И перспективы биотехнологии

Наиболее важным критерием, определяющим выбор сырья для

биотехнологических процессов, являются: стоимость, наличие в

достаточных количествах, химический состав, форма и степень

окисленности источника углерода и т. п. В настоящее время наиболее

широко используемыми и коммерчески выгодными материалами

являются крахмал (преимущественно кукурузный), метанол, меласса и

сырой сахар. Практически нет сомнения в том, что зерновые (в частности,

кукуруза, рис и пшеница) будут основными краткосрочными сырьевыми

материалами для биотехнологических процессов именно в тех странах,

где развиты интенсивные биотехнологические процессы.

В качестве резюме следует отметить, что биотехнология на

современном этапе своего развития преимущественно ориентируется на

различные виды недорогого, легкодоступного и возобновляемого сырья,

наиболее значимым из которого является растительная масса. При

конверсии субстратов в биотехнологических процессах основное

внимание обращается на создание безотходных производств, когда

побочные продукты одного процесса служат питательными субстратами

для последующего.

Производство одноклеточного

Белка

Главной проблемой, стоящей перед человечеством (и, в частности,

перед развивающимися странами), является взрывоподобный рост

населения. В 1988 г. требовалось накормить 4 млрд " ртов", а в 2000 г. – 6

млрд. Естественно, что традиционное сельское хозяйство не сможет

удовлетворить пищевые потребности растущей численности населения,

особенно белковым питанием. Уже в настоящее время Международная

Организация питания и сельского хозяйства (FAO) предсказывает резкое

увеличение пропасти в обеспечении белком между развитыми и

развивающимися странами. По меньшей мере 25% мирового населения в

настоящее время страдает от голода или недостатка питания и

несоразмерно большая часть этого населения живет в развивающихся

странах, где засушливый климат и мало плодородные почвы затрудняют

ведение продуктивного сельского хозяйства.

И тем не менее продуктивность сельского хозяйства во всех его

отраслях постоянно повышается практически по всему миру. В этом

процессе, конечно, определенную помощь окажут и различные

биотехнологические

новшества,

призванные

усовершенствовать

традиционные сельскохозяйственные приемы. Даже сейчас во многих

регионах Земли постоянно появляются пищевые излишки, особенно

велико их количество в Северной Америке и Европе, где практически

постоянна популяция людей. Кроме того, ряд стран, ранее являвшихся

чистыми импортерами большинства пищевых продуктов (такие, как

Индия и Индонезия), в настоящее время сумели наладить

самообеспечение. И все же в мире имеет место несбалансированность в

снабжении населения хлебом и этот недостаток постоянно усугубляется в

связи с изменениями в неблагоприятную сторону глобальной погоды (в

частности, сильные ливни, засухи), а также национальными и

межнациональными войнами, сопровождаются разрушением сельского

хозяйства и колоссальными перебоями в распределении питания.

По данным ряда специалистов, мировой дефицит белка оценивается в

30–35 млн т. Причем степень дефицита варьирует в зависимости от

страны и должна рассматриваться в рамках каждой национальной

экономики. Сдвиг от злаковой к мясной диете в различных странах

приобретает разительные масштабы и ведет к увеличению расхода зерна в

пересчете на человека, поскольку требуется от 3 до 10 кг зерна, чтобы

произвести 1 кг мяса путем повышения эффективности животноводства и

совершенствования кормовых программ.

Поиски дополнительных источников белка предпринимаются

постоянно

и

повсеместно.

Широко

внедряются

новые

сельскохозяйственные приемы; получаются новые сорта злаков,

характеризующиеся повышенным содержанием белка; там, где это

позволяют климатические и другие природные условия, интенсивно

внедряется выращивание сои и земляного ореха; белки начинают

экстрагироваться путем ультрафильтрации из определенных жидких

отходов; и наконец, разрабатываются новые нетрадиционные способы

производства белковых соединений.

Определенные успехи достигнуты в получении белка с помощью

микробного синтеза. Это направление получило название производства

одоклеточногобелка (SСP), поскольку большинство микроорганизмов,

используемых для этих целей, растут в виде одноклеточных или

мицелиальных (нитевидных) особей, а не как сложные многоклеточные

организмы (растения или животные).

