Источники фосфорного питания

Часто упоминавшиеся ранее источники органического азота (кукурузный экстракт, соевая мука) являются одновременно и источником фосфора. Неорганические источники так же содержат азот. Это аммофос (смесь моно-, ди- и триаммонийфосфата), отдельно моноаммонийфосфат и диаммонийфосфат. Иногда применяют ортофосфорную кислоту, но обычно это наиболее дорогой источник фосфорного питания.

Макро- и микроэлементы

Используются в основном неорганические соли:

- Карбонат кальция

- Сульфат калия

- Хлорид калия

- Сульфат магния

- Сульфат марганца

- Сульфат железа

- Железный купорос

- Сульфат цинка

- Цинковый купорос

- Сульфат меди

- Медный купорос

- Сульфат кобальта

Титранты

Мел позволяет стабилизировать рН без добавления других титрантов. Обычно используют мел химически осажденный, а не природный, особенно в фармацевтической биотехнологии. В качестве титрантов часто применяют кислоты и щелочи.

Пеногасители

Используются различные виды жиров, олеиновая кислота, различные модификации ПАВ: пропинол, лапрол и т.д.

Выбор сырья для конкретных процессов ферментации

Прежде всего при выборе учитывают эффективность того или иного источника питания, которую проверяют экспериментально при подборе сред. Подбор сред до настоящего времени остается не только наукой, но и искусством. И, конечно, при выборе сырья учитывается стоимость различных его видов.

 

ВОПРОС №2. ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ РАСТИТЕЛЬНОЕ СЫРЬЕ. ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕРЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Возобновляемым называется сырье, полный цикл получения которого можно осуществить за краткий (в шкале человеческой жизни) промежуток времени, не превышающий нескольких лет. Различают первичное возобновляемое сырье (биомасса) и вторичное (отходы сельского хозяйства, деревообработки и ЦБК).

Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в топливо, кормовые и пищевые продукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленности рассматривается в настоящее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии. Одно из направлений этой отрасли предусматривает способы превращения непищевого сырья (отходы целлюлозно-бумажной промышленности и сельского хозяйства) с помощью ферментов и микроорганизмов для получения углеводов и биологически активных веществ.

Ферментативное превращение целлюлозы перспективно не только с точки зрения создания самостоятельных малоотходных технологий, но и с позиции снижения экологической опасности различных производств целлюлозно-бумажной промышленности и других производств, перерабатывающих растительное сырье и образующих большое количество отходов. Ежегодное производство древесины для изготовления бумаги достигает 150 млн. тонн и постоянно возрастает, создавая тем самым мощное давление на окружающую природную среду. Таким образом, невостребованные сырьевые ресурсы для ферментативного получения углеводов из целлюлозы огромны и постоянно возобновляются.

Биоконверсия отходов лесопромышленных предприятий и предприятий переработки сельскохозяйственного сырья (целлолигнина) является новой технологией, не имеющей аналогов в отечественном и зарубежном промышленных производствах. Однако на практике, особенно отечественной, широко распространена технология химической конверсии целлолигнина, преследующая те же цели, что технология биоконверсии - превращение целлюлозы в сахаристые вещества. Технология химической конверсии предполагает перколяционный гидролиз целлюлозосодержащих материалов горячей разбавленной серной кислотой при температуре 150 - 180°С и при избыточном давлении. Основными недостатками процесса перколяционного гидролиза древесины являются образование крупнотоннажного отхода - лигнина и низкое качество гидролизата с точки зрения микробиологического синтеза, а именно наличие в смеси и пентоз, и гексоз, заметных количеств ингибирующих примесей, ограничивает применение гидролизата только производством белково-витаминного концентрата (гидролизные дрожжи). Во всех остальных биотехнологических производствах это сырье оказывается неприемлемым. Тем не менее, производительность гидролизных аппаратов при химической конверсии составляет 6 – 20 г/л в час, что на порядок выше, чем при биоконверсии – 0,5 - 1 г/л в час при одинаковом выходе. Но сравнение обеих технологий по некоторым показателям (качественная характеристика получаемого продукта, отход лигнина и влияние на окружающую природную среду) выдвигает биоконверсию как наиболее перспективную технологию.

