Липиды_микроорганизмов_для_кормовых_целей_Реферат. Липиды микроорганизмов для кормовых целей
 Скачать 2.01 Mb.
|
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) РЕФЕРАТ к курсу: «Промышленная микробиология» на тему: Липиды микроорганизмов для кормовых целей Преподаватель: к.б.н., доцент Сачивкина Н.П. Выполнила: Плотникова Е.А. Группа: ЦПФмз-01-21 2023г. Москва СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………....3 ХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ……………...4 БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ…………………….5 3. ПРОИЗВОДСТВО ЛИПИДОВ………………………………….….8 4. СОДЕРЖАНИЕ В КОРМАХ. ИСТОЧНИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ ЛИПИДОВ В ОРГАНИЗМ ЖИВОТНЫХ…………………………...10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………….…….15 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….16 ВВЕДЕНИЕ Кроме белков, углеводов и витаминов неотъемлемым компонентом кормов сельскохозяйственных животных являются липиды, содержащие полиненасыщенные жирные кислоты – линолевую, линоленовую, арахидоновую, которые не могут синтезироваться в организме животных и, следовательно, должны поступать с пищей. Полиненасыщенные жирные кислоты, называемые незаменимыми, участвуют в построении клеточных мембран, входя в состав структурных липидов. При недостатке незаменимых жирных кислот снижается интенсивность роста сельскохозяйственных животных, угнетается их репродуктивная функция, понижается сопротивляемость организма к инфекции. Основной источник незаменимых жирных кислот для сельскохозяйственных животных — различные растительные продукты, входящие в состав кормов. Однако очень часто 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. Наряду с получением кормовых липидов на основе ферментации микроорганизмов разрабатываются также технологии производства комплексных микробных препаратов, содержащих белки, липиды, кароти-ноиды и другие ценные питательные вещества, которые позволяют балансировать корма одновременно по нескольким компонентам. Так, например, получен высокий эффект при введении в кормовой рацион птиц белково-липидной биомассы дрожжей Lipomy es lipoterus. Микроорганизмы в качестве источников кормового белка имеют ряд преимуществ по сравнению с растительными и даже животными организмами. Они отличаются высоким (до 60 % сухой массы) и устойчивым содержанием белков, тогда как в растениях концентрация белковых веществ значительно варьирует в зависимости от условий выращивания, климата, погоды, типа почвы, агротехники и др. Наряду с белками в микробных клетках образуются и другие ценные в питательном отношении вещества легкоусвояемые углеводы, липиды с повышенным содержанием жирных кислот, витамины, макро- и микроэлементы. ХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ Липиды – это обширная группа жиров и жироподобных веществ, которые содержатся во всех живых клетках. Они неполярны и, следовательно, гидрофобны. Липиды практически не растворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (эфир, бензол, хлороформ). По химическому строению липиды весьма разнообразны. В их состав могут входить спирты, жирные кислоты, азотистые основания, фосфорная кислота, углеводы и т.п. Липиды подразделяются на омыляемые и неомыляемые. Омыляемые липиды. Структурные компоненты омыляемых липидов связаны сложноэфирной связью. Эти липиды легко гидролизуются в воде под действием щелочей или ферментов. Омыляемые липиды включают три группы веществ: сложные эфиры, фосфолипиды и гликолипиды. В группу сложных эфиров входят нейтральные жиры (глицерин+три жирные кислоты), воски (жирный спирт+жирная кислота) и эфиры стеринов (стерин+жирная кислота). Группа фосфолипидов включает фосфатидовые кислоты (глицерин+две жирные кислоты+фосфатная группа), фосфатиды (глицерин+две жирные кислоты+фосфатная группа+спирт) и сфинголипиды (сфингозин+жирная кислота+фосфатная группа+спирт). К группе гликолипидов относятся цереброзиды (сфингозин+жирная кислота+один углеводный остаток) и ганглиозиды (сфингозин+жирная кислота+несколько углеводных остатков, в том числе нейраминовая кислота). Группа неомыляемых липидов включает предельные углеводороды и каротиноиды, а также спирты. В первую очередь это спирты с длинной алифатической цепью, циклические стерины (например, холестерин) и стероиды (эстрадиол, тестостерон и др.). Важнейшую группу липидов образуют жирные кислоты. К этой группе относятся также эйкозаноиды, которые можно рассматривать как производные жирных кислот. 