CC BY
2905.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки) DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2019.02.016 УДК 606.2
НОВЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ ПРОБЛЕМЫ НА ТЕРРИТОРИИ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
В. Г. Попов, М. В. Николенко, В. В. Тригуб
На сегодняшний день повышение качества и безопасности продовольствия должны оставаться одной из приоритетных задач любого государства. Альтернативными путями решения данного вопроса может стать внедрение инновационных технологий, биотехнологии производства пищевых продуктов и сырья, наращивание производства новых обогащенных, диетических и функциональных пищевых добавок. В условиях импортозамещения для повышения рентабельности сельского хозяйства необходимо решить актуальный и серьезный вопрос животноводческой отрасли - сбалансированность кормов. Одним из направлений решения проблемы дефицита полноценного питания для животноводства в ближайшем будущем предполагается решение за счет использования микробиологического синтеза отходов нефте- и газоперерабатывающей промышленности. В связи с тем, что на территории Тюменской области ведутся активная нефте- и газодобыча, сырье является дешевым, и в качестве микробной массы предлагается использовать грибы рода Candida. Получаемый в процессе переработки углеводородных отходов кормовой белок является белоксодержащим продуктом и может быть использован в дальнейшем после дополнительной очистки в качестве добавки к основным кормам в животноводстве. Процесс микробиологического синтеза осуществляется в ферментерах, обязательно с подачей воздуха или чистого кислорода.
Ключевые слова: кормовой белок, биотехнология, агропромышленный комплекс, парафины, углеводородное сырье, нефть, нефтепродукты, кормовые дрожжи, микроорганизмы, грибы рода Candida.
На сегодняшний день важнейшей проблемой человечества остается дефицит пищевых продуктов в мире. Повышение качества и безопасности продовольствия должны оставаться одной из приоритетных задач государства [1]. Однако накопленный международный опыт свидетельствует о том, что практически невозможно в силу различных объективных причин достигнуть быстрой коррекции структуры питания населения традиционным путём: соблюдение навыков и правил рационального питания, увеличения объёмов производства и расширения ассортимента продовольственных товаров [2, 3]. Альтернативными путями решения данного вопроса может стать внедрение инновационных технологий, биотехнологии производства пищевых продуктов и сырья, наращивания производства новых обогащенных, диетических и функциональных пищевых добавок [4, 5]. Научной основой современной стратегии производства продовольственных товаров может служить изыскание новых ресурсов, обеспечивающих оптимальное для организма человека соотношение химических компонентов.
Цель исследования: оценить степень актуальности проблемы и оценить возможные пути решения данного вопроса на территории Тюменской области.
Материалы и методы: информационную базу аналитических исследований составили
печатные и электронные публикации, указатели и другие доступные источники.
Анализ ситуации, сложившейся за последние годы в агропромышленном комплексе нашей страны, указывает на снижение производства всех видов сельскохозяйственной продукции (растениеводство, животноводство, зерноперерабатывающего производства) более чем в полтора раза. При общих объёмах природных и трудовых ресурсов произошло резкое снижение продуктивности агроэкоси-стем, из оборота выведено более 30 млн. га высокопродуктивных агроценозов [6].
В условиях импортозамещения для повышения рентабельности сельского хозяйства необходимо решить актуальный и серьезный вопрос животноводческой отрасли - сбалансированность кормов. При дефиците белка в рационе животных возможно развитие системных негативных изменений: отрицательного азотистого баланса, нарушения коллоидно-осмотического и водно-солевого обмена, нарушений со стороны нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой системы, анемий различной формы, сдвигов обмена веществ, остановка роста, истощение и т. д. Особенно тяжелые нарушения развиваются у молодняка [7]. Весьма опасно не только полное отсутствие белка в фураже, но и недостаточное поступление его в организм или поступление обедненного белка. Белок кормов должен со-
держать все аминокислоты, особенно незаменимые, быть по составу близок аминокислотному составу белков организма животных и легко перевариваться в желудочно-кишечном тракте.
В соответствии с Приказом Министерства сельского хозяйства России от 10 августа 2011 г. № 267 «Об утверждении стратегии развития мясного животноводства в Российской Федерации до 2020 года» в целях устойчивого развития и повышения конкурентоспособности отечественного мясного животноводства требуется увеличение объемов производства кормового белка.
