Азықтық ашытқы белогы жануар шаруашылығында қолдану
субстраттардан бөлініп алынған ашытқылардың 10 штамы және құндылығы аз субстраттар ретінде бидай сабаны, бидай кебегі, құрама жем, мақта қауызы және мақсары таңдалынып алынды.
Зерттеу әдістері. Зерттеу жұмысында әртүрлі табиғи субтраттардан дақылдарды бөліп алу, іріктеу, идентификациялау әдістері, дақылдардың морфолого-культуралдық, физиология-биохимиялық қасиеттерін зерттеу әдістері, моно- және аралас дақылдарды сұйық және қатты орталарда дақылдау, субстратты таңдау, дақылдардың биомасса жинау қарқындылығы және белок жинақтау мен мөлшерін анықтау әдістері қолданылды.
Зерттеу жұмысының мақсаты. Ауыл шаруашылығы малдарына арналған азықтық препараттарды байыту үшін жоғары белок жинақтаушы белсенділікке ие ашытқы дақылдарын бөліп алу және ашытқылармен байытылған жаңа жемдік қоспа алу.
Зерттеу жұмысының міндеттері:
1. Әртүрлі табиғи субстраттардан ашытқы дақылдарын бөліп алу және іріктеу;
2. Іріктелініп алынған ашытқы дақылдарының морфолого-культуралдық, физиолого-биохимиялық қасиеттерін зерттеу және идентификациялау;
3. Өсімдік шикізаттарында ашытқы дақылдарының өсу белсенділігін зерттеу және биомасса жинау қарқындылығын бақылау;
4. Ашытқы дақылдарының биомассасында белоктың жинақталу мөлшерін анықтау.
1 АШЫТҚЫ ДАҚЫЛДАРЫНЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ПАЙДАЛАНУДЫҢ МҮМКІНШІЛІКТЕРІ
1.1 Азықтық ашытқы белогы жануар шаруашылығында қолдану
Ашытқылар - бір клеткалы қозғалмайтын, бактериялардан шамамен алғанда, он еседей ірі саңырауқұлақтар патшалығына жататын және табиғатта кең таралған микроорганизмдер. Ашытқылардың аскомицеттер және базидиомицеттер деп бөлінетін бөлімдеріне 1500 жуық түрлері кіреді. Ашытқы клеткасының мөлшері 8-10 микронға тең. Клетка пішіні дөңгелек, сопақша және таяқша тәрізді әртүрлі болады. Басқа саңырауқұлақтардан айырмашылығы ашытқылар ұзақ уақыт оттексіз тіршілік ете алады. Оларда қозғалу органеллалары болмайды. Клетка сыртында қабықша, ішінде цитоплазма, бір ядро және вакуолі бар. Ашытқылар көбінесе монополярлы, биполярлы және латеральды бүршіктену арқылы көбейеді [3]. Ашытқы клеткасы шамамен 75% судан тұрады. Клетканың құрғақ мөлшерінде орташа есеппен азот 45-60%, қант 15-45%, майлар 2,5-13%, минералды заттар 7-10% мөлшерде болады. Сонымен қатар, ашытқы клеткалары метаболизм үшін маңызды ферменттер мен витаминдік құрамға ие. Ашытқылар клеткасында ферменттер тыныс алу және әртүрлі ашу процестерінде катализатор қызметін атқарады. Май және май тектес заттар негізінен бактерия клеткаларының қабығында және цитоплазманың бетінде кездеседі.
Май тектес заттар клетканың құрғақ затында 3-7% шамасында болады. Азықтық ашытқы саңырауқұлақтар денесіндегі май тектес заттардың мөлшері 60%-дай болады. Ашытқыларда белок және витаминдер (В, Д, Е), көмірсулар көп болатындықтан, қазір тамақ және мал азықтық мақсатқа кеңінен қолданылады [4].
Аскомицеттер мицелий түзбейтін, клетка пішіні сопақша келген, диаметрі 3-15 мкм-ге жететін ашытқылар. Аскомицеттер бинарлы бөлінеді немесе аскоспоралар түзу арқылы жынысты жолмен бүршіктеніп көбейеді. Спора түзу және жай бөліну арқылы көбеюі сирек болады. Олардың жыныстық жолмен көбейетін түрлері де бар. Бүршіктеніп көбейгенде, алдымен, аналық клеткадан төмпешік пайда болады да, кейіннен ол үлкейіп бүршікке айналады. Қолайлы жағдайда бүршіктену екі сағатқа созылады.
Спорамен көбею оларда жынысты және жыныссыз жолдармен жүреді. Ашытқы клеткасындағы споралардың саны екіден он екіге дейін жетеді. Жыныссыз жолмен спора пайда болғанда, вегетативтік клеткалар ұсақ бөлшектерге бөлінеді де, олардың әрқайсысының сыртында қабықша пайда болады. Ал жыныстық жолмен спора пайда болғанда екі клетка қосылады да, оны қабықша қаптайды. Споралардың пішіні дөңгелек немесе сопақша болып келеді. Егер ашытқылар өсіп тұрған ортада қоректік зат жетіспей қалса, лезде споралары бар қалта түзеді. Сөйтіп ашытқылардың зиготасы ішінде споралары бар қалтаға айналады.
Ашытқылар - білгілі бір мөлшерде суық сүйгіш эукариотты микроорганизмдердің тобына жатады. Ашытқылардың бұл қасиеті кейде ашытқыларды әртүрлі субстраттардан бөліп алуға мүмкіндік береді.
Ашытқы клеткасына барлық жасушалар секілді төрт өсу фазасы тән: І - лагфаза, ІІ - логарифмдік өсу фазасы, ІІІ - стационарлық фаза, ІҮ - өлу фазасы. Алайда ашытқылардың өндірісінде тек үш өсу фазасын қарастырады, ал соңғы фаза ашытқы өндірісінде болмағаны жөн.
Лагфаза - ашытқы жасушасы қоректік ортаға енгеннен кейін сонда беймделетін период. Олардың ферментті жүйелері биомасса синтезінде құралады. Аминқышқылдардың, полифосфаттардың, рибонуклеин қышқылдарының (РНҚ) активті синтезі жүреді. Жасушалар бүршіктенуге дайындалып, жасуша пішінінің өзгеруіне байланысты массалары өзгереді. Ашытқылар бұл уақытта көбеймейді. Бұл периодтың ұзақтығы жасушаның ферментті жүйесіне, егіс материалының санына, қоректік субстраттың саны мен құрамына, температураға, рН, культуралды ортаның аэрациясына және т.б. факторларға байланысты. Бұл периодта жасушалар сыртқы ортаға сезімтал болып келеді.
Логарифмдік өсу фазасы - жасушалардың жылдам көбеюімен сипатталады. Оларды қоректік және өсу заттарымен қамтамасыз еткенде, сонымен қоса лимиттердің болмауы культуралды ортада бүршіктенетін жасушалардың көп болуына әкеледі. Ашытқы биомассалары жас жасушалар пайда болғанша үлкейіп, аналық жасушаға өсіп, жаңа генерация түзіп бүршіктенеді. Бұл фазада ашытқы жасушасының максималды өсуі байқалады. Периодтың мерзімі ортадағы қоректік заттың мөлшеріне және жасуша метаболизмінде түзілетін өнімнің мөлшеріне байланысты. Периодты бірнеше рет қайталау нәтижесінде процесте қоректік көздердің азаюы, ингибирлеуші өнімдердің пайда болуы немесе ортаның физикалық қасиеттерінің өзгеруінен өсу жылдамдығы төмендей береді. Ортаға қоректік заттарды үнемі толтырып отыру және зиянды заттарды шығарумен логарифмді өсу фазасын шексіз жүргізуге болады. Ашытқы клеткаларының қолайсыз жағдайларға төзу қабілеті бұл периодта жоғарылайды [5].
А.Куктың анықтамасы бойынша бір ашытқы жасушасы орта есеппен 25 жаңа жасушаны, кейде 40 жасушаны түзеді.
Стационарлы фазада жаңа ашытқы жасушаларының түзілуі тоқталады, себебі өсу апаратына қоректік заттар жіберілмейді. Жасушалар өмір сүруін қамтамасыз ету үшін қалған қоректік заттарды қолданады. Жасушалар пішіні жағынан өседі, массасы да үлкейеді. Бұл фазада биомассаның өсуі ашытқы массасынан 5-10 % -ды құрайды. Жасушалардың ферментті жүйелері өмір сүруге қажетті алмасу процестеріне ауысады. Қоршаған ортада жасушалардың төзімділігі жоғарылайды. Бұл фаза ашытқы өндірісінде ашытқы жасушаларының пісіп - жетілуіне сәйкес келеді.
Өлу фазасы - микроорганизмдердің өсуі мен көбеюінің тоқталуымен сипатталады. Жасуша массалары кішірейеді, себебі барлық қоректік заттар алдыңғы фазада қолданылған. Жасушалар өмір сүруі үшін өздерінің қор заттарын пайдаланады. Жасуша автолизі байқалады. Ашытқы өндірісінде бұл фаза қарастырылмайды, себебі ашытқыларды культуралды ортадан бөліп алады. Ол тек қолайсыз жағдайда болуы мүмкін, мысалы сепаратор бұзылуы кезінде, сол кезде жетілген ашытқылар ұзақ уақыт құрылғыда тұрып қалады.
Ашыту құрылғысынан биомассаны бөліп алуды жоғарылату үшін технологиялық процесте лагфазаны минимумға түсіріп, логарифмдік фазаны ұзартып жүргізу қажет.
Ашытқылар систематикасы көбею тәсілдері мен физиологиялық қасиеттеріне негізделген. Олар екі тұқымдасқа сахаромицеттер мен сахаромицет еместерге бөлінеді:
Сахаромицеттер - нан, шарап, сыра алуда қолданылатын мәдени ашытқылар жатады. Олар бүршіктену және спора түзу арқылы көбейеді. Сондықтан бұларды нағыз ашытқылар деп атайды.
Saccharomyces ашытқылары спирттік ашудың негізгі агенттері болып келеді де, шарап жасау, спирт өндіру т.б. технологияларда басты рөлді атқарады.
Өндірісте ашытқылардың Saccharomyces cerevisiae және Saccharomyces elipsoideus сияқты түрлерінің маңызы зор. Saccharomyces cerevisiae 1996 жылдың 24 сәуірінде алғашқы эукариоттық организм ретінде танылды.
Saccharomyces cerevisiae клеткасы - шар немесе жұмыртқа тәрізді болатын, спирт ашуын қуатты жүргізетін қоздырғыш. Олар шарап спиртін алу үшін, сыра қайнатуда және нан ашытуда қолданылады. Бұлардың белгілі бір температурада және жағдайларда тіршілік ететін жеке топтары - расалары бар.
Шарап ашытқысы Saccharomyces elipsoideus түрі спирттік ашу туғызады, нәтижесінде глюкоза шараптық спиртке айналады және көмірқышқыл газы бөлініп шығады. Сондықтан да оны шарап ашыту үшін пайдаланады. Saccharomyces elipsoideus-тің клеткасы эллипс тәрізді. Олардың кейбір расалары шараптағы хош иісті түзуге тікелей қатысады. Ашытқылардың талломы бір клеткалы болып келеді. Вегетативтік көбеюі бүршіктену арқылы жүзеге асады. Қолайлы жағдайда оның тез жүретіндігі соншама, тіптен, бір-бірінен клеткалар ажырап үлгермейді. Бір тәуліктің ішінде мұндай клеткадан миллиондаған ұрпақ пайда болады.
Saccharomyces cerevisiae, Sacch. carlbergensis клеткалар құрамында 50% жуық белок, алмастырылатын және алмастырылмайтын аминқышқылдары, түрлі витаминдер бар; лизин, треонин, валин және лейцин өсімдіктерден асады, бірақ метионин, цистеин аз мөлшерде.
Saccharomyces pombe - клеткасы таяқша тәрізді. Олар екі-екіден өзара ұрықтанады да, одан зигота пайда болады. Өсе келе зиготадан ішінде төрт спорасы бар қалта түзіледі. Спора эллипс тәрізді, сыртқы қабаты тегіс келеді.
Көпшілік ашытқылар моносахаридтерді жақсы ашытады. Ал дисахаридтер тек моносахаридтерге ыдырағанда барып тіршілік ете бастайды. Ал полисахаридтерді (крахмал) және декстринді ашытудан бұрын солодтың (өсірілген арпадан алынады) көмегімен гидролиздейді [6].
Сахаромицет емес ашытқылар - негізінен жалған ашытқылар. Cryptococcaceae біріктіріледі. Бұлар спора түзбейді, бүршіктену арқылы ғана көбейе алады. Бұлардың көпшілігі әртүрлі өндірістегі өнімдерді зақымдайды. Шаруашылық үшін маңызды туыстары да бар. Олар: Torulopsis және Mycoderma. Torulopsis туысына жататын ашытқылар шар тәрізді келеді және ашыту процесі барысында аз ғана мөлшерде спирт түзеді. Torulopsis kefir деп аталатын өкілі қымыз және айран сияқты сүт тағамдарын даярлауда пайдаланылады, ал Torulopsis utilius - тағамдық және мал азықтық ашытқыларды өндіруде үлкен маңызы бар.
Torulopsis биомассасын сүт сарысуында өсіре отырып, сұйық белокты өнім Промикс алады, мұның құрамында белок бастапқы сүт сарысуына қарағанда, 2-3 есе артық. Ашытқы белогымен байытылған Провилакт өнімі құрғақ майсыздандырылған сүтті алмастырушы ретінде қолданылады [7].
