Б.К. ДОЩАНОВА, К.К. ШУПШИБАЕВ, А.В. ЧИЖАЕВА, А.А. КАДЫРЖАНОВА, Д.К. КИРБАЕВА

Б.К. ДОЩАНОВА, К.К. ШУПШИБАЕВ, А.В. ЧИЖАЕВА,
А.А. КАДЫРЖАНОВА, Д.К. КИРБАЕВА
ПОЛУЧЕНИЕ КОРМОВОГО БЕЛКА НА ОСНОВЕ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ
(Казахский национальный университет имени аль-Фараби)
Приведены результаты исследований по изучению закономерностей роста моно- и
смешанных культур молочнокислых бактерий и дрожжей. Показано, что наиболее
оптимальными для получения кормового белка являются смешанные культуры
молочнокислых бактерий и дрожжей. Для увеличения выхода биомассы микроорганизмов
рекомендуется добавлять различные источники азота
На протяжении десятилетий активно обсуждаются и исследуются перспективы изучения
увеличения доли белка микроорганизмов в общем балансе производимого во всем мире
белка.
Выращивание микроорганизмов в кормовых и пищевых целях представляет интерес по двум
причинам. Во-первых, они растут быстрее чем растения или животные: время удвоения их
численности измеряется часами. Это сокращает сроки, нужные для производства
определенного количества кормов или пищи. Во- вторых, в зависимости от выращиваемых
микробов в качестве субстратов могут использоваться разнообразные виды сырья. Что
касается субстратов, то здесь можно идти по двум главным направлениям: перерабатывать
низкокачественные бросовые продукты или ориентироваться на легкодоступные углеводы и
получать за их счет микробную биомассу, содержащую высококачественный белок.
При выборе сырья важным является вопрос, что подвергать очистке - сырье или продукт. На
наш взгляд, для больших заводов желательно использовать "чистые" виды сырья
стабильного состава /1/.
С этих позиций молочная сыворотка имеет следующие преимущества:
· Она представляет собой полноценную питательную среду и может использоваться для
выращивания различных штаммов бактерий, дрожжей и грибов, т.к. в ней содержится 6-12%
жира молока, 3.5-8% казеина, 87% белков, 94% молочного сахара, 85% минеральных солей, а
также витамины и другие биологически активные вещества;
· В связи с тем, что она является побочным продуктом традиционных молочных производств,
ее применение в качестве субстрата не требует дополнительного контроля на токсичность,
присутствие вредных примесей и т.д.;
· Поскольку производства, связанные с переработкой цельного молока постоянно
наращивают мощности, запасы молочной сыворотки практически неисчерпаемы /2, 3/.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве объектов исследования были выбраны штаммы молочнокислых бактерий,
выделенные из растительных источников - Lactobacillus delbrueckii ssp. Lactis 21 и Lactococcus
lactis 40, выделенные из молочных продуктов Lactobacillus acidophillus 97 и Lb.acidophillus 630,
дрожжи - Torulopsis kefir Т-17 и Rhodotorula glutinis.
Основной средой для выращивания культур служили молочная сыворотка (из-под творога),
полученная из НПО "Шипагер" (содержание редуцирующих веществ - 4,40%, кислотность 34оТ).
В наших исследованиях использовалась осветленная молочная сыворотка. Осаждение
белков проводилось следующим образом:
1. Нагревание до 1200С и выдерживание в течение 10 мин.
2. Центрифугирование (g = 5000 об/ сек., 20 мин.).
Далее сыворотку стерилизовали в режиме: Р= 0,5 А, 20 мин. Для оптимизации роста культур и
увеличения урожая биомассы в осветленную сыворотку вносили дополнительные источники
азота: (NH4)2SO4 -0,5%; CO(NH2)2 - 0,5%; (NH4)2SO4 и CO(NH2)2 по 0,25%.
Адаптация молочнокислых бактерий и дрожжей к молочной сыворотке проводилась путем
многократных пересевов в сыворотку. Пассажи проводили в течение 14 дней. Затем культуры
засевали в обезжиренное молоко (молочнокислые бактерии) и на сусло- агар (дрожжи) и
помещали на хранение при 4-60С. Через месяц серию пассажей повторяли, после чего
исследовали закономерности роста моно- и смешанных культур микроорганизмов,
адаптированных к молочной сыворотке.
В состав смешанных культур были включены молочнокислые бактерии и дрожжи в
следующих соотношениях:
Вариант 1 - Lactobacillus acidophillus 97: Lb.acidophillus 630: Torulopsis kefir Т-17 в соотношении
2.5 : 2.5 : 5,
Вариант 2 - Lactobacillus acidophillus 97: Lactobacillus delbrueckii ssp. Lactis 21: Torulopsis kefir
Т-17 в соотношении 2.5 : 2.5 : 5,
Вариант 3 - Lactococcus lactis 40: Lb.acidophillus 630: Torulopsis kefir Т-17 в соотношении 2.5 :
2.5 : 5,
Вариант 4 - Lactobacillus delbrueckii ssp. Lactis 21: Lb.acidophillus 630 : Torulopsis kefir Т-17 :
Rhodotorula glutinis в соотношении 1.5 : 1.5 : 5:2,
Вариант 5 - Lactococcus lactis 40: Lb.acidophillus 97:Torulopsis kefir Т-17: Rhodotorula glutinis в
соотношении 1.5 : 1.5 : 5:2.
