Drojdii Furajere Pe Diferite Substraturi

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Drojdiile furajere obţinute pe soluţii bisulfitice şi prehidrolizate lemnoase, Fluxul tehnologic al cultivǎrii drojdiilor pe soluţii bisulfitice.

Citation preview

Biotehnologii de producere a drojdiilor furajere utiliznd diferite substraturiDrojdiile furajere obinute pe soluii bisulfitice i prehidrolizate lemnoaseCeluloza reprezint principalul component chimic al plantelor superioare, ea putndu-se obine prin solubilizarea substanelor care o nsoesc cum sunt: lignina, hemiceluloza, grsimile, taninurile etc.Lemnul n funcie de esen (moale sau tare) conine: 40-47% celuloz, 25- 35% hemiceluloz, 16- 31% lignin i 1- 8% substane extractive neazotate.n procesul de obinere a celulozei, lignina este principala substan care trebuie eliminat, proces numit delignificare sau dezincrustare. Delignificarea se realizeaz prin fierbere la temperatur i presiune ridicat, n prezena unor substane chimice specifice. n urma ndeprtrii ligninei => pasta de celuloz.Eliberarea celulozei de ncrustare are la baz proprietatea unor substane de a reaciona mai repede cu lignina dect cu polizaharidele.Unul din procesele de baz folosite la fabricarea celulozei l constituie procedeul bisulfit. n urma obinerii celulozei prin acest procedeu se obin cantiti mari de ape reziduale estimate la 8- 10 m3/ t de celuloz.Soluia sulfitic rezidual (poart i denumirea de leie), se separ n timpul procesului tehnologic al fabricrii celulozei, n urma splrii materialului lemnos rezultat din fierberea lemnului.Leiile bisulfitice reziduale sunt lichide brune sau galben- brune, cu un coninut de 10- 15% SU, din care substanele organice dizolvate din lemn reprezint ~ 80%. Densitatea leiilor este cuprins ntre 1,040- 1,070 g/ cm3.Utilizarea soluiilor bisulfitice ca substrat de cultivare a drojdiilor a urmrit:valorificarea substanelor organice dizolvate din lemn n urma fierberii acestuia, care sunt n cantiti foarte mari (aproape egale cu ale celulozei fabricate).reducerea cantitii substanelor nocive i poluante deversate n cursurile de ap, care ucid flora i fauna rurilor.Compoziia soluiilor sulfitice reziduale depinde de: sortimentul de celuloz fabricat, specia de lemn utilizat, tehnologia de fabricaie utilizat etc. Substana organic este reprezentat n principal de lignosulfonai i glucide (din care monoglucidele- arabinoz, xiloz, manoz, glucoz, galactoz reprezint circa 80- 85%.Calitatea mediului de cultur este influenat pe de o parte de compuii chimici care influeneaz pozitiv dezvoltarea celulelor de drojdie, iar pe de alt parte de substanele care inhib dezvoltarea drojdiilor: SO2 liber, sulfiii acizi, furfurolul, srurile de Cu i As. SO2 liber este principalul component nedorit din leiile bisulfitice, care se poate ndeprta prin insuflarea unui volum de aer de ~ 5 m3/ h/ m3 leie.Pregtirea leiilor reziduale pentru cultivarea drojdiilor necesit urmtoarele operaiuni:omogenizarea soluiilor;diluarea soluiilor cu o concentraie prea mare de substane inhibitoare;invertirea oligozaharidelor n molecule mici, asimilabile;ndeprtarea compuilor volatili duntori;neutralizarea soluiilor cu lapte de var i amoniac; adugarea unor substane nutritive: surse de N asimilabil, macro i microelemente, vitamine etc.Genuri i specii de drojdii folosite n cultur pe leii bisulfiticegenul Candida (Candida robusta, Candida tropicalis, Candida utilis, Candida arboreea);genul Trichosporon (Trichosporon cutaneum, Tr. pullulans);genul Torulopsis (Torulopsis candida, T. Holmii, T. Formata);genul Cryptococcus;genul Hansenula;Candida robusta are coninutul cel mai mare n protein brut, iar Candida arboreea are randamentul cel mai bun de utilizare a zaharurilor.La fabricarea drojdiilor furajere se pot folosi i amestecuri de 2-3 specii, care permit obinerea unei biomase cu un