Mycoderma туысына жататын ашытқылардың клеткасы ұзынша. Олар спирт түзе алмайды. Бірақ ортадағы бар спиртті және органикалық қышқылдарды су мен көмірқышқыл газына дейін тотықтыра алады. Құрамында спирті бар ішімдіктердің бетіне қонса, Mycoderma қатпарланған пленка түзеді де, оның иісі мен дәмін бұза бастайды. Сонымен қатар Mycoderma қатпарланған пленка түзеді де, оның иісі мен дәмін бұза бастайды. Сонымен қатар Mycoderma сүт тағамдарын, тұздалған көкөністерді бүлдіріп, сірке және нан ашытқыларын жасайтын өндіріске өте көп зиянын тигізеді.
Ашытқыларға Rhodotorula жатады. Ол қызғылт пигмент түзеді және кейбір тағамдық заттарды бүлдіреді. Бұлардың ішінде Candida деген тобының ауру қоздыратын қасиеті бар. Candida albicans - адамдарда кандидоз ауруын тудырады. Candida utilis, Candida arbore - биотехнологияда белокты биомасса алуға қолданады [8].
Көптеген ашытқылар хемоорганогетеротрофтыларға жатады. Олардың қоректенуі мен энергия алуы органикалық қорек көздерінің арқасында жүреді. Оттексіз жағдайда ашытқылар қорек көзі ретінде көмірсуларды пайдаланады. Ал, оттегі жеткілікті жағдайда ашытқы клеткалары көмірсутектерді, майларды, спирттерді және т.б. құрамы күрделі қосылыстарды пайдалануға қабілетті болып келеді.
Ашытқылар аэробты жағдайда қоректік ортада глюкоза төмен мөлшерде болғанда АТФ-ты тыныс алу процесінің есебінен алады. Көміртекті қосылыстардың көмірқышқыл газы мен суға дейін тотығуы ашытқыларда 3 түрлі механизм бойынша жүреді. Олар: үшкарбон қышқылы айналымы, глиоксилатты және пентозофосфаттық жол арқылы жүзеге асады. Әрбір айналымның жүзеге асуы барысында клеткада пиридиннуклеотидтердің түзілуі жүреді. Пиридиннуклеотидтер биосинтез процесінің қайта қалпына келуіне немесе фосфор тотығуы барысында АТФ алуға жұмсалады. Фосфордың тотығуы жағдайында НАД·Н электрон тасымалдау тізбегінде электрон доноры қызметін атқарады. Ашытқыларда митохондрияның оқшауланған ішкі мембранасында флавопротеидтер, убихинондар және цитохромдар тәрізді белок тасымалдаушы электрондар болады. Көміртекті байланыстардың спектрі ашытқылардағы ашу процесіне қарағанда, аэробты тыныс алу процесінде кеңірек келеді [9].
Ашытқылардың көптеген түрлері төменгі 0-50С, ал жоғарғы -30-400С температурада өсе алады. Барлық ашытқылар 20-250С бөлме температурасында өсуге қабілетті келеді. Бірқатар ашытқылар, мысалы Kluyveromyces thermotolerans, Arxiozyma telluris, Candida tropicalis, 450С-тан жоғары температурада өсе алады. Ал, олардың ең төменгі өсу температурасы 0-50С аралығында, сондықтан оларды жоғары температураға төзімділігіне байланысты термотолеранттылар деп атауға болады.
Жылықанды жануарлардың мүшелерінде тіршілік ететін ашатқылардың бірнеше түрі бар. Мұндай түрге, мысалы, қояндардың ішек жолында тіршілік ететін Cyniclomyces guttulatus түрі жатады. Бұл ашытқы барлық өмірлік айналымдарын жануар ағзасының температурасымен байланыста атқарады. Сондықтан олардың өсу температурасының диапазоны өте қысқа, 30-400С аралығында болады (психрофобтылар).
Өте сирек жағдайда 0[0]С температурада жақсы өсетін ашытқылар кездеседі. Егер мұндай ашытқылардың өсуінде ең жоғарға температура 20-25[0]С-тан төмен болмаса, онда олар суыққа төзімді немесе психротолеранттылар деп аталады. Психротолерантты ашытқылардың түріне әдетте базидиомицетті ашытқы өкілдері жатады. Егер ашытқылардың өсуінде ең жоғарға температура 20[0]С-тан төмен болса, онда психрофильді ашытқылар деп бөлу ұсынылады. Психрофильдерден штамдардың арасында Leucosporidium scottii, Mrakia frigida түрлері кездеседі. Бұл ашытқыларды тундра топырағынан немесе антарктиданың суынан бөліп алады. Психрофильдерге сонымен бірге базидиомицетті ашытқыларға жататын Cryptococcus, Bullera, Sporobolomyces және т.б. штамдары жатады. Аскомицетті ашытқылардан психрофильді түрлері белгісіз [10].
Ашытқылар қоректік ортада қант көп болса, қантты спирт пен көмірқышқыл газына айналдырып, дереу ашыту әрекетін тудырады. Сондықтан оны сыра, қымыз, сүт, шарап, нан пісіру өнеркәсібіне кеңінен пайдаланады. Ашытқыларды мәдени және табиғи деп екіге бөледі. Табиғатта өздігінен өсетін түрлерін жабайы ашытқылар деп атайды. Олар ауылшаруашылық өнімдерін зақымдап, едәуір зиянын тигізеді. Ал ашытқылардың пайда келтіретін түрлерін мәдени ашытқылар деп атайды. Оларды таза дақыл түрінде бөліп алып өсіргендіктен өндірістік қасиеті жоғары. Ашытқыларда белок және витаминдер (В, Д, Е), көмірсулар көп болатындықтан, оларды қазір тамақ және мал азықтық мақсатқа кеңінен қолданады. Жемге ашытқы массасы жануардың рационының құрғақ затынан 5-10 % мөлшерінде қосылады.
Ашытқыларды мыңдаған жылдар бойы адамдар ферментацияда және нан пісіруде қолданып келді.
Ашытқы клеткалары өсуіне қоректік ортадан басқа да жағдайлар әсер етеді. Ашытқы клеткаларының қатты не сұйық ортада жақсы өсуі үшін, оның рН көрсеткішінің маңызы өте зор. Ашытқысы бар орта әлсіз қышқыл болуы керек. Сілтілі орта ашытқы клеткасын басып тастайды. Ал сілтілігі өте жоғары болса ашытқы клеткалары өліп қалады. Сондықтан ашытқы клеткалары өсетін қолайлы рН көрсеткіші 4,5-5,5 аралығында болуы керек.
Ашытқылардың тіршілік әрекеттерінде температураның маңызы ерекше. Ашытқы клеткаларын өсіру үшін 25-280С шамасында температура қажет. 45-500C және одан жоғары температурада ашытқы клеткалары өліп қалады. Ал төмен температура ашытқылардың тіршілік әрекеттерін баяулатып немесе тоқтатып, олардың ұзақ уақыт бойы бұзылмай сақталуына мүмкіндік береді. Клеткалардың өсуіне аэрацияның әсері зор. Аэрация болмаса, жалпы алғанда, суспензияның өсуі мүмкін емес. Аэрация белсенділігі, 1литр ортаға 2 г (О2) оттегі болуы қажет.
Өндірілген ашытқыларды негізінде аспаздық мақсатта пайдаланады. Сатылымға шығарылатын ашытқылар үш түрлі болып келеді: 1) Cығымдалған ашытқылар; 2) Құрғақ ашытқылар; 3) Сұйық сыра ашытқылары.
Құрғақ ашытқылар 0,8-1,3 мм диаметрлі түйіршіктер немесе 2-2,5 мм диаметрлі кеспе түрінде дайындалады. Олар 7,5-10 % ылғалдылықта сақталады.
Сыра ашытқыларын биологиялық белсенді қосылыстар және дәрі дәрмек жасау үшін пайдаланады.
Сығымдалған ашытқылар. Бұлар жуылып, сығымдалып, дақылдық ортадан бөлініп алынған ашытқы клеткаларының жиынтығы. Ашытқыларды өсіретін қоректік орта ретінде сұйылтылған меласса пайдаланылады. Меласса (қызылша қанты өндірісінің қалдығы) - сірне консистенциясы бар қою қара түсті сұйықтық. Ашытқы зауыттарында мелассаны сумен сұйылтып, қышқылдандырады және азот пен фосфор тұздарын қосады.
Ашытқылар арзан субстратта жақсы өседі, саңырауқұлақтар немесе актиномицеттерге қарағанда жылдам өседі, қышқыл ортаға тұрақты келеді. Жылдам биомасса жинақталады, ашытқы клеткалары бактериямен салыстырғанда үлкенірек, сондықтан центрифугада айналдырғанда дақылдық сұйықтықтардан жылдам айырылады. Ашытқылардың гибридтік штамдары жоғары ферменттік белсенділікке ие, жақсы бұзылмай сақталынады. Ашытқы клеткаларының белоктары организмде жақсы сіңіріледі және қорытылады. Ал лизин, треонин, валин және лейцин мөлшері бойынша көптеген өсімдік белоктарынан асып түседі.
Азықтық ашытқы белогы жануар шаруашылығында жемдік қоспа ретінде ХХ ғасырдың екінші жартысынан бастап кеңінен қолданыла бастады. Ол құрамында алмастырылмайтын амин қышқылдары мен витаминдердің болуымен жемнің биологиялық құндылығын жоғарылатады [11].
Азықтық ашытқылар - жоғары құндылыққа ие белок-витаминді өнім. Ашытқылармен синтезделетін микробтық протеин сіңуі және амин қышқылдық құрамы бойынша жануартекті протеиннен асып түседі, басқа жем белоктарының биологиялық құндылығын арттырады. Азықтық ашытқылардың белоктары жануар ағзасында 95 % қорытылады. Құрамына кіретін күкірт пен оның қосылыстары амин қышқылдары түзілуінің биологиялық процестеріне қатысады. Ашытқылардың ферменттік жүйесі амин қышқылын сіңіру және белок синтезі процестерін катализдейді. Ашытқылардың құрамында кездесетін фосфор мен кальций сүйектің қалыпты дамуына әсер етеді. Ашытқы клеткасында болатын В тобы витаминдері май метаболизмінің реттеушілері болып табылады. Азықтық ашытқыларды пайдалануға қарсы көрсетілімдер жоқ және оларды пайдаланудың артық мөлшері қосымша зиянды құбылыстарды тудырмайды.
Азықтық белок штамм-продуценттері ретінде Candida, Saccharomyces, Hansenula, Torulopsis және т.б. туысы микроскопиялық саңырауқұлақтарын пайдаланады. Олар құрамында көмірсу көздері мен минеральді элементтері (N, P, K, Mg, Ca, Fe, Mn, Zn және т.б.), сонымен қатар еріген оттегі бар қоректік ортада дамуға қабілетті бір клеткалы микроорганизмдер болып табылады. Биомасса өсуі барысында ашытқы клеткасында белоктың ферментативтік синтезі жүзеге асады.
Азықтық белок алудың мұндай технологиясын жүзеге асыруда бастапқы шикізат ретінде әдетте қағаз және ағаш өңдеу өндірісі қалдықтарын, сабан, мақта қауызы, күнбағыс себеті, зығыр сабағы, жүгері өзегі, қант қызылшасы мелассасы, картоп езіндісі, жүзім сығындылары, тағам өнеркәсібі қалдықтарын т.б. пайдаланады.
Белок шикізаты жеткіліксіз ресурстарының компенсациясы үшін тағам, микробиологиялық және химиялық өндірісі екіншілік ресурстарын кеңінен пайдалануға тура келеді. Биотехнология жетістіктерін кеңінен пайдалану жоспарлануда, нақтырақ микробтық синтез өнімдері: амин қышқылы, азықтық ашытқылар.
Құрғақ ашытқы массасында 40-60% шикі белок, 25-30% көмірсу, 3-5% шикі май, 6-7% клетчатка мен витаминдердің жоғары мөлшері (50мг%) болады.
Азықтық ашытқылардың қоректік қасиеттерін зерттеу бойынша жүргізілген тәжірибелер көрсетуі бойынша, олар жануар организмінде жақсы қорытылады (белок қорытылуы 80-90%), алмастырылмайтын аминқышқылы мөлшері бойынша ФАО эталонына жақын, ал белоктағы лизин, треонин, валин және лейцин мөлшері бойынша аталған эталоннан асып түседі. Сонымен қатар, ашытқы белоктары метионин бойынша тұрақсыз, әрі оларда басқа күкірт құрамды аминқышқылдары аз кездеседі.
Өсімдіктекті белоктармен салыстырғанда азықтық ашытқылар нуклеин қышқылының жоғары мөлшеріне ие (құрғақ салмағының 3-6%). Өз кезегінде, бұл концентрация жануар организміне зиян әсерін тигізеді. Олардың гидролизі нәтижесінде көптеген пуриндік негіздер түзіледі, олар ары қарай несеп қышқылы тұзына айналады.
