Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

пределительной системы. Для создания наиболее благоприятных условий размножения дрожжей в жидкости следует постоянно под­ держивать необходимую концентрацию растворенного кислорода. Потребность кислорода для синтеза биомассы дрожжей зависит от природы углеродистого субстрата. Среды, содержащие в каче­ стве источника углерода сахара, требуют для синтеза 1 г био­ массы почти в 2 раза меньше кислорода, чем среды с органиче­ скими кислотами.

При окислении того или иного органического вещества разными видами дрожжей расходуется различное количество кислорода. Это различие объясняется биохимическими особенностями видов дрожжей, количеством и активностью имеющихся у них фермен­

жения они находятся. Для дрожжеподобных грибов, как и для других культур микроорганизмов, характерны следующие стадии развития или роста: лаг-фаза, экспоненциальная (логарифмиче­ ская), стационарная и фаза отмирания или затухания роста (рис. 51). Эти фазы характеризуются различной скоростью раз­ множения, размером клеток, их морфологией и специфичностью

жеподобных грибов к новой среде. Причины задержки их роста бывают внешние и внутренние. К внешним причинам относятся не вполне благоприятные значения pH и температуры, новый состав среды, отличный от того, в котором развивались засевные микро­ организмы, и др. Внутренние причины — это отсутствие готов­ ности дрожжевых клеток к размножению, так как не накопился еще запас энергии, необходимой для этого процесса, а также не произошло активирование ферментов. Все эти причины опреде­ ляют длительность лаг-фазы. Эта длительность имеет и видовую специфичность. У одних микроорганизмов в благопрятной среде она измеряется минутами, у других — часами. Если в очень

229

благоприятную по составу среду внесены молодые, сильные, только что почковавшиеся клетки, то лаг-фаза может отсутст­ вовать.

Во время лаг-фазы дрожжеподобные грибы осуществляют обмен веществ, который часто приводит к созданию более благо­ приятных условий внешней среды, например нейтрализуется слишком кислая среда. Во время лаг-фазы в клетках повышается содержание нуклеиновых кислот, что является подготовкой к дальнейшему интенсивному биосинтезу белка. Наблюдается увеличение объема клеток. Внутрь их проникают сахар и другие питательные вещества. В присутствии кислорода начинается дыхание дрожжей и активирование ферментов, особенно дыха­ тельных. В лаг-фазе возрастает в 3 раза содержание растворимых полифосфатов. Вероятно, энергия, необходимая для процесса размножения клеток, поступает не только от АТФ, но и за счет макроэргических связей полифосфатов. Следовательно, лаг-фаза — это фаза задержки размножения, но не фаза метаболитического покоя.

Вторая фаза — фаза интенсивного размножения, или экспонен­ циальная (логарифмическая) фаза (//).

Процесс почкования дрожжеподобных грибов связан с усиле­ нием энергетических процессов в клетке. В результате интенсив­ ного потребления кислорода образуются продукты обмена веществ дрожжевых клеток: сахар превращается в воду и углекислоту. При этом освобождается энергия, за счет которой происходит биосинтез белка и нуклеиновых кислот. Интенсивно размножаю­ щиеся дрожжевые клетки характеризуются высоким содержанием рибонуклеиновых кислот, соответствующим 11— 12% от сухой био­ массы. Особенно большую роль в процессах роста и размножения играет рибосомальная РНК. Размножение сопровождается также быстрым удвоением содержания ДНК, а затем количество ее остается неизменным. Синтез же РНК продолжается с постоянной скоростью до окончания процесса размножения. Размножающиеся клетки отличаются также высоким содержанием аминокислот, входящих в состав дрожжевого белка.

Наряду с сахаром, азотистыми соединениями дрожжеподобные грибы усваивают органические кислоты и их соли, фосфор, калий, железо и другие соединения, необходимые для 'нормальной физиологической деятельности клетки, для построения ее цито­ плазмы, клеточных оболочек и т. д. В этот период клетки еще не накопили вредных продуктов обмена, поэтому размножение идет с максимальной скоростью, характерной для каждого вида. По мере исчерпания питательных веществ и накопления продуктов жизнедеятельности, угнетающе действующих на размножение, этот процесс замедляется, некоторые дрожжевые клетки пере­ стают почковаться и отмирают. В дальнейшем наступает такой момент, когда количество вновь образующихся и отмирающих клеток становится равным. Этот период называют стационарной фазой {III). При этом содержание клеток в единице объема

230

максимально. За стационарной фазой наступает период, в котором преобладает отмирание клеток над размножением (IV фаза — фаза отмирания или затухания). В этой фазе рост биомассы дрожжей снижается как за счет частичного автолиза клеток, так и в результате интенсивного использования ими запасных веществ. С прекращением размножения клеток снижается и со­ держание РНК до 8 —9%.