2 БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ 1. Макроэргические вещества. Липиды — наиболее важный из всех питательных веществ источник энергии. В количественном отношении липиды — основной энергетический резерв организма. В основном жир содержится в клетках в виде жировых капель, которые служат метаболическим «топливом». Липиды окисляются в митохондриях до воды и диоксида углерода с одновременным образованием большого количества АТФ (ATP). 2. Структурные блоки. Ряд липидов принимает участие в образовании клеточных мембран Типичными мембранными липидами являются фосфолипиды, гликолипиды и холестерин. Следует отметить, что мембраны не содержат жиров. 3. Изолирующий материал. Жировые отложения в подкожной ткани и вокруг различных органов обладают высокими теплоизолирующими свойствами. Как основной компонент клеточных мембран липиды изолируют клетку от окружающей среды и за счет гидрофобных свойств обеспечивают формирование мембранных потенциалов. 4. Прочие функции липидов. Некоторые липиды выполняют в организме специальные функции Стероиды, эйкозаноиды и некоторые метаболиты фосфолипидов выполняют сигнальные функции. Они служат в качестве гормонов, медиаторов и вторичных переносчиков (мессенджеров), Отдельные липиды выполняют роль «якоря», удерживающего на мембране белки и другие соединения. Некоторые липиды являются кофакторами, принимающими участие в ферментативных реакциях, например, в свертывании крови или в трансмембранном переносе электронов. Светочувствительный каротиноид ретиналь играет центральную роль в процессе зрительного восприятия. Поскольку некоторые липиды не синтезируются в организме человека, они должны поступать с пищей в виде незаменимых жирных кислот и жирорастворимых витаминов. Липиды в клетках микроорганизмов выполняют многие чрезвычайно важные функции, и обычно содержание липидов и их состав является специфичным для разных групп микроорганизмов. Триглицериды, присутствующие в микроорганизмах, являются тем субстратом, на котором проявляется активность микробных триглицеридгидролаз – липаз. Накопление нейтральных липидов некоторыми микроорганизмами в неблагоприятных условиях существования или под воздействием повреждающих агентов указывает на их возможную защитную функцию. Фосфолипиды являются компонентами мембранных структур микробных клеток и в связи с этим участвуют во многих метаболических процессах. Общее количество микробных липидов колеблется от 0,2 до 40 мас.% сухого вещества клетки, достигая более высоких значений при культивировании на средах, бедных азотом, но богатых углеводами или на средах с углеводородами. К числу микроорганизмов, богатых липидами, т.е. содержащих более 10% липидов от сухой биомассы клетки, принадлежат дрожжи, микобактерии и коринебактерии, содержание липидов в клетках последних может достигать 64%. Кроме того, условия культивирования в значительной степени влияют и на состав синтезируемых липидов. В процессе культивирования микроорганизмов на различных субстратах можно получить все классы липидов: · простые липиды (нейтральные жиры, воски); · сложные липиды (фосфолипиды, гликолипиды); · производные липидов (жирные кислоты, спирты, углеводороды, витамины К, Е).  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 (таблица 1). 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, углеводороды нефти, низкомолекулярные спирты (метанол, этанол). Таблица 1 – Состав жирных кислот растительных масел и липидов некоторых микроорганизмов (в % от суммы).  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 клетках микроорганизмов (оптимальное соотношение С:N = 320:400). Кроме источников углерода и азота в питательную среду также добавляют P, K, Mg, Zn, Fe, Mn, витамины группы В, токоферол. ПРОИЗВОДСТВО ЛИПИДОВ 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. Производство липидов с помощью микроорганизмов возможно по двум направлениям специализированное производство, основанное на направленном биосинтезе липидов микробной клеткой, и получение отхода производства в виде микробного жира при получении кормовых дрожжей. В настоящее время в небольших объемах получают липиды только с помощью дрожжей, причем липиды являются побочным продуктом основного производства (при получении белково-витаминных концентратов на углеводородах нефти). Наиболее отработаны технологические схемы получения липидов с помощью дрожжей на гидролизатах верхового торфа малой степени разложения и углеводородах нефти. Эти схемы различаются тем, что при получении липидов на гидролизатах торфа дрожжевой жир является основным продуктом, а при использовании углеводородов дрожжевой жир - побочный продукт, появляющийся в результате очистки дрожжевой биомассы от остаточных