Источники углеродного питания

Углеводы — наиболее часто используемые в процессах фермен­тации вещества. К ним относятся приведенные ниже соединения.

Глюкоза С_бН₁₂О_б; влажность — до 9%, зола —до 0, 07%, в том числе железо — не более 0, 004%.

Сахароза С₁₂Н₂₂О₁₁; влажность — до 0, 15%, зола —до 0, 03%.

Лактоза С₁₂Н₂₂О₁₁ (получается из молочной сыворотки); лак­тоза — 92%, влажность — до 3%, зола — до 2%, белок — около 3%, молочная кислота — до 1%.

Крахмал (СН₂0)_n. В зависимости от сорта зола 0, 35—1, 2%.

Гидрол — отход крахмало-паточного производства. Представля­ет собой густой темный сироп с запахом. Содержит до 50% углево­дов, в основном глюкозу, а также органические кислоты. Часть Сахаров не сбраживается. Зольность — до 6%.

Меласса — отход производства сахара (упаренная маточная жидкость после отделения кристаллов сахара). Имеет темно-ко­ричневый цвет, плотность 1, 35—1, 4 г/мл. Содержит 40—55% саха­розы, 0, 5—2% инвертного сахара. Имеется 1, 1—1, 5% азота, при­чем третья часть его — в форме бетаина, который микроорганизмами не используется. Содержит также аминокислоты и витами­ны группы В (биотин — до 80 мг/т). В золе много калия, магния, кальция, железа, но мало фосфора. Меласса — продукт сезонный. При хранении могут быть потери Сахаров в результате деятельнос­ти микроорганизмов.

Кукурузная мука содержит 67—70% крахмала, 10% других угле­водов, около 12% белков. Влажность — до 15%, зола —до 0, 9%. В золе есть много фосфора, калия, магния.

Пшеничные отруби — отход мукомольного производства, ис­пользуются в твердофазной ферментации. Содержат 16—20% крахмала, 10—12% белков, 10% клетчатки, 3—4% жиров.

Молочная сыворотка (творожная, подсырная). Содержит до 4— 4, 7% лактозы, 0, 5—1, 0% белков, 0, 2—0, 3% жиров, органические кислоты. Недостаток — нестабильность при хранении, которого в значи­тельной степени лишены сухая и сгущенная сыворотки.

Свекловичный жом — отход сахарного производства, содержит пектины и целлюлозу —до 22% и до 65% «безэкстрактивных ве­ществ», белки — до 9%.

Гидролизаты древесины. Сама древесина является не очень «вкусным» сырьем для микроорганизмов, но после предваритель­ной обработки — высокотемпературного кислотного гидролиза — превращается в гидролизаты. Целлюлоза и пентозаны гидролизуются до глюкозы и других Сахаров. Содержание Сахаров зависит от породы древесины и технологии гидролиза и составляет 4—8%. Кроме древесины можно использовать для тех же целей различ­ные целлюлозосодержащие сельскохозяйственные отходы (соло­му, кукурузные кочерыжки, стебли хлопчатника и т.п.).

Сульфитные щелока — отход целлюлозно-бумажного производ­ства, продукт гидролиза лигнина и гемицеллюлозы, содержит сбраживаемые сахара (до 3, 5%).

Гидролизаты торфа — получают после кислотного гидролиза торфа, который содержит полисахариды до 50% от их содержания в древесине. Упаренный гидролизат имеет 25—30% редуцирую­щих веществ, а также азот и фосфор в доступной для микроорга­низмов форме.

Сок растений (коричневый сок) —до 2% Сахаров.

Отходы спиртового производства (картофельная или зерновая барда — содержат от 2, 0 до 2, 9% редуцирующих веществ).

Картофельный сок — содержит до 1% углеводов (крахмала).

Неуглеводные источники углерода.

Углеводороды жидкие — парафины с длиной углеродной цепи С₁₀—С₂7- Используются в производстве кормовых дрожжей, ли­монной кислоты, биопрепаратов — деструкторов нефти.

Углеводородные газы — метан, этан, пропан, бутан — применя­лись для получения кормового белка и некоторых продуктов пере­работки биомассы (в том числе феромонов).

Спирты. Этанол используется для выращивания кормовых дрожжей, производства уксусной кислоты и многих других био­продуктов. Метиловый спирт, хотя и является ядом для человека, очень подходит для культивирования многих видов микроорга­низмов — кормового белка и продуктов их переработки (напри­мер, убихинонов — средств для лечения сердечно-сосудистых за­болеваний).

Уксусная кислота — (синтетическая) иногда используется как источник углерода при получении аминокислот микробиологи­ческим синтезом.

Жиры и масла. В историческом аспекте жиры и масла сначала применяли как средство для предотвращения пенообразования в процессах ферментации. Например, в производстве тетрациклина долгое время исполь­зовали кашалотовый жир, пока международная конвенция не на­ложила запрет на промысел кашалотов и китов. Для предотвраще­ния вспениваемости стали применять синтетические поверхност­но-активные вещества — пеногасители. Тогда и выяснилось, что кашалотовый жир был нужен продуценту тетрациклина и как ис­точник углеродного питания. Пришлось заменять его свиным жиром (лярдом), растительны­ми маслами. Говяжий и бараний жир, а также пальмовое масло использовать более трудно, так как они при обычной температуре являются твердыми продуктами. Среди растительных масел в процессах ферментации применя­ют подсолнечное, соевое, арахисовое, льняное, рапсовое, касторо­вое, кокосовое масла, иногда даже масло бобов какао. Надо отметить, что излишнее употребление жиров приводит к трудностям на стадиях выделения и очистки продукта.

Экзотические углеродные субстраты. Довольно медленно ис­пользуется микроорганизмами лигнин — отход гидролизного про­изводства. В лабораторной практике часто применяют агаризованные сре­ды — на основе агара — полисахарида из морских водорослей. Хитин — покрытие насекомых и морских моллюсков, некото­рых грибов — пока без больших успехов пытаются использовать как углеродный компонент питательных сред. Еще меньшие ре­зультаты дает использование каменного угля и сланцев (конечно, с предварительной термохимической обработкой).