Следовательно, для развития современного животноводства нужны белковые кормовые добавки с содержанием протеина не менее 35 %. Продовольственная организация ООН (РАО) констатирует резкое увеличение пропасти между развитыми и развивающимися странами по производству именно кормового белка. Мировой дефицит оценивается 30-35 миллионов тонн. Доказано, что ни горох, ни бобы, ни даже вика не обеспечивают такого уровня концентрации белка в зерне. На сегодняшний день только две культуры в мире способны удовлетворять потребности современного интенсивного животноводства: соя и люпин [8]. Однако увеличение производства бобовых культур не справляется с ростом потребления и увеличением спроса.
Анализ литературных данных показал, что продовольственная проблема является многоаспектной, решение которой выходит за рамки собственно сельского хозяйства.
Наряду с этим во всех странах накапливаются большие запасы малоиспользуемых или неиспользуемых отходов различных отраслей растениеводства, животноводства, зерноперерабатывающего производства, которые после соответствующей обработки могут приобрести свойства кормов в 1,5-3,0 раза превосходящие фуражное зерно хорошего качества [9].
Для решения данных задач целесообразно применять новые технологии, в частности биотехнологические методы. Основное преимущество новых подходов - уменьшение зависимости производства от природных ресурсов, использование экологически и экономически более выгодных способов ведения хозяйства.
Таким образом, переход от традиционных технологий переработки растительного сырья к биотехнологическим, с использованием ферментов микроорганизмов, во многих случаях становится единственной возможностью
для создания малоотходных технологий и экологически чистых производств [10].
Идея получения кормового белка из непродовольственного сырья не новая. Ранее разрабатывались способы производства белка из газа, спиртов, отходов деревообрабатывающей промышленности. Технологическим триумфом в этой области стало получение добавляемого в корм скоту продукта из высушенной микробной биомассы, выращенной на метаноле [11]. Одновременно проводились разработки по переработке углеводородов нефти в кормовой белок в семидесятые годы в СССР. В то время был организован специализированный Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (ВНИИсинтезбелок) и была разработана технология получения белка из углеводородов нефти. К концу восьмидесятых - началу девяностых годов наша страна обеспечивала белком свое сельское хозяйство. На крупных биохимзаводах по производству паприна (коммерческое название белко-во-витаминной кормовой добавки) вырабатывалось до 300 тонн в год. Но с наступлением экономического кризиса в стране увеличения себестоимости нефти, отсутствия соответствующих технологий по очищению полученного продукта, производство белка из парафинов нефти оказалось нерентабельным.
Для Тюменской области данная тема не утратила актуальности и в настоящее время. Одним из самых вредных и серьезных загрязнителей окружающей среды в данном регионе являются отходы от нефтепеработки. Развитие новых месторождений и увеличение масштабов транспортировки, переработки и потребления нефтепродуктов приводят к глобальному ухудшению экологический ситуации. В условиях импортозамещения налаженное производство сбалансированного кормового белка из углеводородов нефтепродуктов может решить сразу две проблемы в регионе: продовольственную и экологическую.
Анализ литературных источников показал способность многих бактерий и микро-мицетов использовать нефть и нефтепродукты в качестве источника питания и получения энергии [12]. Первоначально микроорганизмы, разлагающие парафин, применялись в качестве «биоиндикаторов» для обнаружения наличия углеводородов нефти и газа в пластах почвы, а также для очистки труб от биологических повреждений [13]. Также проводились работы и по выявлению способов очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий микробиологическим путем [14].
В.Г. ПОПОВ, М.В. НИКОЛЕНКО, В.В. ТРИГУБ
Исследования показывают, что для производства кормовых дрожжей нефтехимическим путем может быть использовано дизельное топливо, содержащее около 10 % парафина. Из этого сырья микроорганизмы извлекают в первую очередь парафин и вырабатывают из него такое же по массе количество вещества, содержащего 40-45 % белка. Интересно и то, что остающееся после извлечения парафина дизельное топливо более ценно, чем топливо, содержащее 10 % парафина.
В результате изучения различных организмов было выяснено, что высокой интенсивностью синтеза белков отличаются грибы рода Candida. Candida sp. - дрожжеподобные микроорганизмы, размножающиеся митозом [15].
По типу питания микромицеты - гетеро-трофы. По типу дыхания грибы рода Candida являются аэробами или факультативными анаэробами и способны метаболизировать глюкозу по гексозо-монофосфатному пути или по пути Эмбдена - Мейергофа - Парнаса (гликолиз). Другие метаболические механизмы аналогичны эукариотическим организмам, например митохондриальное окислительное фосфорилирование, цитратный цикл и синтез белка на рибосомах [16]. Ферментативный аппарат Candida sp. довольно сложен [17].
