Реферат: Биомасса из метанола

Когда мировая и отечественная наука пришла к выводу о возможности получения белка одноклеточных (БО) с помощью выращивания микробов на таком субстрате, как углеводороды, в Советском Союзе, обладавшем огромными и дешевыми ресурсами нефти и газа, работы на этом направлении получили приоритетное значение. Биотехнологии стали уделять большое внимание, потому что внедрение ее достижений в народное хозяйство несло кардинальное решение проблем кормового обеспечения животноводства, создания уникальных аминокислот, витаминов для медицины, обеспечивало приоритет страны в международном разделении труда...

Необходимо заметить, что микробные клетки сами по себе служить конечным продуктом производственного процесса не могут. В промышленном масштабе получают два основных типа микроорганизмов: дрожжи, необходимые для хлебопечения, и одноклеточные микроорганизмы, используемые как источник белков, которые можно добавлять в пищу человека и животных. И если пекарские дрожжи выращивали в больших количествах с начала XX века, то создание технологии производства микробной биомассы как источника пищевых белков, в силу специфики и сложности процесса взаимодействия микроорганизмов с нефтью, газом и другими субстанциями, оказалось достаточно длительным делом.

Однако, благодаря вниманию со стороны государства, в СССР подобные разработки велись очень интенсивно и настолько успешно, что в 70-х гг. прошлого века правительство приняло решение о разработке технологического процесса промышленного производства кормового белка на основе углеводородов нефти и газа. Был организован специализированный Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (ВНИИсинтезбелок), и вскоре российские ученые создали процесс получения белка из углеводородов нефти. Началось строительство заводов, быстро вставала на ноги первая в мире микробиологическая отрасль. И уже к концу 80-х гг. ее предприятия достигли суммарной производительности продукта из черного золота 2 млн. т/год. СССР не только обеспечивал белком свое сельское хозяйство, но и мог продавать его за границу. Одновременно разрабатывались способы производства белка из газа и спиртов. Технологическим триумфом в этой области стало получение добавляемого в корм скоту продукта из высушенной микробной биомассы, выращенной на метаноле.

Процесс получения микробной биомассы на основе метанола, а также метанола-сырца разрабатывался во ВНИИсинтезбелок лабораторией под руководством Петра Николаевича Фишера, совместно с коллегами из ГДР. И на Щекинском «Азоте», имевшем отличное производство метанола из природного газа, была смонтирована опытная установка технологического процесса получения микробной биомассы (дрожжей и бактерий) из данного продукта. Она имела ферментеры объемом до м3 и производительность 20-30 т биомассы в год. Ставилась задача: четко отработать технологический процесс и выявить, насколько корм из метанола безопасен для скота.

Метанол – не этанол, он «нравится» не всем микроорганизмам, а только «избранным». Были получены бактериальные штаммы, которые росли при низких значениях (4-5) pH. Для осуществления процесса использовался сжатый воздух и кислород. Проведение одного непрерывного цикла занимало примерно месяц. Путем подбора параметров были найдены оптимальные условия проведения такого процесса. При строгом соблюдении этих условий процесс шел очень стабильно и показал себя более надежным и эффективным по сравнению с процессом получения дрожжевой биомассы. Для выращивания микроорганизмов он требовал асептических, а не строго стерильных условий. В то время как при получении дрожжевой биомассы, она на стадии ферментации заражалась спонтанными бактериями, что влияло на ход процесса и качество готового продукта. На основании длительных опытов были разработаны технологические регламенты не только для экспериментальных, но и для опытных и опытно-промышленных установок.

В Светлом Яре (Волгоградская область) на заводе БВК были проведены испытания процесса получения белка одноклеточных на основе метанола в условиях полупромышленного ферментера объемом 60 м3. Результаты предвосхитили самые смелые ожидания исследователей: 100%-ое совпадение по всем параметрам процесса, заложенным в разработанном регламенте. Белок получался высококачественным, богатым аминокислотами, витаминами группы В, причем высокой концентрации. В бактериальной культуре находился такой редкий витамин, как В12. Важно и то, что с экологической точки зрения процесс получения биомассы из метанола абсолютно безвреден.

К сожалению это направление не получило развития, произошла перестройка, работу установки под Волгоградом, как и в Щекино, остановили; специалисты разошлись кто куда, качественную нержавейку продали. А вскоре и все заводы по получению БО были бездумно демонтированы, что положило конец короткому, но бурному и яркому взлету звезды российской промышленности – микробиологической отрасли. Однако остались все технологии, материалы, документы, штаммы микроорганизмов, регламенты.

За прошедшие после распада СССР годы ситуация в сельском хозяйстве не улучшилась, корма для животноводства по-прежнему закупаются чуть ли не в Латинской Америке. Безусловно, такой огромной стране, как Россия, нельзя зависеть от импортных источников – необходима своя кормовая животноводческая база. В Европе, Канаде и других странах полным ходом ведутся работы в этом направлении, и нашей стране видимо придется возвращаться к утерянным позициям. Перспективы России в данной сфере огромны, учитывая большие газовые и нефтяные запасы недр, дешевизну ресурсов, развитое производство метанола. Именно на этих производствах, без дополнительных затрат на транспортировку, можно было бы построить эффективные биотехнологические производства. Конечно, специалистов осталось совсем мало, но пока не поздно, они могли бы обучить новой поколение, передать свой опыт.

Что касается эффективности и срока окупаемости производства, по данным на 2000 г., себестоимость продукта составляет около 12 тыс. руб./т. Расчеты показали, что небольшое производство может окупиться за 7–8 лет, более крупное – за 4–5.

Внедрение микробиологического производства БО на Российских предприятиях сулит не только экономический эффект, но и способно обеспечить продовольственную безопасность страны. Просвещенная Европа, отказываясь от модифицированных продуктов, вовсю разворачивается в этом направлении. И необходимо заметить, что здесь ей, как Канаде и Америке, помогают наши уехавшие ученые-биотехнологи, некогда ставившие на ноги нашу микробиологическую промышленность.