Несеп қышқылы ағзада жинала келе несептас ауруларына, остеохондроз және басқа да нәтижелерге алып келуі ықтимал. Осының нәтижесінде, ауыл шаруашылығы жануарлары жеміне ашытқы массасын қосудың оптималды мөлшері әдетте құрғақ заттың 5-10% көп емес немесе жем рационындағы жалпы белок мөлшерінің 10-20% ашытқы белогын құрайды. Өндірістік технологияны жетілдіруден басқа, белокты көп мөлшерде әрі биомассаны жылдам жинақтауға қабілетті және субстратты тиімді пайдаланатын жоғары өнімді ашытқы штамын жасау да маңызды болып табылады. Микроорганизмдердің жаңа штамдарын жасап шығару үшін кәдімгі селекция әдісін де, сонымен қатар гендік-инженерлік биотехнологияны да қолданады.
1.2 Жемдік белоктар және оларды байытудағы микробтық синтездің рөлі
Белок - кез-келген тірі организм клеткаларының тіршілік етуі үшін аса маңызды: каталитикалық, реттеуші, транспорттық, биоэнергетикалық, инфекциялардан және стресс факторларынан қорғау, құрылымдық, қор т.б. қызметтерді атқаратын негізгі компоненті болып табылады. Өсімдіктің вегетативті үлес салмағындағы белок мөлшері құрғақ салмағының 5-15% мөлшерін алса, дәнде - 8-18%, майлы өсімдік дәнінде - 16-28%, бұршақ дақылдарында - 25-40% құрайды.
Адам ағзасы үшін алмастырылмайтын амин қышқылдарының негізгі көзі өсімдік және жануар текті белоктар, ал ауыл шаруашылығы жануарлары үшін - негізінен өсімдіктекті белоктар болып табылады. Тағам немесе жем арқылы түсетін белоктық қосылыстар асқазан сөлі ферменттері әсерімен амин қышқылдарына дейін гидролизденеді, олар ары қарай адам немесе жануар организмі белоктық молекулаларын түзу үшін пайдаланылады.
Барлық алмастырылмайтын амин қышқылдары тағамдық белоктарда, ағза қажеттіліктерін қамтамасыз ететіндей, белгілі бір мөлшерде болуы тиіс. Егер бір аминқышқылының өзі жетіспеген жағдайда, басқа артық мөлшердегі амин қышқылдары, белок синтезі үшін қатыса алмайды (белок синтезі механизмдеріне сәйкес). Осы орайда, белоктық заттардың синтезі және организм тіршілігін сақтап қалуды қамтамасыз ету мақсатында қосымша тағамдық азықтық белок мөлшері қажет. Нәтижесінде жем-азыққа кететін шығын мөлшері артып, мал өнімі құны артады.
Жем шығынының алдын алу мақсатында алмастырылмайтын амин қышқылы болуы және жемдегі жалпы белок мөлшері бойынша белок балансын қадағалау қажет. Белоктың амин қышқылдық құрамын бағалау үшін олардың биологиялық-тағамдық құндылығын сипаттайтын көрсеткіштерін анықтайды. Алмастырылмайтын амин қышқылының оптималды мөлшерін қамтитын азықтық және тағамдық белоктарды биологиялық толыққанды белоктар деп атайды.
Белоктардың амин қышқылдық құрамын зерттеу бойынша көптеген мәліметтерді, БҰҰ-ның азық-түлік және ауыл шаруашылығы бойынша Халықаралық ұйымының жалпылауы (ФАО) нәтижесінде тағам және азықтық белоктардағы алмастырылмайтын амин қышқылдарының оңтайлы құрамы берілген ұсынымдары жасалған. Бұл ұсынымдар әртүрлі белоктардың биологиялық-тағамдық құндылығын бағалауда эталон (анықтамалық) ретінде пайдаланылады. Мысалы, егер ФАО ұсынысы бойынша эталонды белоктың биологиялық құндылығы 100% деп алынатын болса, онда көптеген жануарлардың белогының биологиялық құндылығы 90-95%; бұршақ өсімдігі вегетативті массасы белогы - 80-90%; асбұршақ мен майлы дақыл дәндері, картоп түйнегі, тамыр-жемістер, көкөністер, көптеген шөптекті өсімдіктер вегетативті массасы - 75-85%; астық дақылдары басым көпшілігінің дәндері белоктары - 60-70%; биологиялық құндылығы ерекше төмен жүгері дәні белоктары - 52-58%.
Ауыл шаруашылығы жануарларын дұрыс қоректендіру үшін олардың рационында әрбір азықтық бірлікте 110г кем емес жақсы қортылатын және толыққанды белоктың болуы абзал.
Ауыл шаруашылық жануарларын қоректендіруде қолданылатын өсімдік массасындағы белоктық құрам қалыптан төмен болған жағдайда, жемге шығындалудан және жануар өнімінің өзіндік құнының артуын болдырмау мақсатында жемдегі белок мөлшерін белоктық қоспалар ендірумен реттейді. Қандай да бір амин қышқылының жетіспеушілігін жемге дефицитті амин қышқылының таза препараттарын немесе амин қышқылдық құрамы жоғары белоктық массаны қосу арқылы орнын толтырады.
Алмастырылмайтын амин қышқылдарының неғұрлым үйлесімді құрамы соя дәндері белоктарына тән. Оның этолоннан тек метионин мен триптофан мөлшері ғана кем түседі. Салыстырмалы жоғары биологиялық құндылыққа күріш пен бұршақ дәндері белоктары да ие. Біздің елімізде көп пайдаланылатын астық дақылдары - бидай, жүгері, арпа - белоктық құрамының үйлесімсіз амин қышқылдық құрамымен ерекшеленеді. Бидай мен арпа дәні белоктарында лизин, метионин және изолейцин, сонымен қоса жүгеріде триптофан өте аз мөлшерде кездеседі.
Соя белогы амин қышқылдық құрамының үйлесімді болуына орай, бұл дақыл ең арзан тағамдық және жемдік белок көзі ретінде маңызды болып табылады. Әлемдік нарықта соя белогының ірі өндірушісі, әрі жеткізушісі АҚШ мемелекеті болып отыр. Басқа да толыққанды белок көздерін іздестіру маңызды [12].
Еліміздің жем өндірісінде астық дақылдары ерекше жоғары салмақты құрайды. Орта есеппен астықтар үлесіне 50% жуық азықтық белок тиесілі. Құрамына негізгі компоненті ретінде астық дақылдарының дәндері кіретін жемдер балансын, белок және алмастырылмайтын амин қышқылдық құрамы бойынша реттеу мақсатында әдетте құрама жем (комбикорм) деп аталатын концентрленген белоктық қоспаларды қолданады.
Оларды даярлау үшін ет-сүйекті және балық ұнын, ет және сүт өндірісі қалдықтарын, майлы өсімдіктер күнжарасы (жмых), кебек, асбұршақ тұқымдастарын пайдаланады. Балық және ет-сүйек ұндары мен басқа да жануарлардың белоктық қалдықтары көп мөлшерде тағамдық белоктарға жұмсалатынын ескерер болсақ, белок және амин қышқылдарының жетіспеушілігін қамтамасыз ете алатын олардың толық орын басушысы қажет.
Белок синтезі жоғары белсенділігімен көптеген микроорганизмдер ерекшеленеді. Сонымен қоса, микроб клеткалары белоктарында жоғары мөлшерде алмастырылмайтын амин қышқылдары кездеседі. Арнайы жүргізілген жұмыстарда микроб массасы белоктарының тағамдық және токсикологиялық бағалауы тексерілген. Тексеру нәтижесі кейбір микроорганизм клеткаларын, биологиялық құндылығы бойынша соя шроты мен балық ұны белоктарынан кем түспейтін, концентрленген жемдік қоспа ретінде пайдалануға болатындығын көрсетті.
Азықтық белок көзі ретінде микроорганизмдер өсімдік, тіпті жануар организмімен салыстырғанда бірқатар артықшылықтарға ие. Олар белоктардың жоғары (құрғақ салмағының 60%-на дейін) және тұрақты болуымен ерекшеленеді, ал өсімдіктердегі белок концентрациясы өсіру жағдайларына, климат, ауа-райы, топырақ және агротехника түрі т.б. жағдайларға байланысты айтарлықтай өзгеріске ұшырайды. Белоктармен қатар микроб клеткаларында басқа да тағамдық құндылығы жоғары қосылыстар жинақталады: сіңімділігі жоғары көмірсулар, қанықпаған май қышқылының мөлшері жоғары липидтер, витаминдер, макро- және микроэлементтер. Микроорганизмдердің атап өтерлік тағы бір маңызды артықшылығы - белок массасын өте жылдам өсіру қабілеттілігі [13].
Көптеген микроорганизмдер белоктардың белсенді синтезіне қабілетті, сонымен қатар микроб клеткаларының белоктарының құрамына көп мөлшерде алмастырылмайтын амин қышқылдары кіреді. Бұл микроорганизмдерді, биологиялық құндылығы бойынша соя тағамы мен балық ұны белоктарынан кем түспейтін, концентрленген азықтық қоспа ретінде пайдалануға болады.
Микроорганизмдер азықтық белок продуценттері ретінде өсімдік, кей жағдайларда жануарлар организміне қатысты кейбір артықшылықтарға ие. Олар белок мөлшерінің жоғары болуымен (құрғақ массасының 60% мөлшеріне дейін) ерекшеленеді, ал өсімдіктердегі белок концентрациясы өсіру жағдайларына, климат, топырақ түрі, агротехника және т.б. факторларға байланысты өзгеріп отырады. Белоктармен қоса микроб клеткаларында басқа да тағамдық құнды қосылыстар түзіледі: жеңіл сіңетін көмірсулар, қанықпаған май қышқылдарының көп мөлшерін қамтитын липидтер, витаминдер, макро- және микроэлементтер.
Микроорганизмдер табиғатта кеңінен таралған: ауада, өзендер мен көлдерде, ыстық бұлақтарда, мұздар мен топырақта. Бірақ-та микрофлораның құрамы тіршілік ету жағдайларына байланысты алуан түрлі болып табылады.
Биотехнологиялық өндірісте микроскопиялық организмдерді экономикалық тұрғадан қолданудың мақсатқа сай болуы мен келешегін анықтайтын факторлар:
1. Микроорганизмдерді өсіру үшін пайдалануға болатын, ауыл шаруашылығы өндірісінің қалдықтарын қоса алғанда, шикізаттардың кең спектрі;
2. Протеиндердің қарқынды синтезіне қабілеттілік;
3. Микроорганизмдерді өсірудің қол жетімді технологиясы мен кез келген маусымда және тәулікте дақылдау мүмкіншілігі;
4. Микроорганизмдер құрамында көп мөлшерде құнды заттардың болуымен ерекшелінеді;
5. Микроорганизмдерді гендік деңгейде, биохимиялық құрамын жақсарту мақстында қажетті бағытта өзгертуді жүзеге асыруға болады.
Микроорганизмдерді қолдану жер көлемі шектелген аудандарда азықтық концентраттардың өнеркәсіптік өндірісін ұйымдастыруға және жыл мезгіліне тәуелсіз олардың көп мөлшерін алуға мүмкінді береді. Сонымен қатар, микроб клеткалары ауыл шаруашылығы және өндіріс қалдықтарынан белоктарды синтездеуге қабілетті. Осылайша олар бір мезгілде екінші бір мәселені шешуге мүмкіншілік береді - қоршаған ортаны қорғау мақсатында осы қалдықтар утилизациясы [14].
Микробтық синтез өте интенсивті болуымен сипатталады. Мысалы, салмағы 500 кг соя өсімдігі дән жетілу фазасында тәулігіне 40 кг белок, осындай салмақтағы бұқа - 0,5-1,5 кг синтездеуге қабілетті болса, ал ашытқы клеткаларының 500 кг мөлшері - 1,5 т белок синтезін жүзеге асырады. Азықтық белок көзі ретінде әдетте ашытқылар мен бактериялардың әртүрлі түрлері, микроскопиялық саңырауқұлақтар, бір клеткалы балдырлар қолданылады.
Микроорганизмдерді целлюлолитикалық ферменттер мен азықтық белок продуценттері ретінде қолдану кезінде бір мезгілде екі негізгі мәселе шешімін табады - белоктық массаны алу және қоршаған орта ластану көзі болуы ықтимал өсімдік шаруашылығы, ағаш өңдеу және целлюлоза-қағаз өнеркәсібі қалдықтары утилизациясы.
Маңызды міндеттердің бірі - микрофлора ыдыратуына жоғары тұрақтылыққа ие лигнинді қорытуға қабілетті микроорганизмдердің белсенді штамдарын табу болып табылады.
"Ақуыз жетіспеушілігі" мәселесін шешуде микробологиялық синтез тәсілімен азықтық ашытқылардың өнеркәсіптік өндірісі перспективалы болып табылады. Өнеркәсіпте алынатын азықтық ашытқылар ақуыздың (алмастырылмайтын амин қышқылдарының құрамы бойынша), дәрумендер кешенінің, липидтер мен басқа да биологиялық белсенді заттардың сапасы бойынша өсімдік және мал ақуыздарынан кем түспейді, ал жеке көрсеткіштер бойынша олардан асып түседі.
Жемдік ашытқылар - құндылығы жоғары белокты - витаминді өнім. Ашытқылар синтездейтін микробтық белок сіңірілу және аминқышқылдар мөлшері бойынша жануар текті белоктардан басым түседі, басқа жемдердегі белоктардың бағалығын арттырады. Жануарлар организмінде жемдік ашытқылардың белоктары 95 % - ға дейін қорытылады. Белоктың құрамына кіретін күкірт пен күкірт қосындылары аминқышқылдар түзілу процесіне қатысады. Ашытқылардың ферменттік жүйесі аминқышқылдардың сіңірілу және белок синтезі процестерімен тығыз байланысты. Сонымен қатар ашытқылар құрамындағы фосфор мен кальций қаңқаның дұрыс қалыптасуында маңызды рөл атқарады. Ашытқылардың құрамына кіретін В тобы витаминдері майлар метаболизмінің реттеуішілері болып табылады. Жемдік ашытқыларды пайдаланудың қарсы көрсеткіштер жоқ және жемдік ашытқыларды шектен тыс қолдану қосымша құбылыстарды тудырмайды [15].