Для определения закономерностей роста культур в осветленной молочной сыворотке с
добавлением источников азота в колбы со 100 мл сыворотки вносили 10% (объемных)
посевного материала (суточные культуры). Затем в течение 5 суток, через каждые 24ч
проводили отбор проб для изучения динамики накопления биомассы и физиологической
активности используемых культур. Определяли титруемую кислотность (по Тернеру),
содержание редуцирующих веществ (по Бертрану) и количество клеток в пробе - методом
серийных разведений Коха. В качестве плотной среды использовали агар с гидролизованным
молоком. Засеянные культурами чашки помещались в термостат при температуре 280С на
24-48 часов. Затем производили подсчет выросших колоний. Через 96 часов культуральную
жидкость центрифугировали (5000 об/с, 15 мин.) для отделения биомассы, которую затем
высушивали при 70-800С и взвешивали.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Параметры роста моно- и смешанных культур микроорганизмов изучались на 1, 2, 3 и 4 сутки
(табл. 1, 2, 3).
Таблица 1. Изменение титруемой кислотности молочной сыворотки
Культура
Lb. delbrueckii
ssp. Lactis 21
Lactococcus lactis
40
Torulopsis kefir T17
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Вариант 5
Молочная
сыворотка
осветленная
(контроль)
24 ч
Титруемая кислотность (градусы Т)
48 ч
72 ч
96 ч
39
45
61
121
39
46
78
117
36
38
39
42
37
39
39
38
28
37
42
43
39
43
36
36
59
36
52
30
35
63
31
56
38
Из таблицы 1 видно, что кислотность молочной сыворотки при росте монокультур
молочнокислых бактерий к 96 часам культивирования достигает 117-121оТ. Нарастание
кислотности в сыворотке со смешанными культурами происходит довольно медленно и не
превышает 50-63оТ. Наибольшее значение титруемой кислотности наблюдается в вариантах
3 и 5, в состав которых входит штамм молочнокислых бактерий Lactococcus lactis 40,
обладающий наибольшей кислотообразующей способностью. Так, в варианте 5 (содержащем
наименьшее количество клеток молочнокислых бактерий Lactococcus lactis 40) кислотность в
первые сутки составлет всего 28оТ, но к концу срока культивирования снова значительно
повышается.
В других вариантах, в том числе и в варианте 1, в котором ассоциация включает только
клетки ацидофильных молочнокислых бактерий, кислотность ниже. Здесь большое
содержание клеток дрожжей сдерживает увеличение кислотности, тем самым, оказывая
благотворное влияние и на молочнокислые бактерии.
В таблице 2 представлены данные по динамике утилизации редуцирующих веществ в
молочной сыворотке в ходе ее ферментации.
Как видно из таблицы 2, все исследуемые культуры, кроме смешанных культур (варианты
1,4,5) мало отличаются по скорости утилизации редуцирующих веществ (РВ). Ассоциации
вариантов 1, 4 и 5 только на вторые сутки начинают активно использовать лактозу и к 96
часам наиболее полно утилизируют РВ сыворотки. Возможно, это объясняется составом этих
смешанных культур (включением только ацидофильных молочнокислых бактерий в вариант
1, и каротинсинтезирующих дрожжей Rhodotorula glutinis в варианты 4 и 5) и характером
складывающихся в них взаимоотношений микроорганизмов. Так известно, что в монокультуре
Rhodotorula glutinis не утилизирует лактозу и не развивается на молочной сыворотке.
Таблица 2. Содержание редуцирующих веществ (%) в молочной сыворотке
Культура
Lb.delbrueckii ssp. Lactis
21
Lactococcus lactis 40
Torulopsis kefir T-17
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Вариант 5
Молочная сыворотка
осветленная (контроль)
24 ч
48 ч
72 ч
96 ч
3,32
2,16
1,84
1,43
3,38
3,41
3,90
3,24
3,39
3,86
3,80
2,34
2,20
2,81
2,89
2,17
2,88
2,62
1,14
1,03
1,02
1,06
0,89
1,11
0,74
0,48
0,97
0,21
0,85
0,34
0,18
0,11
4,40
Прирост клеток микроорганизмов в ходе культивирования показан в таблице 3 (для вариантов
1, 2, 3 дано соотношение молочнокислых бактерий и дрожжей, а для варианта 4 и 5 молочнокислых бактерий, дрожжей Torulopsis kefir и Rhodotorula glutinis).
