Производство кормовых витаминных препаратов

Организмы человека и животных не способны к синтезу витаминов, тогда как растения при нормальных условиях развития полностью обеспечивают себя необходимыми витаминами (за исключением витамина В₁₂). Микроорганизмы также синтезируют большинство необходимых им витаминов. Исходя из этого видно, что продукты растительного и микробного происхождения представляют собой незаменимые источники витаминов, как для животных, так и для человека.

Удовлетворение потребности этих организмов осуществляется двумя путями – поступление с пищей и синтез микрофлорой желудочно-кишечного тракта. Для организмов с однокамерным желудком, имеющем значительно меньше микрофлоры, главный путь обеспечения витаминами – потребление их с пищей. Другой путь – потребление их метаболических предшественников – провитаминов, которые в организме человека и животных превращаются в витамины. В то же время жвачные животные, имеющие в преджелудках обильную микрофлору, способную к синтезу витаминов, в значительной степени удовлетворяют свою потребностью многих витаминах за счёт переваривания клеток отмерших микроорганизмов.

Поскольку корма растительного происхождения имеют не оптимальный состав и постоянно меняющееся содержание необходимых животным витаминов, при составлении кормовых рационов возникает необходимость добавлять в корма препараты, обогащённые витаминами, которые получают из культур микроорганизмов. Микробиологическая промышленность многих стран, в том числе России, выпускает два вида кормовых витаминных препаратов – кормовой рибофлавин, содержащий витамин В_2, и КМБ₁₂, имеющем в своём составе витамин В₁₂.

Кормовые препараты витамина В₂ (рибофлавин). ВитаминВ₂ входит в состав активных групп окислительно-восстановительных ферментов – флавинмононуклеотида (ФМН). Поэтому при его недостатке наблюдается ослабление окислительно-восстановительных процессов в организме. По нормам кормления этого витамина свиньям требуется не менее 2-7 мг, лошадям и птице - 2-5 мг на 1 кг сухого корма. Однако в растительной продукции, используемой в кормопроизводстве, витамина В₁₂ содержится недостаточно. Много рибофлавина могут синтезировать микроорганизмы – различные виды бактерий, актиномицеты, дрожжевые клетки. Некоторые из них способны накапливать в культуральной среде до 1 мг/мл витамина В₂.

В качестве промышленных продуцентов кормового рибофлавина используются отселекционированные штаммы дрожжей Eremothecium ashbyii. Рибофлавин накапливается в вакуолях дрожжевых клеток и придаёт культуре характерную жёлтую окраску. Для производственной ферментации готовятся отдельно жидкая питательная среда и посевной материал культуры дрожжей, выращенный в специальном посевном аппарате.

Питательная среда в необходимых концентрациях включает соевую муку, кукурузный экстракт, мел, гидрол, сахар, К₂НРО₄, NaCl. Перед подачей в ферментер она подвергается стерилизации. В качестве посевного материала используются споры Eremothecium ashbyii, выращенные на пшене.

Промышленное получение препаратов витамина В₂:

1.Промытое пшено в течение 30-35 мин выдерживается в молочной сыворотке для набухания, затем оно просушивается и расфасовывается по 50-60 г в простерилизованные флаконы. Во флаконах пшено подвергается трёхкратной стерилизации, после чего производится его засев водной суспензией спор культуры дрожжей. Флаконы с засеянной культурой в течение 7-8 дней инкубируют при 29-30°С, после чего высушивают в вакуум- сушильной установке и далее направляют для приготовления жидкого посевного материала, который после стерилизации подаётся в производственный ферментёр.

2.Культивирование продуцентов кормового рибофлавина проводится при 28-30°С в течение 72 ч. Через каждые 8 ч ферментации отбираются пробы для контроля за развитием микробных клеток, составом среды и накоплением целевого продукта. Готовая культуральная среда по окончании ферментации должна содержать до 5% сухих веществ и 1,4 мг/мл рибофлавина.

3.В целях стабилизации витамина в процессе высушивания культуральную жидкость подкисляют соляной кислотой до рН 4,5-5,0, после чего она концентрируется в вакуум-выпарной установке. Полученный концентрат обычно содержит 5,6 мг/мл витамина и 20% сухих веществ. После выпаривания избытка растворителя концентрат рибофлавина высушивается на распылительной сушилке до влажности 5-10%, затем смешивается с отрубями или кукурузной мукой и расфасовывается по 20 кг в полиэтиленовые пакеты. В готовом продукте содержится не менее 1% витамина. Срок хранения сухого препарата 1 год.

Кормовые препараты витамина В₁₂. Этот витамин стимулирует образование крови в костном мозге, улучшает усвоение белков, участвует в синтезе аминокислот и азотистых оснований. Витамин В₁₂ не содержится в продуктах растительного происхождения и его единственным источником для сельскохозяйственных животных являются микроорганизмы.

