⁺⁺ 0,5-2 содержание сахара не менее 5 г/л.Then, the slurry cooled ^to 20 ° C and subsequent fermentation, the seeding is made with one of the microorganisms, e.g., Candida Gelirmondij VSB-654. The substrate is characterized by the content, mg / l: N ₂ 300-700 P 20-150 K ⁺ 100-800 Fe ⁺⁺ 7-15 Mg ⁺⁺ 10-30 Zn ⁺⁺ 0.5-5 Mn ⁺⁺ 0.5-2 sugar content of at least 5 g / l.

Выращивание ведут при рН 4-4,5 при температуре 32-36^оС (в зависимости от вида продуцента), скорости разбавления 0,1-0,3 ч^-1. По окончании процесса суспензия подвергается сепарации, инактивации, выпарке и распылительной сушке. В результате получается продукт, качественно отличающийся от исходного (отрубей), содержащий белка 45% Выход готового продукта от исходного материала 66% степень перевариваемости 75% по сравнению с 50% исходного продукта. Содержатся витамины группы B, E, D, A, а также аминокислоты, в том числе такие, как триптофан 0,8% лизин 5,1% гистидин 2,6% аспарагиновая кислота 5,2% и др.Cultivation was carried out at pH 4-4.5 at a temperature of 32-36 ^{° C} (depending on the type of producer), the dilution rate of 0.1-0.3 h ^-1. At the end of the process, the suspension is subjected to separation, inactivation, evaporation and spray drying. The result is a product that is qualitatively different from the original (bran) containing 45% protein. The yield of the finished product from the starting material is 66%. The degree of digestibility is 75% compared to 50% of the starting product. It contains vitamins of groups B, E, D, A, as well as amino acids, including such as tryptophan 0.8% lysine 5.1% histidine 2.6% aspartic acid 5.2%, etc.

П р и м е р 2. К 10% водной суспензии при температуре 70^оС, рН 7,4 добавляют 0,5% на АСВ субстрата амилолитического фермента, далее как в примере 1. В результате получают продукт, содержащий 38% белка. Выход готового продукта составляет 65% от исходного продукта. Качество, как в примере 1.PRI me R 2. To a 10% aqueous suspension at a temperature of 70 ^about C, pH 7.4 add 0.5% to the ACB of the substrate amylolytic enzyme, further as in example 1. The result is a product containing 38% protein. The yield of the finished product is 65% of the starting product. Quality, as in example 1.

П р и м е р 3. К 10% водной суспензии при температуре 50^оС, рН 7 добавляют 1% на АСВ субстрата протеолитического фермента (протеазы). Далее как в примере 1. В результате получается продукт, содержащий белка 38% Выход готового продукта составляет 60% от исходного. Качество на уровне примера 1.PRI me R 3. To a 10% aqueous suspension at a temperature of 50 ^about C, pH 7 add 1% on the ASB substrate of the proteolytic enzyme (protease). Further, as in example 1. The result is a product containing 38% protein. The yield of the finished product is 60% of the original. Quality at the level of example 1.

П р и м е р 4. Как в примере 1, только время выдержки при перемешивании 1,5 ч. В результате получается продукт, содержащий белка 46% выход готового продукта составляет 62% от исходного продукта. Качество на уровне примера 1. PRI me R 4. As in example 1, only the exposure time with stirring 1.5 hours. The result is a product containing protein 46% yield of the finished product is 62% of the starting product. Quality at the level of example 1.

П р и м е р 5. Как в примере 2, только время выдержки при перемешивании 1,5 ч. В результате получается продукт, содержащий 42% белка. Выход готового продукта 66% от исходного. Качество на уровне примера 1. PRI me R 5. As in example 2, only the exposure time with stirring 1.5 hours. The result is a product containing 42% protein. The finished product yield 66% of the original. Quality at the level of example 1.

П р и м е р 6. То же, как в примере 3, время выдержки при перемешивании 1,5 ч. В результате получается продукт, содержащий 40% белка. Выход готового продукта 63% от исходного. Качество на уровне примера 1. PRI me R 6. The same as in example 3, the exposure time with stirring 1.5 hours. The result is a product containing 40% protein. The finished product yield 63% of the original. Quality at the level of example 1.

Характеристика среднего образца готового продукта представлена в табл.1. В табл.2 представлена характеристика исходного продукта (отрубей пшеничных и муки) для сравнения. The characteristics of the average sample of the finished product are presented in table 1. Table 2 presents the characteristics of the initial product (wheat bran and flour) for comparison.

П р и м е р 7. То же, что в примере 1, только используется 10%-ная водная суспензия пшеничной муки. В результате получается продукт, содержащий белка 50% выход готового продукта от исходного 68% степень перевариваемости 75% витамины групп B, E, D, A, а также аминокислоты. PRI me R 7. The same as in example 1, only 10% aqueous suspension of wheat flour is used. The result is a product containing protein 50% yield from the original 68% digestibility 75% vitamins of groups B, E, D, A, as well as amino acids.

П р и м е р 8. Опыты, аналогичные примерам 2, 4-5, только с использованием муки. В результате получался продукт с несколько высоким содержанием белка, качество на уровне приведенного в примерах. PRI me R 8. Experiments similar to examples 2, 4-5, only using flour. The result was a product with a slightly high protein content, the quality at the level given in the examples.

П р и м е р 9. То же, что в примере 3, только в качестве исходного продукта используется мука. Получается продукт, содержащий до 42% белка, выход продукта на уровне 68% качество продукта аналогичное. PRI me R 9. The same as in example 3, only as the starting product used flour. It turns out a product containing up to 42% protein, the product yield at the level of 68%, the product quality is similar.

П р и м е р 10. То же, что в примере 6, только в качестве исходного продукта используется мука. Получается продукт, содержащий 44% белка. Выход продукта на уровне 63% качество аналогичное. PRI me R 10. The same as in example 6, only as the starting product used flour. It turns out a product containing 44% protein. The product yield at the level of 63%, the quality is similar.

П р и м е р 11. То же, что в примерах 1-10, только в качестве исходного продукта используется смесь отрубей и муки 50:50. Количественные и качественные показатели практически на уровне указанных. PRI me R 11. The same as in examples 1-10, only as a starting product, a mixture of bran and flour 50:50. Quantitative and qualitative indicators are practically at the level indicated.

Claims

METHOD FOR PRODUCING BIOMASS, including growing yeast under aeration conditions on a nutrient medium containing a carbon source, mineral salts and trace elements, followed by isolation of the target product, characterized in that bran and / or cereal flour are used as a carbon source, subjected to enzymatic treatment with using amylolytic or proteolytic enzymes taken in an amount of 0.5-1% on the DIA of the raw material, and the treatment is carried out at a temperature of 50-70 ^o C, pH 7.0-7.4 for 1-1.5 hours, and the cultivation of yeast realizes They act under conditions of excess iron and phosphorus ions.