Таблица 3. Количество клеток микроорганизмов (х 108/мл) в молочной сыворотке
Культура
Lb.delbrueckii
ssp. Lactis 21
Lactococcus
lactis 40
Torulopsis kefir
T-17
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Вариант 5
24 ч
48 ч
72 ч
96 ч
0,392
0,840
2,954
4,686
0,386
0,860
3,122
4,208
0,240
0,723
2,765
4,150
1,98:0,1
3,40:0,5
5,26:0,8
3,94:0,5:0,1
4,44:1,2:0,1
21,9:0,5
18,77:5,5
16,38:8,7
26,83:5,5:0,5
40,57:10:0,3
49,25:5,0
70,92:10,0
71,70:15,0
70,71:5,8:0,7
89,62:13:0,5
1372,8:44,3
1420,1:183,0
3561,8:432,0
1980,8:225:1
2494,3:555:1
Данные таблицы 3 показывают, что смешанные культуры обладают большей скоростью
размножения, чем монокультуры. Причем клетки молочнокислых бактерий уже через 24 часа
начинают преобладать над клетками дрожжей, независимо от первоначального объема
инокулюма. Наименьший прирост клеток на 4 сутки культивирования дает смешанная
культура - вариант 1 (содержащий в группе молочнокислых бактерий только ацидофильные
бактерии) - 1372,8х108 (молочнокислые бактерии): 44,3х108 (Torulopsis kefir). Большой
прирост клеток дают варианты смешанных культур с различными группами молочнокислых
бактерий. Варианты 3 и 5, включающие в свой состав сильный кислотообразующий штамм
Lactococcus lactis 40, дают наибольший прирост клеток. Сравнивая значительный рост на
молочной сыворотке с относительно невысоким содержанием РВ, можно сделать вывод об
использовании смешанными культурами дополнительных источников энергии в молочной
сыворотке (возможно, липидов и др.).
Результаты определения процентного содержания сырой биомассы представлены в таблице
4.
Наибольший урожай биомассы при росте на обычной осветленной молочной сыворотке
получен в монокультуре дрожжей Torulopsis kefir - 235,8%; смешанных культурах (вариант 2) 287%, вариант 3 - 237% и вариант 4 - 501,4%. Наименьшее количество биомассы дает
смешанная культура (вариант 1), составленная только из ацидофильных бактерий и дрожжей
Torulopsis kefir. Возможно, этот факт объясняется более узким спектром питательных
веществ, потребляемых этой смешанной культурой.
Таблица 4. Урожай биомассы
Культура
Lb.delbrueckii
ssp. Lactis 21
Lactococcus
lactis 40
Torulopsis
kefir T-17
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Вариант 5
Биомасса (%)
Источники азота
Осветленная
(NH4)2SO4 +
сыворотка (NH4)2SO4 CO(NH2)2
CO(NH2)2
200,6
162,6
235,8
167,8
287,0
237,0
501,4
188,4
404,0
380,0
364,0
420,0
331,0
372,1
365,0
241,0
443,0
420,0
528,3
375,0
474,0
524,0
527,7
Как видно из результатов таблицы 4, добавление в сыворотку источников азота в 2-3 раза
повышает урожай биомассы микроорганизмов. Различные источники азота по-разному
влияют на смешанные культуры. Так, на увеличение выхода биомассы для вариантов 1, 2, 3
наибольшее влияние оказывает добавление (NH4)2SO4, а для вариантов 4 и 5 - добавление
CO(NH2)2. Введение же в осветленную сыворотку обоих источников азота еще больше
повышает урожай биомассы, причем этот эффект наблюдается у всех смешанных культур.
Таким образом, молочнокислые бактерии Lb.delbrueckii ssp. Lactis и Lactococcus lactis, дрожжи
Torulopsis kefir, адаптированные к росту на молочной сыворотке, дают значительный прирост
биомассы в монокультуре. Однако, проведенные исследования показали, что наиболее
оптимальными для получения кормового белка являются смешанные культуры, содержащие
молочнокислые бактерии и дрожжи. Они дают наибольший прирост клеток, а соответственно
и белка. К тому же, совместное культивирование дрожжей и молочнокислых бактерий
позволяет выращивать на молочной сыворотке не только лактозосбраживающие дрожжи, но
и не сбраживающие этот дисахарид каротинсинтезирующие дрожжи Rhodotorula glutinis, что, в
свою очередь, позволяет получать белок, обогащенный каротином.
Для увеличения выхода биомассы микроорганизмов (в 2-3 раза), в осветленную молочную
сыворотку рекомендуется добавлять различные источники азота (лучше смесь (NH4)2SO4 и
CO(NH2)2). Получение кормового и пищевого белка на основе молочной сыворотки решает
проблемы создания белковых препаратов, обогащенных витаминами, аминокислотами,
ферментами и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Жубанова А.А., Шигаева М.Х. Микробиологические основы переработки молочной
сыворотки. -Алматы:- Мектеп, -1996. -С.183.
2. Квасников Е.И., Щелокова И.Ф. Дрожжи. Биология. Пути использования. Получение
кормового и пищевого белка .- М.: -Наука, -1987. -С.410.
3. Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г. Безотходная технология молочной промышленности. -М.: Агропромиздат, -1989. -С.279.
SUMMARY
Adduced the result of investigations to study of conformity to natural laws growth of mono- and
mixed cultures of lactic acid bacteria and yeast.
It was shown, that mixed cultures of lactic acid bacteria and yeast for receipt of fodder protein is
most optimal.
Recommended add of different source of nitrogen for increase exit of microorganism, s biomass.