coninut proteic ridicat i cu un randament bun de transformare a substratului.Fluxul tehnologic al cultivrii drojdiilor pe soluii bisulfiticeDrojdiile se cultiv n sistem discontinuu submers, n fermentatoare oxigenate cu aer sterilizat comprimat, la un pH de 4,5- 5,4 i temperatur de 30-350C. n timpul aerrii se produce o spum abundent care se poate elimina prin diverse metode fizice i chimice.Separarea drojdiilor din mediul de cultur se realizeaz cu ajutorul unor separatoare centrifugale de mare turaie obinndu-se o crem de drojdie. Aceasta este supus unor splri i centrifugri repetate => o past de drojdie cu un coninut de drojdie de 12- 13%, care este pompat apoi spre instalaia de evaporare (concentrare) care realizeaz concentrarea pastei de drojdie la 23- 25%. Aceast instalaie cuprinde un prenclzitor (la 700C), un plasmolizor (rupe peretele celular al drojdiilor) i un evaporizator (are loc evaporarea apei). naintea prenclzitorului se poate monta o instalaie de iradiere cu radiaii ultraviolete n scopul transformrii ergosterolului i a creterii coninutului drojdiilor n vitamina D. De aici, pasta de drojdie este pompat ctre instalaia de uscare prin atomizare sau cu ajutorul usctoarelor cu valuri. Modul de uscare infleneaz att umiditatea ct i culoarea, gustul i aspectul drojdiilor. Cele mai bune rezultate se obin n cazul folosirii instalaiei de uscare prin atomizare: un disc rotativ la o turaie ridicat (6- 7000 rot./ min) pulverizeaz pasta de drojdie concentrat n picturi microscopice spre pereii atomizorului care este strbtut de un curent de aer cald cu temperatura de 3000C la intrarea n atomizor, respectiv de 1000C la ieirea din atomizor. Acesta determin evaporarea rapid a apei i transformarea drojdiilor ntr-o pulbere de culoare glbui- maronie cu miros plcut. Drojdia uscat cade n partea inferioar a atomizorului, apoi ntr-o baterie de cicloane n care se sedimenteaz pulberile i se rcete drojdia. De aici cu ajutorul unor transportoare , drojdia ajunge n silozuri i la instalaia de nscuire.Produsul finit are 90- 93% SU ceea ce i asigur o bun conservabilitate.Drojdiile obinute din prehidrolizate lemnoase Prehidrolizatele de lemn au un coninut ridicat n zaharuri i n furfurol, constituind o materie prim avantajoas pentru cultura drojdiilor furajere i obinerea furfurolului.Drojdiile din prehidrolizatele lemnoase se fabric dup o tehnologie asemntoare cu a drojdiilor din leiile bisulfitice. Principalele drojdii i amestecuri de drojdii cultivate pe prehidrolizatele lemnoase sunt: candida scotti, Candida arboreea, Candida robusta, C. arboreea + C. robusta, C. Tropicalis + C. Robusta.nainte de introducerea n fermentator, prehidrolizatele sunt diluate pentru reducerea concentraiei substanelor inhibitoare i se trateaz cu sruri nutritive necesare dezvoltrii drojdiilor.Suspensia de drojdii se separ prin flotare, iar apoi n urma unei centrifugri n dou trepte ajunge la concentraia de 450- 500 g./ l. Pasta de drojdie este supus apoi evaporrii i uscrii prin atomizare.Ca medii de cultur pentru drojdii pot fi folosite i apele de splare a plcilor fibrolemnoase fabricate din rumegu (P.F.L.) i din deeuri provenite de la industrializarea lemnului.Fabricarea drojdiilor prin procedeul Pekino utilizeaz medii care conin: leii bisulfitice reziduale, glucide din industria alimentar i acidul acetic. Fermentaia are loc la 380C i pH de 4,7 timp de 3-5 ore. Microorganismul folosit pentru cultivare este microciuperca Pecilomyces variotti care poate fi separat prin filtrare i apoi este deshidratat prin presare mecanic. Drojdiile furajere obinute din soluii bisulfitice i prehidrolizate lemnoase se caracterizeaz printr-o valoare nutritiv ridicat i o toxicitate sczut putnd fi folosite cu bune rezultate n hrana porcinelor, psrilor i vieilor.Drojdiile furajere obinute pe melas, borhot de melas i borhot de la fabricile