Биологилық продуценттерді таңдау. Белоктың продуценті ретінде таңдалып алынған микроорганизмге қойылатын маңызды талаптар:
Шикізаттан жоғары мөлшерде өнім немесе өнімдерді шығаруы керек;
Жоғары жылдамдықта өсуі керек;
Тұрақтылығы мен жағдай талғамайтын болуы қажет;
Көміртекті энергетикалық субстратта продуценттің жоғары дәрежеде өсуге қабілеттілігінің болуы керек;
Дақыл өзінің метаболизмінің өніміне тұрақты болуы керек. Бұл әсіресе культуралық сұйықтықтың рециркуляция процесі үшін өте мағызды.
Дақыл өсіру барысындағы әртүрлі жағдайларға тұрақты болуы керек;
Жоғары мөлшерде белок түзу, алмаспайтын аминқышқылдар, витаминдердің микроб клеткасындағы белгілі бір мөлшері, басқа да метаболиттерді өсу ортасында түзу секілді дақылдың дайын өнімді түзуге икемділігінің болуы керек;
Жақсы фильтрлену, сепарирлену, флотациялану және өсіру температурасы және т.б. технологиялық талаптарға сай болуы керек;
Жануарларға зиянының болмауы керек;
Адамдарға потогенді болмауы керек. Кейбір адамдардың микроорганизмдердің белгілі бір түрлеріне аллергиясы болуы мүмкін, бұл қолданылатын продуценттің потогенді емес екендігіне жауап бермейді [16]. Егер өндірісте бактериялар, ашытқылар немесе зең аңырауқұлақтарын таңдауға мүмкіндік болса, онда барлық факторлардың жиынтығын ескеру қажет. Бактериялар жылдам өсіп, белок жинақтауы мүмкін (80%-ға дейін), бірақ ашытқылармен салыстырғанда нашар фильтрленеді және нашар сепарирленеді. Мицелийлі зең сағырауқұлақтарының ашытқылар мен бактериялардан айырмашылығы олардың құрамында аминқышқылдардың аз ғана мөлшерінің болуында жатыр. Аминқышқылдарының жоғары мөлшерде болуы, азықтық өнімнің сапасын түсіреді. Мицелийлі зең саңырауқұлақтары сонымен бірге көмірсулардың көптеген түрлерін пайдалануға қабілетті және тағам өнеркәсібі мен ауыл шаруашылығының қатты қалдықтарын (пішен, сабан және басқа да өсімдік шикізаттары) субстрат ретінде пайдаланып жақсы өсе алады. Мицелийдің талшықты құрылымы фильтрацияның арзан әдістерін қолдануға мүмкіндік береді. Алайда, зең саңырауқұлақтары баяу өседі (3-7 тәул.) және мицелий түзіп ортаны улы өнімдермен ластайды.
Өндірістік жағдайда көмірсу және целлюлоза құрамды өсімдік қалдықтарын қолданып дақылдауда ашытқыларды және зең саңырауқұлақтарын пайдаланады. Ашытқыларды сұйық субстраттарда, ал зең саңырауқұлақтарын өсімдіктердің қатты шикізаттарында дақылдайды.
Азықтық ақуыз алуда микроорганизмдерді өсіру үшін ферментациялық сатылар таңдалып алынады. Егер ферментацияның мақсаты - белокты барынша жоғары жинақтайтын микроорганизмдердің негізінде азықтық өнім алу болса, онда ферментациялық процестер аэробты жағдайда жүргізіледі. Көп жағдайда ферментациялық процестің үздіксіз және периодты кезеңдері қолданылады.
Ферментацияда қолданылатын үздіксіз процестер өнімді болып келеді. Уақытты тұрақты ұстау және құрал-жабдықтарды пайдалануда шығын аз, сонымен қатар процесті бақылау мен автоматтандыру мүмкіндігі жоғары болып келеді. Азықтық мақсатта биомасса өндіруде үлкен көлемде ағаш гидролизаттарын, сульфиттік сілтіні, шымтезекті, спирттерді, көмірсутектерді, органикалық қышқылдарды өңдеуде ферментацияны асептика ережелерін сақтамай-ақ жүргізуге болады. Негізгі ферментациялық процесс үздіксіз өсіру әдісі арқылы жүргізілетін болса, онда ферментацияны бірсатылы реакторда немесе каскадты реакторда ұйымдастыруға болады. Каскадты реактор бір аппараттан тұрса да бірнеше бөлімдерге бөлінген. Көпсатылы процесті дақылдардың шикізат көздерін үздіксіз қолданатын жағдайларында және қиын тотығатын субстраттарды өңдеу барысында пайдалану тиімді болып табылады.
Ферментацияның периодты процесі барысында параллель және бір-біріне тәуелсіз бір немесе бірнеше құрылғылар жұмыс істейді. Егер құрылғылар саны бірнешеу болса, онда жұмыс кезеңдік тәртіп бойынша жүргізіледі. Аспаптың біраз бөлігі ферментация жағдайында болса, қалған кішкене бөлігі жуу және стерилизациялау режимінде болады [17].
Микробиологиялық өнімді алу тереңдік, тереңдік гетерофазалық немесе беттік өсіру технологияларына тікелей тәуелді. Тереңдікте өсіру әдісі сулы фазада жүргізіледі. Микроорганизмдерді өсіретін ортаға тұз ерітінділерін, ерітінді жағдайындағы органикалық шикізаттарды, егілетін материалды салады. Тереңдікте өсіру әдісі әсіресе өндірістік биотехнологиялық процестерде кеңінен қолданылады. Бұл әдісті қолданылатын субстраттар қатты фазада болмауы керек. Сондықтан тереңдікте өсіру барысында сүт сарысуы, шымтезек, спирт және т.б. шикізаттарды пайдаланады. Бұл жағдайда сапалы белок алу үшін ашытқы дақылдарын пайдаланады.
Гетерофазалы тереңдікте дақылдау - суспензияны және жүгері собығының, картоптың және т.б. дақылдарды субстрат ретінде ортаға қосып сұйық фазада жүргізіледі. Бұл жағдайда микроорганизмдердің қоректенуі микроорганизмдер сұйықтықта болса да ортаның бетінде жүруі мүмкін. Продуцент-микроорганизм ретінде ашытқылардан Candida туысының өкілдері, зең саңырауқұлақтарынан Fusarium, Chrysosporium, Aspergillus, Myrothecium туысының өкілдері, бактерия культурасынан Cellulomonas туысы өкілдері, целлюлоза ыдыратушы қасиетке ие ашытқылардан Saccaromyces, Candida туысының өкілдері қолданылады. Ферментация процесінің нәтижесінде бастапқы шикізаттың қалдықтары мен микробтың биомассасының қосындысынан құралған құрамында 20%-ға дейін белок бар өнім алынады.
Беттік дақылдау (қатты фазалы ферментация) өсімдік массасының жеңіл ылғалданған (ылғалдылық 25-75%-ға дейін) массасында жүргізіледі. Субстрат ретінде сабан, ағаш үгінділері, жүзім езбелері, кебек, майдаланған картоп және т.б. әртүрлі қалдықтар пайдаланылады. Микроорганизмдердің өсуі қатты фазада субстрат - су - ауа аралығында жүреді, бірқатар жағдайларда субстраттың ішкі бөлігінде жүруі мүмкін.
Қатты фазалық ферментациялауда құрамында крахмал бар қалдықтарда (картоп, банан) белоктың мөлшері 2,5-6,5 %-дан 17-20 %-ға дейін жоғарылайды.
Ақуыз өндіруде техникалық жағынан ең тиімді дақыл - ашытқылар болып табылады. Ақуыз продуценттері ретінде көбінесе қолданылатын организмдер - полиплоидты мутантты ашытқылар. Олардың жасушаларының көлемі дәстүрлі ақуыз продуценттеріне қарағанда 2 есе үлкен. Қазіргі уақытта ірі масштабтағы өндіріс үшін қажетті қасиеттерге ие микроорганизмдердің 2 тобы белгілі: бұл n-алканда өсетін (қалыпты көмірсулар) Candida ашытқылары және метанолда өсетін Methylophillus methylotrophus бактериялары болып табылады.
Ашытқы клеткасы бір тәулік ішінде өзінен 40 есе асып түсетін қоректік заттардың мөлшерін өндіре алады. Ашытқылардағы көбеюдің жылдамдығы, үлкен көлемде алуан түрлі заттарды синтездеу және өсімдік пен жануар жасушалары жүзеге асыра алмайтын биохимиялық процестерді жүргізу мүмкіндігі өндірісте жоғары бағаланады. Бұл ерекше қасиеттері ашытқыларды көптеген өнімдердің өндірісінде қолдануға, сонымен қатар ақуыздың негізгі өндірушілеріне айналдырды. Қазіргі таңда ақуыз өндірудің 2 бағыты алға қойылды: адам тағамы үшін және мал азығы үшін ақуыз өндіру. Екінші бағыт толығымен меңгерілді.
Арнайы кәсіпорындарда микроорганизмдер көмегімен азықтық ақуыз және ауылшаруашылық жануарларының азығындағы ақуыз тапшылығын ликвидациялау (жою) мақсатында басқа да өнімдер алынып жатыр. Микробтық ақуыз алмастырылмайтын аминқышқылдарына бай екендігі анықталды (лизин, треонин, триптофан, метионин, изолейцин, фенилаланин, тирозин). Оның аз мөлшердегі қосындысы азықты құнарлы етеді. Микробтық ақуызды алу тәсілі - индустриалды, ол ауа райына да, маусымға да тәуелді емес. Солтүстікте де және экваторлық мемлекеттерде де қолдануға болады. Бұл орайда, биотехнологияда қолданылатын ашытқылардың өте жоғары өнімділігімен ерекшеленетіндігі маңызды болып табылады. Микробты биомассаның өндірісі - ең ірі микробиологиялық өндіріс болып табылады. Микробты биомасса үй жануарлары, құстар мен балықтар үшін сапалы ақуыздық қоспа бола алады. Микробты биомассаның өндірісі әсіресе үлкен масштабта сояны культивирлемейтін мемлекеттер үшін маңызды (соя ұнын азыққа дәстүрлі ақуыздық қоспа ретінде қолданады) [18].
Мал шаруашылығының материалды-техникалық базасын дамыту үшін бізге азықтық базаны дамыту қажет. Барлық елдерде азықтық ақуыз жетіспегендіктен азықтық ашытқыны қолдана бастады. Мал шаруашылығын ақуыз азықтарымен қамтамасыз етуде мал азықтық ашытқы ақуызы аса құнды болып саналады.
Онда басқа азықтарда кездеспейтін мал организміне аса қажетті 10 амино қышқыл бар екеніне көз жеткізілді, % валин - 3,1; лейцин - 3,7; изолейцин - 3,5; аргинин - 3,2; лизин - 4,4; треонин -2,5; метионин - 3,0; триптофан - 0,3; тирозин - 4,2; гистидин - 1,4. Мал азықтық ашытқының бір килограммда 1,03 - 1,16 азық өлшем бірлігі және 380 - 480 грамдай ақуыз бар. Сонымен қатар мұндай азықта В1, В2, В3, В7 витаминдері және басқа да организмге қажетті заттар бар.
9.3 Азықтық дақылдардың қалдығы - биотехнологиялық қайта өңдеудің перспективті шикізаты ретінде
Ауыл шаруашылығында жемдік белок мәселесін шешудің бір жолы құрамында белок мөлшері көп өсімдік дақылдарын азық ретінде пайдалану болып табылады.
Өсімдік белогы өндірісі жөніндегі Р.Карлсонның жүргізген егжей-тегжейлі талдауы оған тағам және азық балансындағы өсімдік белогының негізгі көзі бола отырып дәстүрлі ауыл шаруашылық дақылдары ондағы қарқынды өсетін қажеттіліктерді қанағаттандыруға қабілетсіз, сәйкесінше балама көздерді іздеу қажеттілігі жөнінде негізді талдау жасауына мүмкіндік берді.
Заманауи ауыл шаруашылығын құрамында 35%-дан кем емес мөлшерде белок кездесетін азықтық қоспалар қызықтырады.
Адамзатқа қажетті негізгі қажетті компоненттердің бірі белоктық қосылыстар болып табылады. Белок - бұл организм өсуі, дамуы және жаңаруы үшін негізгі пластикалық материал. Олар барлық ұлпалардың басты құрылымдық элементтері, организм сұйық ортасы құрамына енеді. Тағамдық белок жетіспеушілігі жағдайында микробтық синтез - белоктық қосылыстар алу жолының перспективті жолдарының бірі. Сонымен қатар, микробтық өндіріс егу аудандарды қажет етпейді, маусым ауысуына тәуелді емес, сапалы өнім алуға мүмкіншілік береді. Ашытқылар белоктық құрамы бойынша ерекше өнім болып табылады. Олар 48-60 % белок қамтиды және 85-88 % организмге сіңеді. Бұл көрсеткіш бойынша ол өсімдік пен жануар текті белоктар арасында аралық орынды алады. Бір клеткалылар белогы үшін, тірі ағзаға аса қажетті, алмастырылмайтын амин ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Зерттеу әдістері. Зерттеу жұмысында әртүрлі табиғи субтраттардан дақылдарды бөліп алу, іріктеу, идентификациялау әдістері, дақылдардың морфолого-культуралдық, физиология-биохимиялық қасиеттерін зерттеу әдістері, моно- және аралас дақылдарды сұйық және қатты орталарда дақылдау, субстратты таңдау, дақылдардың биомасса жинау қарқындылығы және белок жинақтау мен мөлшерін анықтау әдістері қолданылды.