Каждой фазе развития клеток соответствует определенное со­ держание РНК, аминокислот, белка, растворимых фосфатов, полифосфатов. Изменение этих физиологически важных соедине­ ний обусловливает переход дрожжевых клеток из одной фазы роста в другую.

В условиях производства при непрерывном культивировании дрожжи постоянно находятся в логарифмической фазе развития.

Приготовление чистых культур дрожжевых организмов. Произ­

водство кормовых дрожжей основано на максимальной скорости образования дрожжами биомассы, которая в основном зависит от того, насколько урожайны производственные расы дрожжей. Поэтому необходимо поддерживать в дрожжерастильных чанах определенную, наиболее урожайную и устойчивую культуру дрожжей, акклиматизированную к питательной среде того или иного завода. Для каждой урожайной культуры необходимо создать оптимальные условия развития, и только в этом случае она будет устойчива против посторонних микроорганизмов и даст наилуч­ ший производственный эффект. Такую культуру необходимо подобрать и закрепить в производстве. Способ получения чистых культур приведен на стр. 270.

Омолаживание культуры. Для стимулирования жизнедеятельно­

сти ослабленных дрожжевых культур и интенсификации процесса их размножения пользуются методом ф о с ф а т н о й а к т и в а ц и и . Дрожжи обрабатывают суперфосфатной вытяжкой более высокой концентрации (содержание Р2О5 в смеси составляет 2 %), а затем

продувают воздухом. Такая обработка приводит к значительному улучшению физиологического состояния дрожжей.

На повышение урожайности заводских дрожжей большое влия­ ние оказывают биогенные стимуляторы. Очень эффективным является использование 2%-кого дрожжевого автолизата. Выход биомассы у дрожжей Candida tropicalis на гидролизных средах возрастает на 2 0 — 1 0 0 %.

Методы консервирования дрожжевых культур. В период

остановки завода на капитальный ремонт необходимо сохранить

ческого добавления льда. Расхоложенные дрожжи хранят под водой.

231

Понятие о жировых дрожжах и мицелиальных грибах. В на­

стоящее время в качестве кормового продукта применяются дрожжеподобиые. грибы, характеризующиеся высоким содержанием белка (45—56%) и носящие название белковых дрожжей. Со­ держание жира в них достигает только 2—3%. Но, изменяя усло­ вия культивирования и подбирая микроорганизмы, обладающие высокой жирообразующей способностью, можно увеличить содер­ жание жира в них до 20—40% от сухого вещества. Такие микро­ организмы называются жировыми дрожжами. Так, дрожжеподоб­ ные микроорганизмы Rhodotorula, Candida humicola при глубин­ ном выращивании с интенсивной аэрацией накапливают жира 20—34%. Жировые дрожжи синтезируют также каротин. Хорошие результаты по выращиванию жировых дрожжей были получены на сульфитном щелоке и древесном гидролизате.

Мицелиальные грибы обладают большой ферментативной актив­ ностью, поэтому они применяются для промышленного получения лимонной и ряда других органических кислот, многих антибио­ тиков и ферментов. Мицелиальные грибы Aspergillus, Penicillium, Spicaria и др. можно использовать для получения белково­ витаминного корма. Благодаря наличию ветвистого мицелия они после выращивания легко выделяются из среды на фильтрах. Полученная мицелиальная масса по своему аминокислотному и витаминному составу почти не отличается от кормовых дрожжей.

Мицелиальные грибы благодаря наличию определенных фермен­ тов способны утилизировать наряду с другими компонентами среды неинвертированные сахара (олигосахариды) без дополни­ тельной инверсии и интенсивно накапливать биомассу. Эти грибы рекомендованы для переработки предгидролизатов древесины и тростника, а также сульфитных щелоков от варки целлюлозы с высоким выходом, содержащих большое количество неинвертированных полисахаридов. Наибольший интерес для промышлен­ ного использования представляет Asp. luchnensis. Мицелиальные грибы утилизируют все сахара — гексозы и пентозы, входящие в состав гидролизных сред, а также активно усваивают органиче­ ские кислоты (уксусную, муравьиную, пропионовую, молочную, янтарную, щавелевую и др.). Однако на гидролизных и суль- фитно-щелоковых средах мицелиальные грибы значительно медленнее накапливают биомассу, чем пентозные дрожжи, дают меньший выход биомассы, скорость роста их значительно ниже и они менее устойчивы к вреднодействующим веществам сред. Так, развитие их угнетается при содержании S 0 2 в среде 0,01%. Мицелиальная масса характеризуется невысоким содержанием

хорошо синтезирует биотин (до 3,7 мкг!г абс. сухой биомассы). Эргостерина в грибах меньше (0,03—0,3%), чем в дрожжах (0,3—0,5%).

232