Однако, несмотря на многочисленные исследования, в настоящее время ни в одной стране мира пока нет промышленных установок для ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих материалов. Одной из основных причин того, что процесс ферментативного гидролиза целлюлозы пока не удается перевести на промышленный уровень, является отсутствие высокопроизводительных и экономически эффективных аппаратов и технологий для ферментативного гидролиза, сопоставимых с уровнем аппаратов традиционной химической технологии.

Для того чтобы технологии биоконверсии растительного сырья экономически были выгодны для использования их в промышленном производстве, исследователи ориентируются на получение продуктов, которые невозможно получить традиционными химическими технологиями переработки растительного сырья. Описано немало технологий биоконверсии растительного сырья с использованием многостадийных процессов для удешевления нерентабельного процесса ферментативного гидролиза, являющегося основным в технологии биоконверсии. При этом экономическая характеристика той или иной технологии сильно зависит от рентабельности сопутствующих процессов и способов их использования. Так, например, сегодня рентабельными являются технологии, предусматривающие:

- ферментативный гидролиз растительного сырья микроорганизмами, продуцирующими внеклеточные целлюлазы и накапливающими белок за счет своего развития для получения кормового и пищевого продукта;

- совместное культивирование микроорганизмов, продуцентов внеклеточных целлюлаз для ферментативного гидролиза целлюлозы, и микроорганизмов, продуцентов целевого продукта (кормовой белок, этанол, ферментные препараты и др. продукты) на углеводах после ферментативного гидролиза.

Жидкое и твердое биотопливо

Вопросы биоэнергетики становятся все более популярными, об этом можно судить по росту статей в профильных журналах, количеству конференций и круглых столов, посвященных данной теме. Однако в России чаще всего говорят о твердом биотопливе, как источнике энергии, то есть о превращении биомассы в топливные гранулы, брикеты, уголь и т.п. Вместе с тем биоэнергетика включает в себя и получение биогаза и жидкого моторного биотоплива.

В мире существует три лидера по использованию жидкого моторного биотоплива: Бразилия, США и Европейский Союз. И каждый имеет свои мотивы перевода транспорта с бензина на биодизель или биоэтанол. Бразилия использует этанол из сахарного тростника, чтобы не зависеть от импорта нефти. В США распространяется этанол из маиса (кукурузы), для того чтобы поддержать местное сельское хозяйство, с одной стороны, а с другой – улучшить состояние окружающей среды. Европейский Союз, внедряя новые биотопливные технологии, преследует сразу несколько целей: ликвидация зависимости от импорта нефти, предотвращение глобального потепления климата, а также развитие сельского хозяйства.

Моторное биотопливо можно получать практически из любых растений: пшеницы, сахарной свеклы, рапса, древесины и даже отходов деревообработки. Биотопливо может быть разделено на углеводородное топливо, бензин, дизельное топливо и химические побочные продукты.

Большинство исследований по созданию моторного топлива из биомассы направлено на получение этанола из сахарного тростника, зерна и сахарной свеклы, а также рапсового метилового эфира из семян рапса. При урожайности семян рапса 3 т с 1 гектара можно получить 1 тонну моторного топлива и 2 тонны высококачественных кормов. Свойства моторного топлива, получаемого из семян рапса, близки к дизельному топливу, однако вредные выбросы при использовании биодизельного топлива значительно снижены. Другой перспективной технологией производства моторного топлива является быстрый пиролиз с выходом топлива 80% по массе исходного растительного сырья. Это топливо имеет теплотворную способность 50% от дизельного топлива, оно может сохраняться, транспортироваться и использоваться в печах, паровых котлах и газовых турбинных установках.