de bereDrojdiile furajere care se cultiv pe melas i borhot de melas sunt cele din specia Torula utilis i Candida lipolitica. Mediile nutritive sunt reprezentate de melas cu 50% zahr sau pe amestec de melas i borhoturi de melas n sistem continuu de fermentare, la temperatura de 30- 350C i pH 4,5- 5,2.Fluxul de fabricaie este asemntor cu cel descris anterior, drojdia fiind deshidratat prin atomizare sau pe valuri. Din 4 tone de melas cu 50% zahr=> o ton de drojdie. Drojdia furajer de la fabricile de bere se obine n timpul fermentaiei primare a mustului de bere rezultat din cultura pe orz a drojdiei Saccharomyces carlbergensis. Drojdia se separ din tancurile de fermentare prin sedimentare, iar apoi este deshidratat prin uscare pe valuri. Drojdia furajer obinut pe N- parafinen petrol se gsesc toate tipurile de hidrocarburi, printre care i hidrocarburi saturate de tipul alcanilor cu caten linear, numii n- parafine. Utiliznd ca substrat n- parafine cu puritate de peste 95%, drojdiile le pot metaboliza n ntregime, => 1 kg de biomas dintr-un kg de n-parafine consumate. Drojdiile furajere fabricate prin aceast tehnologie au un coninut de substane aromatice situat sub pragul de toxicitate pentru animale.Pentru cultura drojdiilor cel mai mult se folosesc n-parafine cu un coninut ntre 14 i 22 atomi de carbon (lichide), dar se pot utiliza i parafine solide n urma dizolvrii acestora ntr-un solvent adecvat.Drojdiile cultivate pe hidrocarburi aparin genului Candida: Candida guilliermondii, C. intermedia, C. lipolytica, C. tropicalis, C. rugosa, genurilor Pichia i Debaryomyces.Drojdia furajer se obine din n- parafine prin cultivarea microorganismelor pe medii sterilizate, reprezentate de n- parafine i sruri minerale, n sistem discontinuu submers, n fermentatoare de mare capacitate alimentate cu aer sterilizat comprimat la temperatura de 300C i pH de 4,5- 5. n bioreactoare se asigur oxigenarea continu a mediului de cultur prin agitare i rcirea acestuia pentru eliminarea cldurii produs de biotransformarea n- alcanilor. Produsul de fermentaie este concentrat prin centrifugare i dezhidratat prin atomizare pn la 92- 93% S.U. Biomasa proteic obinut are o compoziie i o calitate asemntoare cu cea produs pe mediile glucidice tradiionale.nc din anul 1976 la Levra (Frana) se cultivau drojdii pe motorin la o capacitate de circa 20.000 t/ an. n Scoia la Grangemuth pentru obinerea drojdiilor furajere se folosesc n- parafine purificate. n Romnia la Curtea de Arge a fost construit uzina Roniprot cu o capacitate de 60.000 t/ an.Drojdia furajer obinut pe metanolMetanolul reprezint unul din cele mai importante substane folosite pentru producerea drojdiilor furajere datorit avantajelor pe care le prezint:este disponibil n cantiti mari;se dilueaz uor n mediul apos de cultivare;prezint un pericol de manipulare redus comparativ cu metanul de la care provine;permite obinerea unei biomase proteice de drojdii cu o toxicitate redus;randamentul de transformare al metanolului n biomas este de 2:1.Drojdiile capabile s utilizeze metanolul ca surs de carbon i energie sunt cele aparintoare genurilor: Candida, Criptococcus, Hansenula, Rhodotorula, Torulopsis i Pichia.Substratul format din metanol, amoniac, sruri minerale i oxigen este transformat n biomas, CO2, ap i cldur.Cultivarea drojdiilor se face n flux continuu, rata de alimentare cu mediu proaspt fiind egal cu rata de evacuare a biomasei.Drojdiile cultivate pe metanol au un coninut ridicat n protein brut (cu un coninut ridicat n lizin, leucin i acid glutamic i sczut n metionin), au un coninut sczut n celuloz brut i un coeficient de digestibilitate de peste 90%).n ara noastr, procedeul de obinere a biomasei proteice de drojdii din metanol a fost stabilit la Institutul de Cercetri Chimico- Farmaceutice Bucureti. Procedeul a fost pus n aplicare la staia