Биотехнология производства кормовых дрожжей

МИНОБРНАУКИ РФ

 

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Самарский государственный технический  университет»

 

 

Факультет пищевых производств

Кафедра «Технология пищевых производств и парфюмерно-косметических продуктов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине        «Пищевая биотехнология»______________

 

на тему ___ «Биотехнология производства кормовых дрожжей»___ _ __

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принял к исполнению                                                                          Проверил

 

Студент IV – ФПП - 3                                                                          старший преподаватель           

 

       Забабурин В.В.    _                                                                                  __Зипаев Д.В._______

 

__________________________                                                                                                  ___________________________

 

«   »                      2012г.                                                                        «   »                          2012г.

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение	3
1.Обзор литературы	4
1.1 Сырье для производства кормовых  дрожжей	4
1.2 Виды культур микроорганизмов,  используемых для производства  кормового белка	6
1.3 Питательные среды, их приготовление	7
1.4 Приготовление растворов солей  и кислот	9
1.5 Способы выращивания кормовых дрожжей	9
2.Технологическая часть	13
2.1 Сырье для культивирования  кормовых дрожжей	13
2.2 Характеристика культивируемых  микроорганизмов, используемых для производства кормового белка	14
2.3 Технологическая схема производства  жидких дрожжей	15
Заключение	17
Список используемых источников	18
Приложение1. Технологическая схема получения жидких кормовых дрожжей	19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время проблемы комплексного научного обеспечения кормопроизводства  как многофункциональной отрасли  в должной мере не решены вследствие кризисного состояния агропромышленного  комплекса страны, а также сложности и большого разнообразия природно-климатических условий. По данным ряда специалистов мировой дефицит белка кормов к началу XXI века оценивался в 30-35 млн. т. в год.

Применяемые в  настоящее время в хозяйствах методы кормления животных не всегда позволяют в полной мере сбалансировать рационы по важнейшим показателям: энергии, протеину, минералам и витаминам, вследствие чего, генетически заложенный потенциал продуктивности животных используется только на 50-60 %. За последнее десятилетие наполнение российского рынка мясными продуктами на 40-60 % зависит от поставки его из-за рубежа, что грозит продовольственной безопасности страны, поэтому в Минсельхозе принята концепция по развитию животноводства в России, где предусматривалось увеличение к 2010 году производство говядины, свинины, мяса птицы в два раза. Решение поставленных задач по развитию животноводства предполагало значительное расширение производства кормов, повышение их качества, применения новых технологий и создание на этой основе крупнотоннажных производств.

Кроме недостаточного объема производства кормов неблагоприятным  фактором в животноводстве является низкое качество кормов, в первую очередь, его несбалансированность и недостаток белка, эти проблемы имеют всеобщее значение. Большинство кормов, используемых в животноводстве, не содержат в достаточном количестве белков и витаминов. Даже такие ценные корма, как кукуруза и сахарная свекла, дающие максимальное количество кормовых единиц с гектара, богаты углеводами, но не содержат достаточного количества азотистых веществ. В связи с чем, во всех странах отмечается большой дефицит кормового белка. Этот дефицит покрывается увеличением производства растительного протеина, содержащегося в сельскохозяйственных кормовых культурах: зерне, люцерне, выпуском рыбной и мясной муки, сухих молочных продуктов [1].

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

 

Кормовые дрожжи – дрожжи, специально выращиваемые для корма сельскохозяйственных животных, являющиеся ценным белково-витаминным источником.

Кормовые дрожжи содержат примерно 50 % сырого протеина, включающего почти все незаменимые и частично незаменимые для животных аминокислоты. Общая питательная ценность 1 кг сухих кормовых дрожжей составляет 1,03 – 1,16 к.е. Так же, кормовые дрожжи являются источником витаминов группы В,  жиров, провитамина D₂ (эргостерин), минеральных веществ, разнообразных ферментов, гормонов, способствующих усвоению белков и углеводов. Кормовые дрожжи используют в качестве белково-витаминной добавки к рациону. При скармливании ускоряется развитие животных, повышается их продуктивность [2].