В настоящее время описано более 180 биологических видов Candida sp. [18]. Эти микроорганизмы довольно часто обнаруживаются во внешней среде [19]. Развитие грибов в почве, на пищевых продуктах определяется широкими адаптивными способностями их к различным температурам, влажности и относительно малыми питательными потребностями [20].
Экспериментально была проведена пищевая и токсикологическая оценка белковой микробной массы, которая показывает, что клетки Candida sp. можно использовать в качестве концентрированных кормовых добавок, не уступающих по биологической ценности белков соевому шроту или рыбной муке [21].
Технология получения кормовых дрожжей за счет глубинного выращивания наиболее распространена. Применяется специализированное оборудование — ферментеры различной комплектации и сложности, в которых обеспечивается режим постоянного перемешивания суспензии микробных клеток в жидкой питательной среде в условиях аэрации. Процесс выращивания культуры дрожжей длится около 20 ч. Затем культу-ральная жидкость вместе с суспендированными в ней клетками дрожжей выводится из ферментера. В ферментер подается пита-
тельный субстрат и культура дрожжевых клеток для выращивания.
Наиболее эффективны для выращивания на н-парафинах нефти штаммы дрожжей Candida guilliermondii и Candida tropicalis (C. guilliermondii, C. tropicalis).
По содержанию витаминов дрожжи превосходят все белковые корма, в том числе и рыбную муку. Кроме того, дрожжевые клетки содержат микроэлементы и значительное количество жира, в котором преобладают ненасыщенные жирные кислоты. При скармливании кормовых дрожжей крупному рогатому скоту повышаются удои и содержание жира в молоке, а у пушных зверей улучшается качество меха.
Запатентованы и подробно описаны изоляты дрожжеподобных организмов; C. tropicalis К-41, Н-33, Н-436а, ВСБ-928, ВСБ-936; ВСБ-935; С. rugosa ВСБ-925; С. para-psilosis ВСБ-906; С. quilliermondii ВСБ-774; С. parapsilosis ВСБ-908 [22].
Недостаток перечисленных культур состоит в том, что они способны расти только при повышенной температуре 38-39 С (некоторые даже при 41,5 С).
Наиболее похожим по биологической активности на штамм C. tropicalis ВСБ-942 это термотолерантный штамм дрожжей С. tropicalis ВСБ-928 К, ВКПМ У-1322 - продуцент белковой биомассы, характеризующийся способностью роста при температуре 30-41 С, рН среды 3,5-5,5 на н-парафинах различного фракционного состава с сохранением свойств по продуктивности и содержанию сырого протеина в биомассе на уровне мезо-фильных штаммов.
Следовательно, перспективным путем решения проблемы дефицита полноценного питания для животноводства является микробиологический синтез отходов нефте- и газоперерабатывающей промышленности. В связи с тем, что на территории Тюменской области ведутся активная нефте- и газодобыча, сырье является дешевым, и в качестве микробной массы предлагается продолжение разработок с Candida sp.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Филимонов, А. А. Повышение качества государственных конкурсов на основе совершенствования системы взаимодействия государственных органов и коммерческих структур: автореф.
дис..... канд. эконом. наук / А. А. Филимонов. -
Москва, 2011. - 35 с.
2. Beresford Sh. A.A. Homocysteine, Folic Acid and Cardiovascular Disease risk / Sh. A.A. Beresford, C.J. Boushey. // Preventive Nutrion. Eds: A. Bendich,
R.J. Deckelbaum. Human Press: Totowa, NY, 1997. ВНИИсинтезбелок P. 193-224.
3. Основные направления повышения адаптационных возможностей организма человека, проживающего в северном регионе / И. В. Кочина, Т. Я. Корчина, Л. А. Козлова, А. П. Кузьменко, Е. А. Лубяко // Научный медицинский вестник Югры-Ханты-Мансийск. - 2012. - № 1-2. - С. 163172.
4. Коденцова, В. М. Использование в питании беременных женщин витаминизированного напитка с железом / В. М. Коденцова [и др.] // Профилактика заболеваний и укрепление здоровья, 2000. - № 2. - С. 11-13.
5. Боярская, Л. А. Гигиеническая оценка производства молочных продуктов, обогащенных мик-ронутриентами в регионально-ориентированной системе профилактики алиментарно зависимых
заболеваний: автореф. дис..... канд. мед. наук /
Л.А. Боярская. - Омск, 2010. - 23 с.
6. Гаппаров, М. М. Роль белка в питании человека в условиях загрязнения окружающей среды / М. М. Гаппаров // Вести, рос. АМН. 2002. -№ 9.1. - C. 20-23.