pilot de la Curtea de Arge unde drojdii metilotrofe au fost cultivate n flux continuu.Drojdiile furajere cultivate pe etanolEtanolul (alcoolul etilic) folosit ca substrat prezint o serie de avantaje cum sunt:este disponibil n cantitate mare sub form pur;nu este toxic;este uor de depozitat i transportat;este uor solubil n ap; nu este inhibitor pentru majoritatea microorganismelor;elibereaz mai puin cldur dect alte substane hidrocarbonateDezavantaje:cost relativ ridicat de producie;este uor volatil;poate fi uor contaminat, fiind folosit de multe specii de microorganisme ca surs de carbon.Obinerea proteinelor din drojdii pe etanol se realizeaz n condiii aseptice i n concentraii limitate de substrat (5-10% etanol), la o rat de cretere nalt care s asigure un randament i un coninut proteic maxim n produsul finit.Soluiile apoase ale componentelor mediului de cultur sunt sterilizate la 120- 1300C iar apoi sunt introduse n fermentator. Temperatura de cultivare a drojdiilor este de 30- 350C iar pH-ul de 3,5- 5,5 (preferabil 4). Biomasa se recolteaz prin centrifugare i este uscat apoi prin atomizare.n S.U.A. American Oil Company a contruit o staie de obinere a drojdiilor din etanol cu o capacitate de 7,5 t/an n Hutchinson Minesota utiliznd drojdia Torula. Mitsubishi Petroleum Company din Japonia a crescut o tulpin de Cadida pe etanol, staia pilot avnd capacitatea de 100 t/an. n Cehia la Kojetin 1.000 t/ an.Costul ridicat al etanolului scade economicitatea acestui proces, soluia constnd n obinerea unor cantiti mari de etanol din resurse noi care s scad preul de producie al acestuia.Drojdiile furajere obinute pe alte substraturin Frana nc din 1979 se folosea lactoza din zerul de la fabricile de brnzeturi (6000 t/ an), sau amidonul nehidrolizat din manioc (Candida tropicalis). n U.R.S.S. au fost folosite n cantiti mari turba i subprodusele celulozice din agricultur. n Romnia la I.B.N.A.- Baloteti a fost cultivat drojdia Candida utilis pe substrat bazat pe fin de porumb => procedeul protamid (2,5% protein brut caracterizat printr-un coninut de 2-3 ori mai ridicat n aminoacizi eseniali dect al proteinei din porumbul boabe).Studiile care au loc n Institutele de Cercetri Biotehnologice vor contribui la identificarea i utilizarea unor noi tipuri de drojdii, capabile s valorifice o gam larg de substraturi n vederea producerii biomasei proteice folosite n hrana animalelor.Utilizarea drojdiilor furajere n hrana animalelorn hrana vacilor de lapte, drojdia furajer are un efect bun asupra produciei i a coninutului n grsime a laptelui. Sub form uscat se poate da la vaci 1-2 kg/ zi. La viei s-au obinut rezultate bune prin adaosul a 100 g drojdie uscat/ zi.La oile de reproducie se pot da pn la 300 g/ zi.Adaosul de drojdie furajer n hrana tineretului porcin determin creterea sporului zilnic i o mai bun valorificare a hranei, reprezentnd pentru aceast categorie unul dintre cele mai valoroase nutreuri. n nutreurile combinate pentru purcei n perioada de alptare i nrcai, drojdia furajer poate reprezenta 1- 2%, respectiv 2- 4%. La purcei de 1- 4 luni se pot da 50- 100 g drojdie uscat/ zi. Tineretul porcin de reproducie (25- 55 kg) 1-2% din nutreul combinat. n hrana scroafelor gestante influeneaz pozitiv numrul purceilor la ftare. n nutreul combinat pentru scroafe gestante, n lactaie i vieri poate reprezenta 3- 5% din structura nutreului combinat. Porcinele supuse ngrrii pot primi 3-6% din structura nutreului combinat.La ginile outoare, utilizarea drojdiei furajere a dat de asemenea rezultate bune. n nutreurile combinate destinate ginilor outoare drojdia furajer poate reprezenta 3- 5% iar la puii de carne 2% (starter), 2-4% (grower) i 3-5 % (finisher).Datorit coninutului ridicat n acizi nucleici, consumul mare de drojdii animale determin apariia gutei (depunerea urailor la nivelul articulaiilor).