 

1.1 Сырье для производства кормовых дрожжей

В зависимости от вида культивируемых организмов, среды выращивания кормовых дрожжи подразделяют на следующие разновидности:

• Гидролизные. Для культивирования дрожжей используют гидролизаты отходов: древесных (опилки, стружка, цепа) и сельскохозяйственных (солома, мякина, лузга подсолнечника, кочерыжка кукурузы). А так же могут применяться отходы целлюлозно-бумажного производства;
• Классические. Выращивание дрожжей на барде, получаемой как отход спиртового производства;
• Нерастительные (нефтепродукты и газопродукты). В качестве сырья используются нефтяные парафины; низшие спирты – метанол и этанол; природный газ [3].

 

При накоплении биомассы дрожжей источниками  углерода могут служить: глюкоза, ксилоза, мальтоза, сахароза, манноза, арабиноза, а также уксусная кислота, этиловый спирт и другие органические вещества. Некоторое количество углеводов содержится в отходах пищевой промышленности, которые можно использовать для выращивания дрожжей. К таким отходам следует отнести спиртовую барду заводов производства этилового спирта биохимическим способом из мелассы, зерна и картофеля, соковые воды крахмальных заводов, отбросный щелок, получаемый при известковой сепарации меласса, отходы некоторых других пищевых производств. Количество дрожжей, которое можно получить на этих заводах, определяется количеством отходов.

Для выработки кормовых дрожжей  используются также и отходы целлюлозно-бумажной промышленности: спиртовая барда, предгидролизаты и щелока. Например, некоторые виды сульфитного щелока нецелесообразно перерабатывать на этиловый спирт ввиду незначительного содержания в них гексоз. Большое количество дрожжей может быть получено при использовании растительных источников сырья: отходы древесины хвойных и лиственных пород и сельского хозяйства (подсолнечная лузга, кукурузная кочерыжка, рисовая шелуха и т.д.).

Культивировать кормовые дрожжи возможно и на парафинах. Парафины представляют собой смесь твердых углеводородов метанового ряда преимущественно нормального строения с 18 – 35 атомами углерода в молекуле и температурой плавления 45 – 65 °С. В парафинах обычно содержится некоторое количество изопарафиновых углеводородов, а также углеводородов с ароматическим или нафтеновым ядром в молекуле. Парафины инертны к большинству химических реагентов. Они окисляются азотной кислотой, кислородом воздуха (при 140 °С) и некоторыми другими окислителями с образованием различных жирных кислот, аналогичных жирным кислотам, содержащимся в жирах растительного и животного происхождения. Синтетические жирные кислоты, получаемые окислением парафина, применяют вместо жиров растительного и животного происхождения в парфюмерной промышленности, при производстве смазок, моющих средств и других продуктов.

Технология получения белков из нефтепродуктов пригодна и для производства из низших спиртов – метанола и этанола. В отличие от углеводородов, спирты полностью смешиваются с водой, что облегчает приготовление сред и снижает расходы на перемешивание [4].

В настоящее время отказались от получения кормового белка на нефтепродуктах и природном газе, так как это сырье постоянно дорожает, и использовать его становится все более нерентабельно. Помимо этого, кормовой белок, произведенный на нерастительном сырье, кроме спиртов, не так безопасен, как белок, произведенный на растительных средах и спиртах. Обуславливается это тем, что в кормовых дрожжах, культивированных на парафинах, накапливаются нефтяные фракции, которые вызывают патогенные изменения у животных, особенно влияя на печень.

 

 

 

 

1.2 Виды культур микроорганизмов, используемых для производства кормового белка

В производстве кормовых дрожжей используются разнообразные виды дрожжей. Это  обусловлено: во-первых, питательной  средой, используемой на производстве; во-вторых, качественным и количественным составом продукта культивирования; в-третьих, условиями и методами культивирования [5].