Зерттеу жұмысының мақсаты. Ауыл шаруашылығы малдарына арналған азықтық препараттарды байыту үшін жоғары белок жинақтаушы белсенділікке ие ашытқы дақылдарын бөліп алу және ашытқылармен байытылған жаңа жемдік қоспа алу.
Зерттеу жұмысының міндеттері:
1. Әртүрлі табиғи субстраттардан ашытқы дақылдарын бөліп алу және іріктеу;
2. Іріктелініп алынған ашытқы дақылдарының морфолого-культуралдық, физиолого-биохимиялық қасиеттерін зерттеу және идентификациялау;
3. Өсімдік шикізаттарында ашытқы дақылдарының өсу белсенділігін зерттеу және биомасса жинау қарқындылығын бақылау;
4. Ашытқы дақылдарының биомассасында белоктың жинақталу мөлшерін анықтау.
1 АШЫТҚЫ ДАҚЫЛДАРЫНЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ПАЙДАЛАНУДЫҢ МҮМКІНШІЛІКТЕРІ
1.1 Азықтық ашытқы белогы жануар шаруашылығында қолдану
Ашытқылар - бір клеткалы қозғалмайтын, бактериялардан шамамен алғанда, он еседей ірі саңырауқұлақтар патшалығына жататын және табиғатта кең таралған микроорганизмдер. Ашытқылардың аскомицеттер және базидиомицеттер деп бөлінетін бөлімдеріне 1500 жуық түрлері кіреді. Ашытқы клеткасының мөлшері 8-10 микронға тең. Клетка пішіні дөңгелек, сопақша және таяқша тәрізді әртүрлі болады. Басқа саңырауқұлақтардан айырмашылығы ашытқылар ұзақ уақыт оттексіз тіршілік ете алады. Оларда қозғалу органеллалары болмайды. Клетка сыртында қабықша, ішінде цитоплазма, бір ядро және вакуолі бар. Ашытқылар көбінесе монополярлы, биполярлы және латеральды бүршіктену арқылы көбейеді [3]. Ашытқы клеткасы шамамен 75% судан тұрады. Клетканың құрғақ мөлшерінде орташа есеппен азот 45-60%, қант 15-45%, майлар 2,5-13%, минералды заттар 7-10% мөлшерде болады. Сонымен қатар, ашытқы клеткалары метаболизм үшін маңызды ферменттер мен витаминдік құрамға ие. Ашытқылар клеткасында ферменттер тыныс алу және әртүрлі ашу процестерінде катализатор қызметін атқарады. Май және май тектес заттар негізінен бактерия клеткаларының қабығында және цитоплазманың бетінде кездеседі.
Май тектес заттар клетканың құрғақ затында 3-7% шамасында болады. Азықтық ашытқы саңырауқұлақтар денесіндегі май тектес заттардың мөлшері 60%-дай болады. Ашытқыларда белок және витаминдер (В, Д, Е), көмірсулар көп болатындықтан, қазір тамақ және мал азықтық мақсатқа кеңінен қолданылады [4].
Аскомицеттер мицелий түзбейтін, клетка пішіні сопақша келген, диаметрі 3-15 мкм-ге жететін ашытқылар. Аскомицеттер бинарлы бөлінеді немесе аскоспоралар түзу арқылы жынысты жолмен бүршіктеніп көбейеді. Спора түзу және жай бөліну арқылы көбеюі сирек болады. Олардың жыныстық жолмен көбейетін түрлері де бар. Бүршіктеніп көбейгенде, алдымен, аналық клеткадан төмпешік пайда болады да, кейіннен ол үлкейіп бүршікке айналады. Қолайлы жағдайда бүршіктену екі сағатқа созылады.
Спорамен көбею оларда жынысты және жыныссыз жолдармен жүреді. Ашытқы клеткасындағы споралардың саны екіден он екіге дейін жетеді. Жыныссыз жолмен спора пайда болғанда, вегетативтік клеткалар ұсақ бөлшектерге бөлінеді де, олардың әрқайсысының сыртында қабықша пайда болады. Ал жыныстық жолмен спора пайда болғанда екі клетка қосылады да, оны қабықша қаптайды. Споралардың пішіні дөңгелек немесе сопақша болып келеді. Егер ашытқылар өсіп тұрған ортада қоректік зат жетіспей қалса, лезде споралары бар қалта түзеді. Сөйтіп ашытқылардың зиготасы ішінде споралары бар қалтаға айналады.
Ашытқылар - білгілі бір мөлшерде суық сүйгіш эукариотты микроорганизмдердің тобына жатады. Ашытқылардың бұл қасиеті кейде ашытқыларды әртүрлі субстраттардан бөліп алуға мүмкіндік береді.
Ашытқы клеткасына барлық жасушалар секілді төрт өсу фазасы тән: І - лагфаза, ІІ - логарифмдік өсу фазасы, ІІІ - стационарлық фаза, ІҮ - өлу фазасы. Алайда ашытқылардың өндірісінде тек үш өсу фазасын қарастырады, ал соңғы фаза ашытқы өндірісінде болмағаны жөн.
Лагфаза - ашытқы жасушасы қоректік ортаға енгеннен кейін сонда беймделетін период. Олардың ферментті жүйелері биомасса синтезінде құралады. Аминқышқылдардың, полифосфаттардың, рибонуклеин қышқылдарының (РНҚ) активті синтезі жүреді. Жасушалар бүршіктенуге дайындалып, жасуша пішінінің өзгеруіне байланысты массалары өзгереді. Ашытқылар бұл уақытта көбеймейді. Бұл периодтың ұзақтығы жасушаның ферментті жүйесіне, егіс материалының санына, қоректік субстраттың саны мен құрамына, температураға, рН, культуралды ортаның аэрациясына және т.б. факторларға байланысты. Бұл периодта жасушалар сыртқы ортаға сезімтал болып келеді.
Логарифмдік өсу фазасы - жасушалардың жылдам көбеюімен сипатталады. Оларды қоректік және өсу заттарымен қамтамасыз еткенде, сонымен қоса лимиттердің болмауы культуралды ортада бүршіктенетін жасушалардың көп болуына әкеледі. Ашытқы биомассалары жас жасушалар пайда болғанша үлкейіп, аналық жасушаға өсіп, жаңа генерация түзіп бүршіктенеді. Бұл фазада ашытқы жасушасының максималды өсуі байқалады. Периодтың мерзімі ортадағы қоректік заттың мөлшеріне және жасуша метаболизмінде түзілетін өнімнің мөлшеріне байланысты. Периодты бірнеше рет қайталау нәтижесінде процесте қоректік көздердің азаюы, ингибирлеуші өнімдердің пайда болуы немесе ортаның физикалық қасиеттерінің өзгеруінен өсу жылдамдығы төмендей береді. Ортаға қоректік заттарды үнемі толтырып отыру және зиянды заттарды шығарумен логарифмді өсу фазасын шексіз жүргізуге болады. Ашытқы клеткаларының қолайсыз жағдайларға төзу қабілеті бұл периодта жоғарылайды [5].
А.Куктың анықтамасы бойынша бір ашытқы жасушасы орта есеппен 25 жаңа жасушаны, кейде 40 жасушаны түзеді.
Стационарлы фазада жаңа ашытқы жасушаларының түзілуі тоқталады, себебі өсу апаратына қоректік заттар жіберілмейді. Жасушалар өмір сүруін қамтамасыз ету үшін қалған қоректік заттарды қолданады. Жасушалар пішіні жағынан өседі, массасы да үлкейеді. Бұл фазада биомассаның өсуі ашытқы массасынан 5-10 % -ды құрайды. Жасушалардың ферментті жүйелері өмір сүруге қажетті алмасу процестеріне ауысады. Қоршаған ортада жасушалардың төзімділігі жоғарылайды. Бұл фаза ашытқы өндірісінде ашытқы жасушаларының пісіп - жетілуіне сәйкес келеді.
Өлу фазасы - микроорганизмдердің өсуі мен көбеюінің тоқталуымен сипатталады. Жасуша массалары кішірейеді, себебі барлық қоректік заттар алдыңғы фазада қолданылған. Жасушалар өмір сүруі үшін өздерінің қор заттарын пайдаланады. Жасуша автолизі байқалады. Ашытқы өндірісінде бұл фаза қарастырылмайды, себебі ашытқыларды культуралды ортадан бөліп алады. Ол тек қолайсыз жағдайда болуы мүмкін, мысалы сепаратор бұзылуы кезінде, сол кезде жетілген ашытқылар ұзақ уақыт құрылғыда тұрып қалады.
Ашыту құрылғысынан биомассаны бөліп алуды жоғарылату үшін технологиялық процесте лагфазаны минимумға түсіріп, логарифмдік фазаны ұзартып жүргізу қажет.
Ашытқылар систематикасы көбею тәсілдері мен физиологиялық қасиеттеріне негізделген. Олар екі тұқымдасқа сахаромицеттер мен сахаромицет еместерге бөлінеді:
Сахаромицеттер - нан, шарап, сыра алуда қолданылатын мәдени ашытқылар жатады. Олар бүршіктену және спора түзу арқылы көбейеді. Сондықтан бұларды нағыз ашытқылар деп атайды.
Saccharomyces ашытқылары спирттік ашудың негізгі агенттері болып келеді де, шарап жасау, спирт өндіру т.б. технологияларда басты рөлді атқарады.
Өндірісте ашытқылардың Saccharomyces cerevisiae және Saccharomyces elipsoideus сияқты түрлерінің маңызы зор. Saccharomyces cerevisiae 1996 жылдың 24 сәуірінде алғашқы эукариоттық организм ретінде танылды.
Saccharomyces cerevisiae клеткасы - шар немесе жұмыртқа тәрізді болатын, спирт ашуын қуатты жүргізетін қоздырғыш. Олар шарап спиртін алу үшін, сыра қайнатуда және нан ашытуда қолданылады. Бұлардың белгілі бір температурада және жағдайларда тіршілік ететін жеке топтары - расалары бар.
Шарап ашытқысы Saccharomyces elipsoideus түрі спирттік ашу туғызады, нәтижесінде глюкоза шараптық спиртке айналады және көмірқышқыл газы бөлініп шығады. Сондықтан да оны шарап ашыту үшін пайдаланады. Saccharomyces elipsoideus-тің клеткасы эллипс тәрізді. Олардың кейбір расалары шараптағы хош иісті түзуге тікелей қатысады. Ашытқылардың талломы бір клеткалы болып келеді. Вегетативтік көбеюі бүршіктену арқылы жүзеге асады. Қолайлы жағдайда оның тез жүретіндігі соншама, тіптен, бір-бірінен клеткалар ажырап үлгермейді. Бір тәуліктің ішінде мұндай клеткадан миллиондаған ұрпақ пайда болады.
Saccharomyces cerevisiae, Sacch. carlbergensis клеткалар құрамында 50% жуық белок, алмастырылатын және алмастырылмайтын аминқышқылдары, түрлі витаминдер бар; лизин, треонин, валин және лейцин өсімдіктерден асады, бірақ метионин, цистеин аз мөлшерде.
Saccharomyces pombe - клеткасы таяқша тәрізді. Олар екі-екіден өзара ұрықтанады да, одан зигота пайда болады. Өсе келе зиготадан ішінде төрт спорасы бар қалта түзіледі. Спора эллипс тәрізді, сыртқы қабаты тегіс келеді.
Көпшілік ашытқылар моносахаридтерді жақсы ашытады. Ал дисахаридтер тек моносахаридтерге ыдырағанда барып тіршілік ете бастайды. Ал полисахаридтерді (крахмал) және декстринді ашытудан бұрын солодтың (өсірілген арпадан алынады) көмегімен гидролиздейді [6].
Сахаромицет емес ашытқылар - негізінен жалған ашытқылар. Cryptococcaceae біріктіріледі. Бұлар спора түзбейді, бүршіктену арқылы ғана көбейе алады. Бұлардың көпшілігі әртүрлі өндірістегі өнімдерді зақымдайды. Шаруашылық үшін маңызды туыстары да бар. Олар: Torulopsis және Mycoderma. Torulopsis туысына жататын ашытқылар шар тәрізді келеді және ашыту процесі барысында аз ғана мөлшерде спирт түзеді. Torulopsis kefir деп аталатын өкілі қымыз және айран сияқты сүт тағамдарын даярлауда пайдаланылады, ал Torulopsis utilius - тағамдық және мал азықтық ашытқыларды өндіруде үлкен маңызы бар.
Torulopsis биомассасын сүт сарысуында өсіре отырып, сұйық белокты өнім Промикс алады, мұның құрамында белок бастапқы сүт сарысуына қарағанда, 2-3 есе артық. Ашытқы белогымен байытылған Провилакт өнімі құрғақ майсыздандырылған сүтті алмастырушы ретінде қолданылады [7].