Понятие " съедобные микробы" звучит несколько странно, однако

люди давно распознали питательную и вкусовую ценность некоторых

микроорганизмов, а именно грибов. Но даже и в этом случае скептицизм и

предвзятость оказывают существенное влияние на отношение людей к

этому великолепному пищевому продукту. И в то время как во многих

странах грибы достаточно широко употребляются в пищу, население

других стран их игнорирует и избегает использовать.

Хотя грибы в настоящее время во многих странах выращиваются в

довольно больших количествах и широко употребляются в пищу и

рассматриваются как весьма перспективный и удобный способ

производства пищевых продуктов, использование других микробов пока

что менее приемлемо, так как существуют многие проблемы, не

являющиеся по своей природе технологическими.

И все же на протяжении последних двух-трех десятилетий отмечается

явный растущий интерес к использованию различных микроорганизмов

для производства пищевых продуктов, в частности дня скармливания

домашним животным. Полагают, что применение одноклеточного белка,

получаемого на дешевых субстратах, для корма животных окажет

большое влияние на улучшение питания людей в результате снижения их

конкуренции с животными за растительную пищу, богатую белком.

Преимущества микроорганизмов как продуцентов белка состоят в

следующем: микроорганизмы обладают высокой скоростью накопления

биомассы, которая в 500–5000 раз выше, чем у растений и животных;

микробные клетки способны накапливать очень большие количества

белка (дрожжи – до 60%, бактерии – до 75% по массе); в

микробиологическом производстве вследствие высокой специфичности

микроорганизмов отсутствует многостадийность процесса; а сам процесс

биосинтеза осуществляется в мягких условиях при температурах 30–45°

С, рН 3–6 и давлении около 0, 1 МПа. Помимо всего прочего,

микробиологический путь получения богатой белком биомассы менее

трудоемкий по сравнению с получением сельскохозяйственной продукции

и органическим синтезом белка.

Все эти преимущества и определили быстрое развитие технологии

производства микробного белка, которое в настоящее время является

самой крупнотоннажной отраслью биотехнологии и открывает

возможность промышленной продукции различных кормовых добавок для

животноводства и птицеводства с помощью микроорганизмов. Причем

получаемые продукты характеризуются высокой кормовой ценностью и в

достаточных количествах. Большое число компаний во всем мире

участвует в этих процессах и уже производится значительное количество

достаточно ценных продуктов такого рода.

Основной целью продукции одноклеточного белка является его

содержание в препарате. Однако следует иметь в виду, что помимо белка

микроорганизмы содержат также и другие вещества: углеводы, витамины,

нуклеиновые кислоты и различные минеральные соединения, часть из

которых может оказывать и неблагоприятное действие на организм, при

использовании в пищу человека или животных. Так, вследствие

ограниченной способности человека деградировать нуклеиновые кислоты,

прежде чем использовать одноклеточный протеин в качестве пищевого

продукта, он должен подвергаться специальной обработке.

Тем не менее высокое содержание белка, слабый запах и мягкий вкус

одноклеточного протеина в сочетании с легкостью хранения придают

существенную ценность этому продукту питания. Кроме того, он с

успехом может применяться в так называемых водных культурах:

например на фермах для разведения креветок, форели, семги и т. п.

Преимущества микробного белка перед животным (в отношении

быстроты получения) демонстрируются следующими цифрами:

продукционная способность коровы весом в 250 кг и 250 г дрожжей

практически одинакова. В то время как корова будет прибавлять в день по

200 г веса, микробы за этот же период времени способны произвести

(теоретически, в идеальных условиях культивирования) до 25 т биомассы.

Однако корова обладает уникальной особенностью превращать

(конвертировать) траву в богатое белком и другими ценными веществами

молоко!

Несмотря

на

многолетние

попытки

разработки

конкурентоспособного способа подобного типа конверсии, все они

остались пока безрезультатными. Поэтому коровы в настоящее время

рассматриваются как " живые, самовоспроизводящиеся и съедобные

«ферменторы»! Поэтому вопрос о замене коров микроорганизмами в

пределах обозримого будущего остается открытым.