Работа 2. Культивирование дрожжей на питательных средах, содержащих углеводные экстракты

Одним из перспективных путей снижения дефицита белка в рационах сельскохозяйственных животных является получение кормового белка культивированием дрожжей на растительных гидролизатах. Перспективный дополнительный источник углеводов – сельскохозяйственное сырье и его отходы, переработке которых на белковые кормовые добавки в настоящее время уделяется повышенное внимание, хотя рассредоточенность сырья делает строительство крупных заводов такого типа экономически нецелесообразным.

Цель работы: Ознакомление с процессом глубинного культивирования дрожжей в присутствии твердой фазы с использованием разных видов растительного сырья и отходов его переработки – корнеплодов кормовой и сахарной свеклы, клубней и зеленой массы топинамбура, клубней картофеля, свекловичного жома и кукурузной мезги, пивной дробины и др., а также изучение особенностей выделения продукта по малоэнергоемкой технологии с использованием стадии фильтрации.

Проведение глубинного культивирования дрожжей в присутствии твердой фазы позволяет в определенных условиях получить хорошо фильтрующиеся микробные суспензии. Эта технология дает возможность исключить из производства энергоемкие способы концентрирования продуктов ферментации, значительно сократить количество стоков и может быть реализована на модульных установках разной мощности, как в составе крупных промышленных предприятий, так и в малом масштабе, непосредственно в месте накопления растительного сырья или отходов его переработки.

Основным способом повышения эффективности стадии ферментации является переход от периодического культивирования к отъемно-доливному.

Ход работы

Процесс культивирования осуществляют в лабораторном ферментере, снабженном барботером с подачей воздуха до 160 л/ч, турбинной мешалкой, обеспечивающей интенсивность перемешивания 200÷800 об/мин и термостатом, поддерживающим температуру среды на уровне 30÷32С, при рабочем объеме 3,5 л. Значение рН среды на заданном уровне (4,5÷4,8) поддерживают периодическим добавлением в ферментационную среду водного раствора аммиака, служащего одновременно и дополнительным источником азота. Доза посевного материала – 5%. Культивирование в отъемно-доливном режиме проводят, отбирая примерно 1/10 часть ферментационной среды, добавляя свежую питательную среду, содержащую твердую фазу – “пульпу” до первоначального уровня.

Внимательно изучите устройство ферментера. Загрузите предварительно подготовленную питательную среду, установите заданные параметры – рН, температуру, обороты мешалки, внесите посевной материал.

Подготовка растительного сырья для проведения глубинного гетерофазного культивирования дрожжей включает такие стадии, как мойку, измельчение, получение суспензии измельченных корнеплодов или зеленой массы в водопроводной воде (пульпы), а также термообработку полученной суспензии. Оптимальными параметрами для предобработки корнеплодов кормовой свеклы, например, являются следующие: измельчение на крупной терке (моделирование варианта измельчения на свеклорезке центробежного типа), рН 4,0÷5,0, температура 121÷128С, гидромодуль 6÷10.

Отберите нулевую пробу и запишите в лабораторный журнал время начала ферментации. В отобранной пробе методом прямого подсчета в камере Горяева определите количество клеток дрожжей, в том числе почкующихся, затем отфильтруйте через складчатый бумажный фильтр и определите содержание редуцирующих веществ (РВ) (см. Приложение 1) в ферментационной среде.

Через час после начала процесса необходимо вновь отобрать пробу, записать значение рН, при необходимости добавить растворы аммиачной воды или серной кислоты. Результаты эксперимента заносят в таблицу.

Через 4÷5 ч от начала процесса ферментации, когда содержание РВ в среде снизится до 1,0÷2,0 г/л, переходят к отъемно-доливному культивированию.

Отбирают примерно 100 мл дрожжевой суспензии, а затем добавляют столько же свежей пульпы. Примерно 5 мл дрожжевой суспензии оставляют для определения накопления биомассы, а остальную суспензию фильтруют, используя емкостной вакуум-фильтр с набором различных фильтрующих материалов. Время фильтрации засекают с помощью секундомера. В фильтрате также определяют количество дрожжевых клеток методом прямого подсчета в камере Горяева, подсчитывают проницаемость фильтра (Х, %), скорость процесса фильтрации, а также степень осветления культуральной жидкости, определяемую по формуле:

К = N_сусп:N_фильтр или К = 100:Х,

где N_сусп – количество клеток культуры в суспензии, млн/мл;

N_фильтр – количество клеток культуры в фильтрате, млн/мл;

Х – проницаемость фильтра, %;

К – степень осветления культуральной жидкости.

Результаты культивирования вносят в таблицу по форме:

Время процесса, ч	рН среды	Температура, С, перемешивание, об/мин	Объем титранта, мл	Коцентрация клеток культуры, млн/мл	Концентрация редуцирующих веществ, г/л	Объем пробы, мл	Проницаемость фильтра, %
0
1

В конце процесса необходимо определить максимальную удельную скорость роста, длительность лаг-фазы, время генерации, степень потребления редуцирующих веществ и экономический коэффициент процесса.

Контрольные вопросы

1. Перечислите методы определения накопления биомассы.

2. Охарактеризуйте особенности глубинного гетерофазного культивирования дрожжей.

3. Каким образом можно судить об окончании процесса ферментации?

4. Почему проведение процесса ферментации в отъемно-доливном режиме является предпочтительным?

5. Каким образом можно интенсифицировать процесс фильтрации дрожжевой суспензии?

6. Охарактеризуйте основные требования, предъявляемые к кормовым белковым продуктам.