7. Косолапов, В. М. Эффективность новых технологий приготовления кормов из трав / Косо-лапов В. М., Бондарев В. А., Клименко В. П. // Достижения науки и техники АПК. - 2009. - № 7. -С. 39-42.
8. Красильников, О. Ю. Возможности альтернативного кормопроизводства в России / О. Ю. Красильников // Птицеводческое хозяйство. Птицефабрика. - 2011. - No 7. - С. 12-14.
9. Перегудов, С. С. Производство комбикормов и кормовых добавок по альтернативной технологии / С. С. Перегудов // Мясная индустрия. -2005. - № 7. - С. 42-44.
10.Тарабукин, Д. В. Ферментативные технологии направленной биоконверсии целлюлоз и крахмалсодержащего растительного сырья : автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.00.23 / Д. В. Тарабукин; Институт биологии Уфимского научного центра РАН. - Уфа, 2009. - 26 с.
11. Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии (специальный выпуск журнала «Scientific American») / - М.: 1984.
12. Сафаров, А. Х. Биодеструкция сераорга-нических компонентов нефти с применением биопрепарата на основе микромицета в процессах очистки нефтешламов и загрязненных почв: автореф. дис..... канд. тех. наук / А. Х. Сафаров - Казань, 2004. - 28 с.
13. Драчук, С. В. Фотогетеротрофные пурпурные бактерии в почвах, загрязненных углеводородами / автореф. дис..... канд. биол. наук /
С. В. Драчук - Екатеринбург, 2004. - 32 с.
14. Кузнецова, В. М. Современный взгляд на методы очистки сточных вод на нефтеперерабатывающих заводах и предприятиях / Кузнецо-
ва В. М., Овсянкина А. В. // Молодой ученый. -2017. - № 32. - С. 4-9.
15. Candida. Кандидозы. Лабораторная диагностика / Н. П. Елинов, Н. В. Васильева,
A. А. Степанова, Г. А. Чилина; Под редакцией проф. Н. П. Елинова - СПб.: Коста, 2010. - 224 с.
16. Braude А. Candida, Infectious diseases and Medical Microbiology. / A. Braude // 2nd ed. - P. 1986. - P.571.
17. Николенко, М. В. Особенности временной организации биологических свойств изолятов Candida species / автореф. дис..... докт. биол. наук /
М. В. Николенко. - Оренбург, 2013. - 43 с.
18. Кисина, В. И. Первичный и рецидивирующий кандидозный вульвовагинит: патогенез, терапия и профилактика / В. И. Кисина // Гинекология. -2003. - Т. 5. - № 5. - С. 185-187.
19. Кашкин, П. Н. Практическое руководство по медицинской микологии / П. Н. Кашкин,
B. В. Лисин. - М.: «Медицина», 1983. - 234 с.
20. Караев, 3. О. К вопросу эпидемиологии кандидозной инфекции / 3. О. Караев, Е. Н. Пахо-мова // М.: ЖМЭИ. - 1987. - № 12. - С. 94-99.
21. Коноблей, Т. В. Продуктивные качества цыплят-бройлеров в зависимости от соотношения в их рационе протеина растительного и животного
происхождения: автореф. дис.....канд. сельскохоз.
наук / Т. В. Коноблей. - Кинель, 2011. - 25 с.
22. Пат. 2031115 Российская Федерация, МПК C12N1/16, C12N1/16, C12R1:74. ШТАММ ДРОЖЖЕЙ CANDIDA TROPICALIS - ПРОДУЦЕНТ БИОМАССЫ, ОБОГАЩЕННОЙ БЕЛКОМ [Текст] / Заикина А.И.; Рогачева Р.А.; Бузург-заде Д.Л.; Мурзаков Б.Г.; Скворцов А.Н.; Старшикова Л.В.; Василенко Л.И.; Коломыцев Н.И.; заявитель и патентообладатель Государственный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ. - № 5063051/13; заявл. 02.06.1992; опубл. 20.03.1995, режим доступа - http://ru-patent.info/20/30-34/2031115.html.
Попов Владимир Григорьевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Товароведения и технологии продуктов питания, Тюменский индустриальный университет», телефон: (3452) 283605, e-mail: popovvg@t yuiu.ru.
Николенко Марина Викторовна, д.б.н., доцент, профессор кафедры «Товароведения и технологии продуктов питания» Тюменский индустриальный университет, e-mail: novopaschinamv@mail.ru.
Тригуб Вера Викторовна, к.б.н., доцент кафедры «Товароведения и технологии продуктов питания», Тюменский индустриальный университет, e-mail: trigubvv@ tyuiu.ru.
