Производство белковых продуктов из природного газа
Использование природного газа в качестве источника углерода для микробиологического синтеза - важный фактор в решении проблемы промышленного производства белковых продуктов из непищевого сырья. Сырьем для получения белковых веществ служат природные газы, содержащие метан. Микроорганизмы родов Mycobacterium, Pseudobacterium, Brevibacterium, Staphylococcus, Bacillus, Chromobacterium и др. ассимилируют метан двумя путями - гетеротрофным и автотрофным.
При гетеротрофном пути микроорганизмы усваивают углерод из метана при последовательном его окислении через спирт и альдегид. Сущность автотрофного пути заключается в усвоении метана микроорганизмами с образованием диоксида углерода и активного водорода с последующей их редуктивной ассимиляцией. Микроорганизмы используют метан в энергетических и конструктивных процессах. При энергетическом процессе последовательно через метанол, формальдегид и муравьиную кислоту часть метана окисляется кислородом воздуха до диоксида углерода и воды.
В конструктивный процесс (рис. 3.15) вовлекается метан, окисленный рибозофосфатным путем. Три молекулы рибозо-5-фосфата конденсируются с тремя молекулами формальдегида и через аллюлозо-6-фосфат образуются три молекулы фруктозо-6-фосфата. Одна молекула фруктозо-6-фосфата фосфорилируется молекулой АТФ в фруктозо-1-6-дифосфат с последующим расщеплением на две молекулы фосфотриозы. Одна молекула фосфотриозы поступает в конструктивный обмен; из другой молекулы фосфотриозы и двух молекул фруктозо-6-фосфата регенирируются три молекулы рибозо-5-фосфата. При получении белковых веществ из метана возникают технологические трудности:
медленный рост микроорганизмов;
низкая растворимость метана (максимум 0,02 г/л) в культуральной жидкости;
повышенная потребность в кислороде на единицу массы клеток (в 5 раз выше, чем на мелассе, и в 2-3 раза больше, чем на н-парафинах).
Специфичность процесса культивирования микроорганизмов на природном газе заключается в том, что необходимо создать высокую интенсивность массообмена в применяемой аппаратуре, так как основными питательными веществами служат газы - метан и кислород.
Интенсивность массообмена газообразных питательных веществ увеличивают за счет скорости газового потока, перемешивания, изменения общего давления в аппарате и изменения соотношения газовых компонентов. При избытке азота в растущей метанокисляющей культуре химические превращения выражаются реакцией
60-90% образовавшегося формальдегида фиксируется в данном случае в виде углерода клеток, а остальное количество окисляется до муравьиной кислоты, а затем до диоксида углерода.
Процесс культивирования можно проиллюстрировать на примере выращивания метанокисляющих бактерий рода Methanomonas. В ферментатор с замкнутой системой циркуляции газовой смеси (по периодической схеме выращивания) через культуральную жидкость пропускают непрерывно газовую смесь следующего состава (в %): кислород 8-11, метан 10-15, диоксид углерода 5, азот 77-69.
Давление в начале процесса ферментации 4МПа (40 кгс/см2, в конце - 0,1 МПа (1 кгс/см2), температура выращивания 30 СС. При таком режиме за 2 сут достигается концентрация биомассы около 1 г на 1 л культуральной жидкости.
По составу микробная масса, полученная из газа, не отличается от микробной массы, выращенной на углеводах, спиртах, н-парафинах. В ее элементном составе (в %): кислород 30-31, водород 6,5-7, углерод 47- 48, азот 7-10, зола 5-8. Микробная масса метанокисляющих микроорганизмов содержит до 75 % неочищенного белка, большое количество витаминов (В12 - 42 мг/г, биотина-1,3 мг/г, рибофлавина - 20 мг/г), аминокислот (табл. 3.4). По содержанию этих биологически активных соединений белок из газа не уступает рыбной и соевой муке.