углеводородов. В связи с этим и фракционный состав получаемых этими путями липидов весьма различен: доминирующая фракция углеводородных дрожжей - фосфолипиды, основная фракция при получении липидов на гидролизатах торфа - триацилглицерины. Липиды выделяют из биомассы экстракцией эфиром. Из 1 т сухого торфа можно получить 40—50 кг липидов. По физико-химическим свойствам они близки к растительным маслам, которые используют во многих отраслях промышленности для технических нужд. Возможно отобрать такие культуры микроорганизмов и создать условия культивирования, чтобы в биомассе накапливалось меньше липидов (15—30%), но больше белков (30—40%). В этом случае после экстракции липидов получают ценный кормовой препарат — микробный жмых. Процесс получения липидов на гидролизатах верхового торфа малой степени разложения включает несколько основных операций: получение гидролизата торфа, отдувка фурфурола и нейтрализация гидролизата до рН 5,5 - 6,0, введение в гидролизат минеральных источников питания, выращивание дрожжей - продуцентов липидов, отделение биомассы и экстракция из нее липидов. Следовательно, весь процесс аналогичен процессу получения кормовых дрожжей, за исключением дополнительных операций, связанных с извлечением липидов. Система растворителей, применяемая для этой цели, идентична используемым в масло-жировой промышленности. Оставшаяся после экстракции липидов биомасса - «биошрот» может быть использована в кормлении сельскохозяйственных животных. Кроме гидролизатов торфа для культивирования липидообразующих дрожжей и получения липидов по указанной выше схеме могут быть использованы другие гидролизные среды, например, гидролизаты древесины, или смешанные субстраты древесины и торфа. 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. Закономерности липидогенеза весьма существенны при организации промышленного производства микробного жира, так как в конкретных условиях позволяют получать продукт строго определенного состава и свойств. Такой управляемый микробный синтез может удовлетворить требованиям, предъявляемым к липидам различными отраслями народного хозяйства. Широкомасштабное производство кормовых белков на основе использования метанола впервые было организовано в Англии. Концерном Ай-Си-Ай выпускается кормовой белковый препарат с коммерческим названием Прутин. В нашей стране также разработана технология получения бактериальной белковой массы из метанола, коммерческое название препарата — Меприн. Он содержит в своем составе до 70—74 % от сухой массы белков, до 5 % липидов, около 10 % минеральных веществ, 10—13 % нуклеиновых кислот. На основе культивирования бактерий рода Ainetoba ter разрабатывается технология получения кормового белка из этанола (название препарата Эприн), который может иметь также и пищевое назначение. СОДЕРЖАНИЕ В КОРМАХ. ИСТОЧНИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ ЛИПИДОВ В ОРГАНИЗМ ЖИВОТНЫХ Растительная масса растения содержит весьма незначительное количество липидов. Небольшое количество липидов обычно находится в семенах растений. Однако некоторые семена, например масляных культур (такие как семена подсолнуха, хлопка или сои), аккумулируют до 20% от своей сухой массы в качестве липидов. Обычно диета взрослого жвачного животного (в сухом весе) состоит не более чем на 3-5% из липидов. Липиды содержат приблизительно в 2,25 раза больше энергии, чем углеводы. Хотя бактерии рубца не питаются лигнином, они насыщают ненасыщенные лигнины. Триглицериды являются самой распространенной формой липидов в природе. Триглицериды состоят из трех жирных кислот, сплетенных вместе молекулой глицерина. Количество атомов углерода в жирной кислоте может колебаться от 5 до 20. Жирные кислоты с количеством атомов углерода 18 и 20 очень важны для организма. Организм не способен синтезировать эти кислоты и, поэтому, их присутствие в диете весьма необходимо. Жирные кислоты называют ненасыщенными, когда они могут принимать атомы водорода в свою структуру. Если жирные кислоты не насыщены, то при комнатной температуре они обычно находятся в жидком состоянии и называются маслами. Насыщенные жирные кислоты не могут принимать в свою структуру атомы углерода. Липиды, состоящие из насыщенных кислот, при комнатной температуре находятся в твёрдом состоянии и обычно называются жирами. Липиды, находящиеся в растениях (масло), являются менее насыщенными по сравнению с липидами, находящимися в животных (жиры). Среди азотистых и безазотистых органических веществ корма липиды (жиры) являются наиболее концентрированным источником энергии для питания животных; энергетическая