Mycoderma туысына жататын ашытқылардың клеткасы ұзынша. Олар спирт түзе алмайды. Бірақ ортадағы бар спиртті және органикалық қышқылдарды су мен көмірқышқыл газына дейін тотықтыра алады. Құрамында спирті бар ішімдіктердің бетіне қонса, Mycoderma қатпарланған пленка түзеді де, оның иісі мен дәмін бұза бастайды. Сонымен қатар Mycoderma қатпарланған пленка түзеді де, оның иісі мен дәмін бұза бастайды. Сонымен қатар Mycoderma сүт тағамдарын, тұздалған көкөністерді бүлдіріп, сірке және нан ашытқыларын жасайтын өндіріске өте көп зиянын тигізеді.
Ашытқыларға Rhodotorula жатады. Ол қызғылт пигмент түзеді және кейбір тағамдық заттарды бүлдіреді. Бұлардың ішінде Candida деген тобының ауру қоздыратын қасиеті бар. Candida albicans - адамдарда кандидоз ауруын тудырады. Candida utilis, Candida arbore - биотехнологияда белокты биомасса алуға қолданады [8].
Көптеген ашытқылар хемоорганогетеротрофтыларға жатады. Олардың қоректенуі мен энергия алуы органикалық қорек көздерінің арқасында жүреді. Оттексіз жағдайда ашытқылар қорек көзі ретінде көмірсуларды пайдаланады. Ал, оттегі жеткілікті жағдайда ашытқы клеткалары көмірсутектерді, майларды, спирттерді және т.б. құрамы күрделі қосылыстарды пайдалануға қабілетті болып келеді.
Ашытқылар аэробты жағдайда қоректік ортада глюкоза төмен мөлшерде болғанда АТФ-ты тыныс алу процесінің есебінен алады. Көміртекті қосылыстардың көмірқышқыл газы мен суға дейін тотығуы ашытқыларда 3 түрлі механизм бойынша жүреді. Олар: үшкарбон қышқылы айналымы, глиоксилатты және пентозофосфаттық жол арқылы жүзеге асады. Әрбір айналымның жүзеге асуы барысында клеткада пиридиннуклеотидтердің түзілуі жүреді. Пиридиннуклеотидтер биосинтез процесінің қайта қалпына келуіне немесе фосфор тотығуы барысында АТФ алуға жұмсалады. Фосфордың тотығуы жағдайында НАД·Н электрон тасымалдау тізбегінде электрон доноры қызметін атқарады. Ашытқыларда митохондрияның оқшауланған ішкі мембранасында флавопротеидтер, убихинондар және цитохромдар тәрізді белок тасымалдаушы электрондар болады. Көміртекті байланыстардың спектрі ашытқылардағы ашу процесіне қарағанда, аэробты тыныс алу процесінде кеңірек келеді [9].
Ашытқылардың көптеген түрлері төменгі 0-50С, ал жоғарғы -30-400С температурада өсе алады. Барлық ашытқылар 20-250С бөлме температурасында өсуге қабілетті келеді. Бірқатар ашытқылар, мысалы Kluyveromyces thermotolerans, Arxiozyma telluris, Candida tropicalis, 450С-тан жоғары температурада өсе алады. Ал, олардың ең төменгі өсу температурасы 0-50С аралығында, сондықтан оларды жоғары температураға төзімділігіне байланысты термотолеранттылар деп атауға болады.
Жылықанды жануарлардың мүшелерінде тіршілік ететін ашатқылардың бірнеше түрі бар. Мұндай түрге, мысалы, қояндардың ішек жолында тіршілік ететін Cyniclomyces guttulatus түрі жатады. Бұл ашытқы барлық өмірлік айналымдарын жануар ағзасының температурасымен байланыста атқарады. Сондықтан олардың өсу температурасының диапазоны өте қысқа, 30-400С аралығында болады (психрофобтылар).
Өте сирек жағдайда 0[0]С температурада жақсы өсетін ашытқылар кездеседі. Егер мұндай ашытқылардың өсуінде ең жоғарға температура 20-25[0]С-тан төмен болмаса, онда олар суыққа төзімді немесе психротолеранттылар деп аталады. Психротолерантты ашытқылардың түріне әдетте базидиомицетті ашытқы өкілдері жатады. Егер ашытқылардың өсуінде ең жоғарға температура 20[0]С-тан төмен болса, онда психрофильді ашытқылар деп бөлу ұсынылады. Психрофильдерден штамдардың арасында Leucosporidium scottii, Mrakia frigida түрлері кездеседі. Бұл ашытқыларды тундра топырағынан немесе антарктиданың суынан бөліп алады. Психрофильдерге сонымен бірге базидиомицетті ашытқыларға жататын Cryptococcus, Bullera, Sporobolomyces және т.б. штамдары жатады. Аскомицетті ашытқылардан психрофильді түрлері белгісіз [10].
Ашытқылар қоректік ортада қант көп болса, қантты спирт пен көмірқышқыл газына айналдырып, дереу ашыту әрекетін тудырады. Сондықтан оны сыра, қымыз, сүт, шарап, нан пісіру өнеркәсібіне кеңінен пайдаланады. Ашытқыларды мәдени және табиғи деп екіге бөледі. Табиғатта өздігінен өсетін түрлерін жабайы ашытқылар деп атайды. Олар ауылшаруашылық өнімдерін зақымдап, едәуір зиянын тигізеді. Ал ашытқылардың пайда келтіретін түрлерін мәдени ашытқылар деп атайды. Оларды таза дақыл түрінде бөліп алып өсіргендіктен өндірістік қасиеті жоғары. Ашытқыларда белок және витаминдер (В, Д, Е), көмірсулар көп болатындықтан, оларды қазір тамақ және мал азықтық мақсатқа кеңінен қолданады. Жемге ашытқы массасы жануардың рационының құрғақ затынан 5-10 % мөлшерінде қосылады.
Ашытқыларды мыңдаған жылдар бойы адамдар ферментацияда және нан пісіруде қолданып келді.
Ашытқы клеткалары өсуіне қоректік ортадан басқа да жағдайлар әсер етеді. Ашытқы клеткаларының қатты не сұйық ортада жақсы өсуі үшін, оның рН көрсеткішінің маңызы өте зор. Ашытқысы бар орта әлсіз қышқыл болуы керек. Сілтілі орта ашытқы клеткасын басып тастайды. Ал сілтілігі өте жоғары болса ашытқы клеткалары өліп қалады. Сондықтан ашытқы клеткалары өсетін қолайлы рН көрсеткіші 4,5-5,5 аралығында болуы керек.
Ашытқылардың тіршілік әрекеттерінде температураның маңызы ерекше. Ашытқы клеткаларын өсіру үшін 25-280С шамасында температура қажет. 45-500C және одан жоғары температурада ашытқы клеткалары өліп қалады. Ал төмен температура ашытқылардың тіршілік әрекеттерін баяулатып немесе тоқтатып, олардың ұзақ уақыт бойы бұзылмай сақталуына мүмкіндік береді. Клеткалардың өсуіне аэрацияның әсері зор. Аэрация болмаса, жалпы алғанда, суспензияның өсуі мүмкін емес. Аэрация белсенділігі, 1литр ортаға 2 г (О2) оттегі болуы қажет.
Өндірілген ашытқыларды негізінде аспаздық мақсатта пайдаланады. Сатылымға шығарылатын ашытқылар үш түрлі болып келеді: 1) Cығымдалған ашытқылар; 2) Құрғақ ашытқылар; 3) Сұйық сыра ашытқылары.
Құрғақ ашытқылар 0,8-1,3 мм диаметрлі түйіршіктер немесе 2-2,5 мм диаметрлі кеспе түрінде дайындалады. Олар 7,5-10 % ылғалдылықта сақталады.
Сыра ашытқыларын биологиялық белсенді қосылыстар және дәрі дәрмек жасау үшін пайдаланады.
Сығымдалған ашытқылар. Бұлар жуылып, сығымдалып, дақылдық ортадан бөлініп алынған ашытқы клеткаларының жиынтығы. Ашытқыларды өсіретін қоректік орта ретінде сұйылтылған меласса пайдаланылады. Меласса (қызылша қанты өндірісінің қалдығы) - сірне консистенциясы бар қою қара түсті сұйықтық. Ашытқы зауыттарында мелассаны сумен сұйылтып, қышқылдандырады және азот пен фосфор тұздарын қосады.
Ашытқылар арзан субстратта жақсы өседі, саңырауқұлақтар немесе актиномицеттерге қарағанда жылдам өседі, қышқыл ортаға тұрақты келеді. Жылдам биомасса жинақталады, ашытқы клеткалары бактериямен салыстырғанда үлкенірек, сондықтан центрифугада айналдырғанда дақылдық сұйықтықтардан жылдам айырылады. Ашытқылардың гибридтік штамдары жоғары ферменттік белсенділікке ие, жақсы бұзылмай сақталынады. Ашытқы клеткаларының белоктары организмде жақсы сіңіріледі және қорытылады. Ал лизин, треонин, валин және лейцин мөлшері бойынша көптеген өсімдік белоктарынан асып түседі.
Азықтық ашытқы белогы жануар шаруашылығында жемдік қоспа ретінде ХХ ғасырдың екінші жартысынан бастап кеңінен қолданыла бастады. Ол құрамында алмастырылмайтын амин қышқылдары мен витаминдердің болуымен жемнің биологиялық құндылығын жоғарылатады [11].
Азықтық ашытқылар - жоғары құндылыққа ие белок-витаминді өнім. Ашытқылармен синтезделетін микробтық протеин сіңуі және амин қышқылдық құрамы бойынша жануартекті протеиннен асып түседі, басқа жем белоктарының биологиялық құндылығын арттырады. Азықтық ашытқылардың белоктары жануар ағзасында 95 % қорытылады. Құрамына кіретін күкірт пен оның қосылыстары амин қышқылдары түзілуінің биологиялық процестеріне қатысады. Ашытқылардың ферменттік жүйесі амин қышқылын сіңіру және белок синтезі процестерін катализдейді. Ашытқылардың құрамында кездесетін фосфор мен кальций сүйектің қалыпты дамуына әсер етеді. Ашытқы клеткасында болатын В тобы витаминдері май метаболизмінің реттеушілері болып табылады. Азықтық ашытқыларды пайдалануға қарсы көрсетілімдер жоқ және оларды пайдаланудың артық мөлшері қосымша зиянды құбылыстарды тудырмайды.
Азықтық белок штамм-продуценттері ретінде Candida, Saccharomyces, Hansenula, Torulopsis және т.б. туысы микроскопиялық саңырауқұлақтарын пайдаланады. Олар құрамында көмірсу көздері мен минеральді элементтері (N, P, K, Mg, Ca, Fe, Mn, Zn және т.б.), сонымен қатар еріген оттегі бар қоректік ортада дамуға қабілетті бір клеткалы микроорганизмдер болып табылады. Биомасса өсуі барысында ашытқы клеткасында белоктың ферментативтік синтезі жүзеге асады.
Азықтық белок алудың мұндай технологиясын жүзеге асыруда бастапқы шикізат ретінде әдетте қағаз және ағаш өңдеу өндірісі қалдықтарын, сабан, мақта қауызы, күнбағыс себеті, зығыр сабағы, жүгері өзегі, қант қызылшасы мелассасы, картоп езіндісі, жүзім сығындылары, тағам өнеркәсібі қалдықтарын т.б. пайдаланады.
Белок шикізаты жеткіліксіз ресурстарының компенсациясы үшін тағам, микробиологиялық және химиялық өндірісі екіншілік ресурстарын кеңінен пайдалануға тура келеді. Биотехнология жетістіктерін кеңінен пайдалану жоспарлануда, нақтырақ микробтық синтез өнімдері: амин қышқылы, азықтық ашытқылар.
Құрғақ ашытқы массасында 40-60% шикі белок, 25-30% көмірсу, 3-5% шикі май, 6-7% клетчатка мен витаминдердің жоғары мөлшері (50мг%) болады.
Азықтық ашытқылардың қоректік қасиеттерін зерттеу бойынша жүргізілген тәжірибелер көрсетуі бойынша, олар жануар организмінде жақсы қорытылады (белок қорытылуы 80-90%), алмастырылмайтын аминқышқылы мөлшері бойынша ФАО эталонына жақын, ал белоктағы лизин, треонин, валин және лейцин мөлшері бойынша аталған эталоннан асып түседі. Сонымен қатар, ашытқы белоктары метионин бойынша тұрақсыз, әрі оларда басқа күкірт құрамды аминқышқылдары аз кездеседі.
Өсімдіктекті белоктармен салыстырғанда азықтық ашытқылар нуклеин қышқылының жоғары мөлшеріне ие (құрғақ салмағының 3-6%). Өз кезегінде, бұл концентрация жануар организміне зиян әсерін тигізеді. Олардың гидролизі нәтижесінде көптеген пуриндік негіздер түзіледі, олар ары қарай несеп қышқылы тұзына айналады.
Несеп қышқылы ағзада жинала келе несептас ауруларына, остеохондроз және басқа да нәтижелерге алып келуі ықтимал. Осының нәтижесінде, ауыл шаруашылығы жануарлары жеміне ашытқы массасын қосудың оптималды мөлшері әдетте құрғақ заттың 5-10% көп емес немесе жем рационындағы жалпы белок мөлшерінің 10-20% ашытқы белогын құрайды. Өндірістік технологияны жетілдіруден басқа, белокты көп мөлшерде әрі биомассаны жылдам жинақтауға қабілетті және субстратты тиімді пайдаланатын жоғары өнімді ашытқы штамын жасау да маңызды болып табылады. Микроорганизмдердің жаңа штамдарын жасап шығару үшін кәдімгі селекция әдісін де, сонымен қатар гендік-инженерлік биотехнологияны да қолданады.