В последнее время начали бурно обсуждать новый вид биотоплива: BtL (Biomass-to-Liquid). BtL производят из древесины и отходов деревообработки (промежуточный продукт: биогаз). Преимущество этого вида топлива перед биоэтанолом и биодизелем состоит в том, что, в отличие от упомянутых продуктов, при производстве BtL древесина полностью перерабатывается. В то же самое время BtL может производиться из любого вида биомассы, к тому же, по заявлению производителей этого топлива, для перевода автомобилей на него не требуется модификация современных двигателей.

По оценке немецких ученых, если BtL займет 20% рынка ЕС, то в Европе можно уменьшить выбросы СО₂ на 200 млн тонн. С другой стороны, в Германии, например, наиболее популярным видом биотоплива остается пока биодизель. В 2004 году немцы произвели 1,1 млн тонн биодизеля (в основном из рапса). Для сравнения, потребление обычного дизеля в этой стране составляет 30 млн тонн в год.

Твердое биологическое топливо, которое широко применяют альтернативные источники отопления, производится практически из тех же продуктов, что и биотопливо жидкого типа. Твердое биотопливо в сельском хозяйстве имеет такую же широкую сферу использования, как и жидкое топливо. Твердое биологическое топливо можно получить из большинства продуктов, имеют органическое происхождение. Самая большая трудность, которая встает перед производителями биотоплива твердого типа, – это расщепление целлюлозы. Наиболее популярными формами биологического топлива для того чтобы его использовали альтернативные системы отопления, являются такие, как гранулы, брикеты, пеллеты. Главными преимуществами такого продукта являются его хорошие показатели себестоимости и безопасность с экологической точки зрения.

Сельскохозяйственные корма

Кормами называют продукты, пригодные для употребления в пищу сельскохозяйственным животным, содержащие в удобоваримой и безвредной форме органические и минеральные питательные вещества. Корма оцениваются по пригодности их к скармливанию, по поедаемости, содержанию в них питательных веществ, по их действию на аппетит и физиологические процессы у животных, а также по влиянию на качество продукции. Подразделяют корма на три основные группы. К первой относят корма растительного происхождения и отходы промышленных предприятий (жмых, шрот, жом, меласса, барда, мезга, дробина), побочная продукция зерновых и технических культур (солома, ботва). Ко второй - корма животного происхождения (яйца, молоко, мясо и отходы, полученные при их переработке). В третью группу входят продукты химико-биологического синтеза, к которым относятся синтетические азотистые соединения, белково-витаминные концентраты и добавки солей макро- и микроэлементов.

Решающая роль в развитии животноводства принадлежит сбалансированной кормовой базе, организации полноценного кормления животных, обеспеченности их высококачественными кормами. Корма, производимые в хозяйствах и выпускаемые промышленностью, значительно различаются по своему назначению, составу и питательности, физическим и технологическим свойствам.

Одной из сложных на данный момент проблем современного животноводства является проблема кормового протеина. Она заключается в снижении продуктивности животных из-за недостатка протеина в рационах. Так, например, в заготовляемых растительных кормах переваримого протеина приходится только 80 – 90 г/корм.ед., при норме не менее 105 – 110 г/корм.ед. В связи с этим происходит перерасход кормов, повышается себестоимость продукции.

Основной путь решения данной проблемы - увеличение производства растительного белка за счет расширения посевных площадей и повышения урожайности бобовых трав и зернобобовых культур и полное использование отходов молочной, мясной и других отраслей перерабатывающей промышленности. Наряду с этим также необходимо широко использовать продукты микробиологического и химического синтеза. В связи с этим возникла целая биотехнологическая ниша комбинированных кормов. Основой этого направления стал процесс твердотельной ферментации без отделения биомассы. В зависимости от требуемых свойств комбикорма используются различные микроорганизмы, одноклеточные водоросли и мицелиальные грибы.