Промышленное получение препаратов витамина В₁₂:

1. Выращивается специально подобранный биоценоз микроорганизмов, осуществляющих термофильное метановое брожение, в которое входят целлюлозоразлагающие, аммонифицирующие, углеводосбраживающие, сульфитвосстанавливаю-щие и метанобразующие бактерии;

2. На первом этапе ферментации этих микроорганизмов в течение 10-12 дней наблюдается бурное развитие термофильных аммонифицирующих и углеводсбраживающих бактерий, которое происходит в слабокислой среде (рН 5,0-7,0). Другие группы бактерий данного биоценоза достигают интенсивного развития при переходе брожения в щелочную фазу (рН 7,0-8,5). Преобладающими в этот период являются метанобразующие бактерии, которые синтезируют в 4-5 раз больше витамина В₁₂, чем другие микроорганизмы биоценоза.

3. Для приготовления питательной среды используется барда, которая очищается от твёрдых примесей, в неё добавляется хлорид кобальта (4 г/м³ ) и 0,5 метанола.

4. В процессе культивирования бактерий:

-Вначале производится выращивание посевного материала в течение 15-20 дней в аппаратах ёмкостью 250 м³;

- Затем посевной материал подаётся в ферментёры ёмкостью 2400 м³, в которых происходит метановое брожение (рис. 12.4);

Рис. 12.4. Загрузка посевного материала в ферментер

5. Свежая барда подаётся в нижнюю часть ферментёра в количестве 25-30% от общего объёма в сутки;

6. Отбор метановой бражки, содержащей витамин В₁₂, производится из верхней части ферментёра;

7. В целях улучшения физических свойств сухой продукт смешивается с отрубями или кукурузной мукой, расфасовывается по 25-30 кг в полиэтиленовые пакеты и упаковывается в мешки.

Содержание витамина В₁₂ в готовом кормовом препарате составляет 2,5 мг%, срок хранения – 1 год. Препарат имеет коммерческое название КМБ-12 (концентратно - микробный витамин). Кроме витамина В₁₂ КМБ-12 содержит также другие витамины группы В и незаменимые аминокислоты.

Кормовые липиды

Основной источник незаменимых жирных кислот для сельскохозяйственных животных – различные растительные продукты, входящие в состав кормов. Однако в растительных кормах содержится мало липидов или они имеют неблагоприятный состав жирных кислот, что ухудшает питательную ценность кормов. В целях балансирования кормовых рационов сельскохозяйственных животных по содержанию незаменимых жирных кислот осуществляется поиск новых источников биологически полноценных липидов, которые можно было бы использовать в качестве высококонцентрированных кормовых добавок.

Наиболее перспективными промышленными продуцентами липидов, близкими по составу к растительным жирам и пригодными для использования в кормовых целях, являются дрожжи и микроскопические грибы, которые накапливают внутриклеточные липиды. Однако известны виды, способные выделять липиды в культуральную жидкость. В клетках этих микроорганизмов обычно содержится от 25 до 70% липидов в расчёте на сухую массу, которые на 40-90% представлены триацилглицеринами и на 5-50% - фосфолипидами. В них также содержится много стероидных веществ (до 1-1,5% на сухую массу), представленных главным образом эргостерином, из которого в организме животных образуется витамин D₂.

Много липидов (50-60% от сухой массы) способны накапливать некоторые штаммы дрожжей Phodotorula, Lipomyces. Клетки дрожжей рода Candida синтезируют меньше липидов (20-40%), однако отличаются высокой скоростью роста и способностью хорошо утилизировать разнообразные источники сырья. Микроскопические грибы могут синтезировать до 40-50% высокоценных липидов, сходных по составу жирных кислот с растительными маслами (табл. 12. 4).

Таблица 12.4. Состав жирных кислот растительных масел и липидов некоторых микроорганизмов (в % от суммы)

Из-за образования в клетках микроорганизмов активных комплексов гидролитических ферментов они способны утилизировать в качестве источников углерода различные субстраты – гидролизаты растительных отходов, послеспиртовую барду, молочную сыворотку, мелассу, отходы зерноперерабатывающей промышленности и др.

В качестве источника азота в питательную среду добавляют дрожжевой или кукурузный экстракт, соли аммония, мочевину, но при этом строго контролируют соотношение углерода и азота, так как при избытке азота снижается образование липидов в клетках микроорганизмов.

Этапы технологии производства липидов на питательной среде включает:

1.Начальный период интенсивного роста микроорганизмов и сравнительно небольшое накопление липидов;

2.Усиление синтеза липидов в начале стационарной фазы развития микроорганизмов;

3.При выращивании продуцентов кормовых липидов поддерживается температура 20-30°С, так как при более высокой температуре снижается выход липидов, а в липидах уменьшается доля полиненасыщенных жирных кислот;

4.В процессе ферментации требуется поддерживать режим интенсивной аэрации, так как для окисления углеродных субстратов необходим кислород. Он также необходим для синтеза ненасыщенных жирных кислот, поэтому улучшение аэрации стимулирует увеличение выхода незаменимых жирных кислот;

5.По окончании ферментации микробная масса отделяется от остатков субстрата и высушивается по такой же технологии, как кормовые дрожжи. Для улучшения физических свойств к высушенному продукту добавляют отруби или кукурузную муку.