1.2 Жемдік белоктар және оларды байытудағы микробтық синтездің рөлі
Белок - кез-келген тірі организм клеткаларының тіршілік етуі үшін аса маңызды: каталитикалық, реттеуші, транспорттық, биоэнергетикалық, инфекциялардан және стресс факторларынан қорғау, құрылымдық, қор т.б. қызметтерді атқаратын негізгі компоненті болып табылады. Өсімдіктің вегетативті үлес салмағындағы белок мөлшері құрғақ салмағының 5-15% мөлшерін алса, дәнде - 8-18%, майлы өсімдік дәнінде - 16-28%, бұршақ дақылдарында - 25-40% құрайды.
Адам ағзасы үшін алмастырылмайтын амин қышқылдарының негізгі көзі өсімдік және жануар текті белоктар, ал ауыл шаруашылығы жануарлары үшін - негізінен өсімдіктекті белоктар болып табылады. Тағам немесе жем арқылы түсетін белоктық қосылыстар асқазан сөлі ферменттері әсерімен амин қышқылдарына дейін гидролизденеді, олар ары қарай адам немесе жануар организмі белоктық молекулаларын түзу үшін пайдаланылады.
Барлық алмастырылмайтын амин қышқылдары тағамдық белоктарда, ағза қажеттіліктерін қамтамасыз ететіндей, белгілі бір мөлшерде болуы тиіс. Егер бір аминқышқылының өзі жетіспеген жағдайда, басқа артық мөлшердегі амин қышқылдары, белок синтезі үшін қатыса алмайды (белок синтезі механизмдеріне сәйкес). Осы орайда, белоктық заттардың синтезі және организм тіршілігін сақтап қалуды қамтамасыз ету мақсатында қосымша тағамдық азықтық белок мөлшері қажет. Нәтижесінде жем-азыққа кететін шығын мөлшері артып, мал өнімі құны артады.
Жем шығынының алдын алу мақсатында алмастырылмайтын амин қышқылы болуы және жемдегі жалпы белок мөлшері бойынша белок балансын қадағалау қажет. Белоктың амин қышқылдық құрамын бағалау үшін олардың биологиялық-тағамдық құндылығын сипаттайтын көрсеткіштерін анықтайды. Алмастырылмайтын амин қышқылының оптималды мөлшерін қамтитын азықтық және тағамдық белоктарды биологиялық толыққанды белоктар деп атайды.
Белоктардың амин қышқылдық құрамын зерттеу бойынша көптеген мәліметтерді, БҰҰ-ның азық-түлік және ауыл шаруашылығы бойынша Халықаралық ұйымының жалпылауы (ФАО) нәтижесінде тағам және азықтық белоктардағы алмастырылмайтын амин қышқылдарының оңтайлы құрамы берілген ұсынымдары жасалған. Бұл ұсынымдар әртүрлі белоктардың биологиялық-тағамдық құндылығын бағалауда эталон (анықтамалық) ретінде пайдаланылады. Мысалы, егер ФАО ұсынысы бойынша эталонды белоктың биологиялық құндылығы 100% деп алынатын болса, онда көптеген жануарлардың белогының биологиялық құндылығы 90-95%; бұршақ өсімдігі вегетативті массасы белогы - 80-90%; асбұршақ мен майлы дақыл дәндері, картоп түйнегі, тамыр-жемістер, көкөністер, көптеген шөптекті өсімдіктер вегетативті массасы - 75-85%; астық дақылдары басым көпшілігінің дәндері белоктары - 60-70%; биологиялық құндылығы ерекше төмен жүгері дәні белоктары - 52-58%.
Ауыл шаруашылығы жануарларын дұрыс қоректендіру үшін олардың рационында әрбір азықтық бірлікте 110г кем емес жақсы қортылатын және толыққанды белоктың болуы абзал.
Ауыл шаруашылық жануарларын қоректендіруде қолданылатын өсімдік массасындағы белоктық құрам қалыптан төмен болған жағдайда, жемге шығындалудан және жануар өнімінің өзіндік құнының артуын болдырмау мақсатында жемдегі белок мөлшерін белоктық қоспалар ендірумен реттейді. Қандай да бір амин қышқылының жетіспеушілігін жемге дефицитті амин қышқылының таза препараттарын немесе амин қышқылдық құрамы жоғары белоктық массаны қосу арқылы орнын толтырады.
Алмастырылмайтын амин қышқылдарының неғұрлым үйлесімді құрамы соя дәндері белоктарына тән. Оның этолоннан тек метионин мен триптофан мөлшері ғана кем түседі. Салыстырмалы жоғары биологиялық құндылыққа күріш пен бұршақ дәндері белоктары да ие. Біздің елімізде көп пайдаланылатын астық дақылдары - бидай, жүгері, арпа - белоктық құрамының үйлесімсіз амин қышқылдық құрамымен ерекшеленеді. Бидай мен арпа дәні белоктарында лизин, метионин және изолейцин, сонымен қоса жүгеріде триптофан өте аз мөлшерде кездеседі.
Соя белогы амин қышқылдық құрамының үйлесімді болуына орай, бұл дақыл ең арзан тағамдық және жемдік белок көзі ретінде маңызды болып табылады. Әлемдік нарықта соя белогының ірі өндірушісі, әрі жеткізушісі АҚШ мемелекеті болып отыр. Басқа да толыққанды белок көздерін іздестіру маңызды [12].
Еліміздің жем өндірісінде астық дақылдары ерекше жоғары салмақты құрайды. Орта есеппен астықтар үлесіне 50% жуық азықтық белок тиесілі. Құрамына негізгі компоненті ретінде астық дақылдарының дәндері кіретін жемдер балансын, белок және алмастырылмайтын амин қышқылдық құрамы бойынша реттеу мақсатында әдетте құрама жем (комбикорм) деп аталатын концентрленген белоктық қоспаларды қолданады.
Оларды даярлау үшін ет-сүйекті және балық ұнын, ет және сүт өндірісі қалдықтарын, майлы өсімдіктер күнжарасы (жмых), кебек, асбұршақ тұқымдастарын пайдаланады. Балық және ет-сүйек ұндары мен басқа да жануарлардың белоктық қалдықтары көп мөлшерде тағамдық белоктарға жұмсалатынын ескерер болсақ, белок және амин қышқылдарының жетіспеушілігін қамтамасыз ете алатын олардың толық орын басушысы қажет.
Белок синтезі жоғары белсенділігімен көптеген микроорганизмдер ерекшеленеді. Сонымен қоса, микроб клеткалары белоктарында жоғары мөлшерде алмастырылмайтын амин қышқылдары кездеседі. Арнайы жүргізілген жұмыстарда микроб массасы белоктарының тағамдық және токсикологиялық бағалауы тексерілген. Тексеру нәтижесі кейбір микроорганизм клеткаларын, биологиялық құндылығы бойынша соя шроты мен балық ұны белоктарынан кем түспейтін, концентрленген жемдік қоспа ретінде пайдалануға болатындығын көрсетті.
Азықтық белок көзі ретінде микроорганизмдер өсімдік, тіпті жануар организмімен салыстырғанда бірқатар артықшылықтарға ие. Олар белоктардың жоғары (құрғақ салмағының 60%-на дейін) және тұрақты болуымен ерекшеленеді, ал өсімдіктердегі белок концентрациясы өсіру жағдайларына, климат, ауа-райы, топырақ және агротехника түрі т.б. жағдайларға байланысты айтарлықтай өзгеріске ұшырайды. Белоктармен қатар микроб клеткаларында басқа да тағамдық құндылығы жоғары қосылыстар жинақталады: сіңімділігі жоғары көмірсулар, қанықпаған май қышқылының мөлшері жоғары липидтер, витаминдер, макро- және микроэлементтер. Микроорганизмдердің атап өтерлік тағы бір маңызды артықшылығы - белок массасын өте жылдам өсіру қабілеттілігі [13].
Көптеген микроорганизмдер белоктардың белсенді синтезіне қабілетті, сонымен қатар микроб клеткаларының белоктарының құрамына көп мөлшерде алмастырылмайтын амин қышқылдары кіреді. Бұл микроорганизмдерді, биологиялық құндылығы бойынша соя тағамы мен балық ұны белоктарынан кем түспейтін, концентрленген азықтық қоспа ретінде пайдалануға болады.
Микроорганизмдер азықтық белок продуценттері ретінде өсімдік, кей жағдайларда жануарлар организміне қатысты кейбір артықшылықтарға ие. Олар белок мөлшерінің жоғары болуымен (құрғақ массасының 60% мөлшеріне дейін) ерекшеленеді, ал өсімдіктердегі белок концентрациясы өсіру жағдайларына, климат, топырақ түрі, агротехника және т.б. факторларға байланысты өзгеріп отырады. Белоктармен қоса микроб клеткаларында басқа да тағамдық құнды қосылыстар түзіледі: жеңіл сіңетін көмірсулар, қанықпаған май қышқылдарының көп мөлшерін қамтитын липидтер, витаминдер, макро- және микроэлементтер.
Микроорганизмдер табиғатта кеңінен таралған: ауада, өзендер мен көлдерде, ыстық бұлақтарда, мұздар мен топырақта. Бірақ-та микрофлораның құрамы тіршілік ету жағдайларына байланысты алуан түрлі болып табылады.
Биотехнологиялық өндірісте микроскопиялық организмдерді экономикалық тұрғадан қолданудың мақсатқа сай болуы мен келешегін анықтайтын факторлар:
1. Микроорганизмдерді өсіру үшін пайдалануға болатын, ауыл шаруашылығы өндірісінің қалдықтарын қоса алғанда, шикізаттардың кең спектрі;
2. Протеиндердің қарқынды синтезіне қабілеттілік;
3. Микроорганизмдерді өсірудің қол жетімді технологиясы мен кез келген маусымда және тәулікте дақылдау мүмкіншілігі;
4. Микроорганизмдер құрамында көп мөлшерде құнды заттардың болуымен ерекшелінеді;
5. Микроорганизмдерді гендік деңгейде, биохимиялық құрамын жақсарту мақстында қажетті бағытта өзгертуді жүзеге асыруға болады.
Микроорганизмдерді қолдану жер көлемі шектелген аудандарда азықтық концентраттардың өнеркәсіптік өндірісін ұйымдастыруға және жыл мезгіліне тәуелсіз олардың көп мөлшерін алуға мүмкінді береді. Сонымен қатар, микроб клеткалары ауыл шаруашылығы және өндіріс қалдықтарынан белоктарды синтездеуге қабілетті. Осылайша олар бір мезгілде екінші бір мәселені шешуге мүмкіншілік береді - қоршаған ортаны қорғау мақсатында осы қалдықтар утилизациясы [14].
Микробтық синтез өте интенсивті болуымен сипатталады. Мысалы, салмағы 500 кг соя өсімдігі дән жетілу фазасында тәулігіне 40 кг белок, осындай салмақтағы бұқа - 0,5-1,5 кг синтездеуге қабілетті болса, ал ашытқы клеткаларының 500 кг мөлшері - 1,5 т белок синтезін жүзеге асырады. Азықтық белок көзі ретінде әдетте ашытқылар мен бактериялардың әртүрлі түрлері, микроскопиялық саңырауқұлақтар, бір клеткалы балдырлар қолданылады.
Микроорганизмдерді целлюлолитикалық ферменттер мен азықтық белок продуценттері ретінде қолдану кезінде бір мезгілде екі негізгі мәселе шешімін табады - белоктық массаны алу және қоршаған орта ластану көзі болуы ықтимал өсімдік шаруашылығы, ағаш өңдеу және целлюлоза-қағаз өнеркәсібі қалдықтары утилизациясы.
Маңызды міндеттердің бірі - микрофлора ыдыратуына жоғары тұрақтылыққа ие лигнинді қорытуға қабілетті микроорганизмдердің белсенді штамдарын табу болып табылады.
"Ақуыз жетіспеушілігі" мәселесін шешуде микробологиялық синтез тәсілімен азықтық ашытқылардың өнеркәсіптік өндірісі перспективалы болып табылады. Өнеркәсіпте алынатын азықтық ашытқылар ақуыздың (алмастырылмайтын амин қышқылдарының құрамы бойынша), дәрумендер кешенінің, липидтер мен басқа да биологиялық белсенді заттардың сапасы бойынша өсімдік және мал ақуыздарынан кем түспейді, ал жеке көрсеткіштер бойынша олардан асып түседі.
Жемдік ашытқылар - құндылығы жоғары белокты - витаминді өнім. Ашытқылар синтездейтін микробтық белок сіңірілу және аминқышқылдар мөлшері бойынша жануар текті белоктардан басым түседі, басқа жемдердегі белоктардың бағалығын арттырады. Жануарлар организмінде жемдік ашытқылардың белоктары 95 % - ға дейін қорытылады. Белоктың құрамына кіретін күкірт пен күкірт қосындылары аминқышқылдар түзілу процесіне қатысады. Ашытқылардың ферменттік жүйесі аминқышқылдардың сіңірілу және белок синтезі процестерімен тығыз байланысты. Сонымен қатар ашытқылар құрамындағы фосфор мен кальций қаңқаның дұрыс қалыптасуында маңызды рөл атқарады. Ашытқылардың құрамына кіретін В тобы витаминдері майлар метаболизмінің реттеуішілері болып табылады. Жемдік ашытқыларды пайдаланудың қарсы көрсеткіштер жоқ және жемдік ашытқыларды шектен тыс қолдану қосымша құбылыстарды тудырмайды [15].