ценность единицы массы жира в 2,25 раза выше, чем углеводов. В состав жиров входят в основном высокомолекулярные жирные кислоты с точкой плавления выше 16°С, в состав масел растительного и животного происхождения - низкомолекулярные насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Благодаря высокому содержанию олеиновой, линолевой и линоленовой жирных кислот растительные масла характеризуются высоким йодным числом и коэффициентами рефракции. В животных жирах преобладают глицериды стеариновой, пальмитиновой и олеиновой кислот; при комнатной температуре и температуре тела животных они в большинстве находятся в твердом состоянии. Наиболее легкоплавкие молочный жир, конское сало и птичьи жиры. Для предотвращения окислительного прогоркания жиров в кормах их смешивают с антиоксидантами (антиокислителями), которые даже в малых количествах предохраняют кормовые жиры от прогоркания. Наиболее эффективен как антиокислитель токоферол (витамин Е) и его производные (сантохин, дилудин). Липиды в процессе приготовления сена из зеленых трав значительно теряют свою биологическую ценность. В среднем в травах содержится около 2-3 % жира, а в сене, приготовленном из них, - только 1,3-1,5%. Предполагается, что в силосах липиды сохраняются лучше, чем в сене, приготовленном из тех же трав. В зеленых кормовых растениях преобладают глицериды (жиры) и свободные жирные кислоты, которые относятся к легкоусвояемым липидам. Количество липидов в концентрированных зерновых кормах колеблется в широких пределах. Известно, что замена жмыхов в рационах животных шротом снижает удои молока до 18 % и увеличивает затраты кормов на 20-23 %. Это объясняется тем, что в жмыхах содержится естественных липидов около 8 %, а в шротах - в 10 раз меньше (около 0,8 %). Хорошо сбалансированные по питательным веществам рационы для молодняка крупного рогатого скота должны обеспечивать поступление липидов в организм 150-200 г в сутки, а для лактирующих коров со среднегодовым удоем 5000 кг - до 500-1000 г. При хранении концентрированных измельченных кормов (дерть, мука), особенно влажных, липиды их быстро прогоркают. За 10 дней хранения в комбикорме с повышенной влажностью содержание продуктов окисления липидов увеличивается в 6 раз по сравнению с исходным количеством. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В заключение следует отметить, что липиды микроорганизмов могут быть использованы не только в кормопроизводстве, но и как заменитель растительных пищевых жиров, используемых на технические нужды (лакокрасочная, химическая промышленность), так как примерно 20% от производимых в мире растительных жиров расходуется на технические, непищевые цели. Присутствие в составе культуральных жидкостей и биомассы микроорганизмов огромного количества ценных биологически активных веществ, зачастую недоступных для других способов их синтеза, ставит перед промышленной биотехнологией, проблему развития методов переработки своих продуктов для обеспечения максимально широкой номенклатуры и гаммы товарных форм. Поясню это на примере белково-витаминного концентрата, целью производства которого являются кормовые концентраты, сбалансированные по незаменимым аминокислотам при общем повышении содержания усвояемого белка. Очевидно, что создание методов выделения белка из биомассы (50—70% ее состава) позволило бы получить концентрированный целевой продукт, а другие компоненты клетки — нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды и т. п. — использовать как самостоятельные продукты, зачастую крайне дефицитные и необходимые, но малоценные для кормопроизводства и даже вредные для него, как, например, нуклеиновые кислоты. В перспективе можно было бы поставить вопрос о деполимеризации (гидролизе) белковых молекул и выпуске необходимых в кормопроизводстве дефицитных аминокислот — лизина, треонина, триптофана и других, с тем чтобы остальные аминокислоты использовать в технических целях. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ Промышлнная микробиология: Учеб/З.А. Аркадьевна, А.М. Безбородов, И.Н.Блохина и др. под ред. Н.С. Еорова - М.:Высш.шк., 1989. Бакай С.М. Биотехнология обогащения кормов мицелиальным белком. – Киев, 1987. Биотехнология. Принципы и применение - М.:Мир, 1988. Гаврилова Н.Н. Липиды микроорганизмов для кормовых целей. – М., ВНИИСЭНТИ, 1985. Хазин Д.А. Производство кормового микробного белка и его использование в кормлении сельскохозяйственных животных.-М.: ВНИИТЭИ, 1987. Сельскохозяйственная биотехнология: Учеб/В.С. Шевелуха, Е.А. Калашникова, Е.С. Воронин и др. – М.: Высш.шк., 2003. Интернет ресурс – Lektsii.com |