Виды применяемых  микроорганизмов:

• Candida guilliermondii
• Candida scottii
• Candida tropicalis
• Candida utilis
• Monilia munmanica
• Saccharomyces cerevisiae 1026
• Saccharomycetales Kudrjanzev
• Torula utilis
• Trichosporon cutaneum

 

Дрожжи рода Candida относятся к подсемейству Candidoideae семейства Cryptococcaceae. Выделено 186 видов рода Candida. C. stellata может быть частью чайного гриба. C. kefyr / Kluyveromyces marxianus, C. firmetaria / Pichia fermentans, C. lipolytica / Yarrowia lipolytica, C. krusei / Issatchenkia orientalis и некоторые другие могут содержатся в обычном кефире. C. albicans, C. pseudotropicalis, C. tropicalis, C. krusei, C. parapsilosis, C. quillermondii, C. glabrata, C. lusitaniae и некоторые другие могут вызвать заболевания. Candida albicans (Robin) Ber Khout (синонимы: Monilia albicans, Oidium albicans, Candida claussenii, Candida langezoni) — условно-патогенный гриб.

Некоторые виды рода гриба Monilia в зависимости от условий развития, возраста и культуры образуют либо почкующийся мицелий, либо происходит почкование округлых дрожжеподобных клеток. Например, Monilia murmanica хорошо развивается в сахаристых растворах. Другие виды Monilia имеют хорошо выраженный многоклеточный мицелий и размножаются конидиями. Представитель этого вида, например Monilia fructigena, вызывает порчу яблок и груш — плодовую гниль [14].

Saccharomyces cerevisiae 1026 – эта разновидность пивных дрожжей, послужила для создания кормового препарата И – Сак 1026, единственной дрожжевой культуры, рекомендованной ЕС для использования в рационах молочного, мясного скота и телят. Помимо дрожжей для получения белка используют и другие микроорганизмы – дрожжеподобные грибы и бактерии [5]. 

Дрожжи вида Torula выращиваются на древесной массе, используемой в производстве бумаги, или на черной патоке, то есть мелассе. Применяются Torula utilis и Torula ellipsoidea, которые потребляют пентозы, оставшиеся при производстве спирта.

Дрожжи  Trichosporon cutaneum обладают нефтесобирающей  активностью, высокой  деструктивной способностью. Помимо использования в качестве источника углерода нефтепродуктов, они ассимилируют глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, лактозу, мальтозу, раффинозу, а так же снижают загрязненность по показателем БПК и ХПК [15].

 

1.3 Питательные среды, их приготовление

Сырьем для  производства кормовых дрожжей служит спиртовая барда. Питательную среду из барды получают смешиванием ее с растворами солей, содержащих азот и фосфор. Эта операция производится в чанах-смесителях. В смеситель непрерывно поступает барда и растворы солей, а полученная питательная среда непрерывно откачивается в дрожжерастильные чаны. Солевые растворы, прибавляемые к барде, дозируются мерниками-дозаторами, исходя из потребностей штамма микроорганизма и изначального химического состава барды.

Зернокартофельную барду чаще используют как корм для  животных в натуральном или высушенном состоянии, но ее питательная ценность возрастает, если на ней выращивают кормовые дрожжи. Химический состав барды  зависит от вида и качества исходного  сырья и принятой технологии спирта.

Меласса непосредственно на корм животных непригодна, так как в ней содержится большое количество минеральных веществ. Мелассу используют в различных направлениях: как основное сырье для выращивания кормовых дрожжей, для получения органоминеральных удобрений, кормового концентрата витамина В, для выделения глицерина, глютаминовой кислоты, глютамината натрия, бетаина или солянокислого бетаина (ацидина), холинхлорида и других ценных веществ. Меласса содержит 7,5-10 % сухих веществ, в том числе неорганических соединений около 3 %. Дрожжами усваиваются редуцирующие сахара (0,2-0,5 %), глицерин (0,6-0,9 %). органические кислоты (1,5-2,5 %), аминокислоты, спирты, глюкозиды, органические и неорганические азотсодержащие соединения, соли фосфора, калия, магния, железа, витамины и микроэлементы. Многие из аминокислот барды (аргинин, валин, глицин, лейцин, изолейцин, глютаминовая и аспарагиновая аминокислоты) усваиваются дрожжами.