Биологилық продуценттерді таңдау. Белоктың продуценті ретінде таңдалып алынған микроорганизмге қойылатын маңызды талаптар:
Шикізаттан жоғары мөлшерде өнім немесе өнімдерді шығаруы керек;
Жоғары жылдамдықта өсуі керек;
Тұрақтылығы мен жағдай талғамайтын болуы қажет;
Көміртекті энергетикалық субстратта продуценттің жоғары дәрежеде өсуге қабілеттілігінің болуы керек;
Дақыл өзінің метаболизмінің өніміне тұрақты болуы керек. Бұл әсіресе культуралық сұйықтықтың рециркуляция процесі үшін өте мағызды.
Дақыл өсіру барысындағы әртүрлі жағдайларға тұрақты болуы керек;
Жоғары мөлшерде белок түзу, алмаспайтын аминқышқылдар, витаминдердің микроб клеткасындағы белгілі бір мөлшері, басқа да метаболиттерді өсу ортасында түзу секілді дақылдың дайын өнімді түзуге икемділігінің болуы керек;
Жақсы фильтрлену, сепарирлену, флотациялану және өсіру температурасы және т.б. технологиялық талаптарға сай болуы керек;
Жануарларға зиянының болмауы керек;
Адамдарға потогенді болмауы керек. Кейбір адамдардың микроорганизмдердің белгілі бір түрлеріне аллергиясы болуы мүмкін, бұл қолданылатын продуценттің потогенді емес екендігіне жауап бермейді [16]. Егер өндірісте бактериялар, ашытқылар немесе зең аңырауқұлақтарын таңдауға мүмкіндік болса, онда барлық факторлардың жиынтығын ескеру қажет. Бактериялар жылдам өсіп, белок жинақтауы мүмкін (80%-ға дейін), бірақ ашытқылармен салыстырғанда нашар фильтрленеді және нашар сепарирленеді. Мицелийлі зең сағырауқұлақтарының ашытқылар мен бактериялардан айырмашылығы олардың құрамында аминқышқылдардың аз ғана мөлшерінің болуында жатыр. Аминқышқылдарының жоғары мөлшерде болуы, азықтық өнімнің сапасын түсіреді. Мицелийлі зең саңырауқұлақтары сонымен бірге көмірсулардың көптеген түрлерін пайдалануға қабілетті және тағам өнеркәсібі мен ауыл шаруашылығының қатты қалдықтарын (пішен, сабан және басқа да өсімдік шикізаттары) субстрат ретінде пайдаланып жақсы өсе алады. Мицелийдің талшықты құрылымы фильтрацияның арзан әдістерін қолдануға мүмкіндік береді. Алайда, зең саңырауқұлақтары баяу өседі (3-7 тәул.) және мицелий түзіп ортаны улы өнімдермен ластайды.
Өндірістік жағдайда көмірсу және целлюлоза құрамды өсімдік қалдықтарын қолданып дақылдауда ашытқыларды және зең саңырауқұлақтарын пайдаланады. Ашытқыларды сұйық субстраттарда, ал зең саңырауқұлақтарын өсімдіктердің қатты шикізаттарында дақылдайды.
Азықтық ақуыз алуда микроорганизмдерді өсіру үшін ферментациялық сатылар таңдалып алынады. Егер ферментацияның мақсаты - белокты барынша жоғары жинақтайтын микроорганизмдердің негізінде азықтық өнім алу болса, онда ферментациялық процестер аэробты жағдайда жүргізіледі. Көп жағдайда ферментациялық процестің үздіксіз және периодты кезеңдері қолданылады.
Ферментацияда қолданылатын үздіксіз процестер өнімді болып келеді. Уақытты тұрақты ұстау және құрал-жабдықтарды пайдалануда шығын аз, сонымен қатар процесті бақылау мен автоматтандыру мүмкіндігі жоғары болып келеді. Азықтық мақсатта биомасса өндіруде үлкен көлемде ағаш гидролизаттарын, сульфиттік сілтіні, шымтезекті, спирттерді, көмірсутектерді, органикалық қышқылдарды өңдеуде ферментацияны асептика ережелерін сақтамай-ақ жүргізуге болады. Негізгі ферментациялық процесс үздіксіз өсіру әдісі арқылы жүргізілетін болса, онда ферментацияны бірсатылы реакторда немесе каскадты реакторда ұйымдастыруға болады. Каскадты реактор бір аппараттан тұрса да бірнеше бөлімдерге бөлінген. Көпсатылы процесті дақылдардың шикізат көздерін үздіксіз қолданатын жағдайларында және қиын тотығатын субстраттарды өңдеу барысында пайдалану тиімді болып табылады.
Ферментацияның периодты процесі барысында параллель және бір-біріне тәуелсіз бір немесе бірнеше құрылғылар жұмыс істейді. Егер құрылғылар саны бірнешеу болса, онда жұмыс кезеңдік тәртіп бойынша жүргізіледі. Аспаптың біраз бөлігі ферментация жағдайында болса, қалған кішкене бөлігі жуу және стерилизациялау режимінде болады [17].
Микробиологиялық өнімді алу тереңдік, тереңдік гетерофазалық немесе беттік өсіру технологияларына тікелей тәуелді. Тереңдікте өсіру әдісі сулы фазада жүргізіледі. Микроорганизмдерді өсіретін ортаға тұз ерітінділерін, ерітінді жағдайындағы органикалық шикізаттарды, егілетін материалды салады. Тереңдікте өсіру әдісі әсіресе өндірістік биотехнологиялық процестерде кеңінен қолданылады. Бұл әдісті қолданылатын субстраттар қатты фазада болмауы керек. Сондықтан тереңдікте өсіру барысында сүт сарысуы, шымтезек, спирт және т.б. шикізаттарды пайдаланады. Бұл жағдайда сапалы белок алу үшін ашытқы дақылдарын пайдаланады.
Гетерофазалы тереңдікте дақылдау - суспензияны және жүгері собығының, картоптың және т.б. дақылдарды субстрат ретінде ортаға қосып сұйық фазада жүргізіледі. Бұл жағдайда микроорганизмдердің қоректенуі микроорганизмдер сұйықтықта болса да ортаның бетінде жүруі мүмкін. Продуцент-микроорганизм ретінде ашытқылардан Candida туысының өкілдері, зең саңырауқұлақтарынан Fusarium, Chrysosporium, Aspergillus, Myrothecium туысының өкілдері, бактерия культурасынан Cellulomonas туысы өкілдері, целлюлоза ыдыратушы қасиетке ие ашытқылардан Saccaromyces, Candida туысының өкілдері қолданылады. Ферментация процесінің нәтижесінде бастапқы шикізаттың қалдықтары мен микробтың биомассасының қосындысынан құралған құрамында 20%-ға дейін белок бар өнім алынады.
Беттік дақылдау (қатты фазалы ферментация) өсімдік массасының жеңіл ылғалданған (ылғалдылық 25-75%-ға дейін) массасында жүргізіледі. Субстрат ретінде сабан, ағаш үгінділері, жүзім езбелері, кебек, майдаланған картоп және т.б. әртүрлі қалдықтар пайдаланылады. Микроорганизмдердің өсуі қатты фазада субстрат - су - ауа аралығында жүреді, бірқатар жағдайларда субстраттың ішкі бөлігінде жүруі мүмкін.
Қатты фазалық ферментациялауда құрамында крахмал бар қалдықтарда (картоп, банан) белоктың мөлшері 2,5-6,5 %-дан 17-20 %-ға дейін жоғарылайды.
Ақуыз өндіруде техникалық жағынан ең тиімді дақыл - ашытқылар болып табылады. Ақуыз продуценттері ретінде көбінесе қолданылатын организмдер - полиплоидты мутантты ашытқылар. Олардың жасушаларының көлемі дәстүрлі ақуыз продуценттеріне қарағанда 2 есе үлкен. Қазіргі уақытта ірі масштабтағы өндіріс үшін қажетті қасиеттерге ие микроорганизмдердің 2 тобы белгілі: бұл n-алканда өсетін (қалыпты көмірсулар) Candida ашытқылары және метанолда өсетін Methylophillus methylotrophus бактериялары болып табылады.
Ашытқы клеткасы бір тәулік ішінде өзінен 40 есе асып түсетін қоректік заттардың мөлшерін өндіре алады. Ашытқылардағы көбеюдің жылдамдығы, үлкен көлемде алуан түрлі заттарды синтездеу және өсімдік пен жануар жасушалары жүзеге асыра алмайтын биохимиялық процестерді жүргізу мүмкіндігі өндірісте жоғары бағаланады. Бұл ерекше қасиеттері ашытқыларды көптеген өнімдердің өндірісінде қолдануға, сонымен қатар ақуыздың негізгі өндірушілеріне айналдырды. Қазіргі таңда ақуыз өндірудің 2 бағыты алға қойылды: адам тағамы үшін және мал азығы үшін ақуыз өндіру. Екінші бағыт толығымен меңгерілді.
Арнайы кәсіпорындарда микроорганизмдер көмегімен азықтық ақуыз және ауылшаруашылық жануарларының азығындағы ақуыз тапшылығын ликвидациялау (жою) мақсатында басқа да өнімдер алынып жатыр. Микробтық ақуыз алмастырылмайтын аминқышқылдарына бай екендігі анықталды (лизин, треонин, триптофан, метионин, изолейцин, фенилаланин, тирозин). Оның аз мөлшердегі қосындысы азықты құнарлы етеді. Микробтық ақуызды алу тәсілі - индустриалды, ол ауа райына да, маусымға да тәуелді емес. Солтүстікте де және экваторлық мемлекеттерде де қолдануға болады. Бұл орайда, биотехнологияда қолданылатын ашытқылардың өте жоғары өнімділігімен ерекшеленетіндігі маңызды болып табылады. Микробты биомассаның өндірісі - ең ірі микробиологиялық өндіріс болып табылады. Микробты биомасса үй жануарлары, құстар мен балықтар үшін сапалы ақуыздық қоспа бола алады. Микробты биомассаның өндірісі әсіресе үлкен масштабта сояны культивирлемейтін мемлекеттер үшін маңызды (соя ұнын азыққа дәстүрлі ақуыздық қоспа ретінде қолданады) [18].
Мал шаруашылығының материалды-техникалық базасын дамыту үшін бізге азықтық базаны дамыту қажет. Барлық елдерде азықтық ақуыз жетіспегендіктен азықтық ашытқыны қолдана бастады. Мал шаруашылығын ақуыз азықтарымен қамтамасыз етуде мал азықтық ашытқы ақуызы аса құнды болып саналады.
Онда басқа азықтарда кездеспейтін мал организміне аса қажетті 10 амино қышқыл бар екеніне көз жеткізілді, % валин - 3,1; лейцин - 3,7; изолейцин - 3,5; аргинин - 3,2; лизин - 4,4; треонин -2,5; метионин - 3,0; триптофан - 0,3; тирозин - 4,2; гистидин - 1,4. Мал азықтық ашытқының бір килограммда 1,03 - 1,16 азық өлшем бірлігі және 380 - 480 грамдай ақуыз бар. Сонымен қатар мұндай азықта В1, В2, В3, В7 витаминдері және басқа да организмге қажетті заттар бар.
9.3 Азықтық дақылдардың қалдығы - биотехнологиялық қайта өңдеудің перспективті шикізаты ретінде
Ауыл шаруашылығында жемдік белок мәселесін шешудің бір жолы құрамында белок мөлшері көп өсімдік дақылдарын азық ретінде пайдалану болып табылады.
Өсімдік белогы өндірісі жөніндегі Р.Карлсонның жүргізген егжей-тегжейлі талдауы оған тағам және азық балансындағы өсімдік белогының негізгі көзі бола отырып дәстүрлі ауыл шаруашылық дақылдары ондағы қарқынды өсетін қажеттіліктерді қанағаттандыруға қабілетсіз, сәйкесінше балама көздерді іздеу қажеттілігі жөнінде негізді талдау жасауына мүмкіндік берді.
Заманауи ауыл шаруашылығын құрамында 35%-дан кем емес мөлшерде белок кездесетін азықтық қоспалар қызықтырады.
Адамзатқа қажетті негізгі қажетті компоненттердің бірі белоктық қосылыстар болып табылады. Белок - бұл организм өсуі, дамуы және жаңаруы үшін негізгі пластикалық материал. Олар барлық ұлпалардың басты құрылымдық элементтері, организм сұйық ортасы құрамына енеді. Тағамдық белок жетіспеушілігі жағдайында микробтық синтез - белоктық қосылыстар алу жолының перспективті жолдарының бірі. Сонымен қатар, микробтық өндіріс егу аудандарды қажет етпейді, маусым ауысуына тәуелді емес, сапалы өнім алуға мүмкіншілік береді. Ашытқылар белоктық құрамы бойынша ерекше өнім болып табылады. Олар 48-60 % белок қамтиды және 85-88 % организмге сіңеді. Бұл көрсеткіш бойынша ол өсімдік пен жануар текті белоктар арасында аралық орынды алады. Бір клеткалылар белогы үшін, тірі ағзаға аса қажетті, алмастырылмайтын амин ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz