Биотехнология ответственный редактор академик И. И. Гительзон

Субстраты I-го поколения – углеводы 
Идею использования биомассы микроорганизмов в качестве белковых 
компонентов питания с 1890 г. начал пропагандировать Дельбрюк, кото-
рый вместе с коллегами разработал первый технологический процесс вы-
ращивания пивных дрожжей Saccharomyces cerevisiae на мелассе. Полу-
ченную дрожжевую биомассу рекомендовали использовать в качестве 
белковой добавки в пищевые продукты. Во время первой мировой войны 
мощность действующих в Германии установок по производству дрожже-
вого белка достигала 10 тыс. тонн/г. Получаемый продукт использовали 
главным образом, добавляя в мясные фарши. К середине 30-х годов про-
изводства дрожжей на гидролизатах отходов сельского хозяйства и дере-
вообрабатывающей промышленности, сульфитном щелоке, барде гидро-
лизных заводов стали появляться в разных странах. В России первый за-

---

43 
вод по производству кормовых дрожжей из отходов сельского хозяйства 
был пущен в 1935 г. Во время второй мировой войны биомасса пищевых 
дрожжей (Candida arborea и C. utilis) также была важным белковым ком-
понентом питания в Германии. После второй мировой войны серия заво-
дов по производству пищевых дрожжей на углеводном сырье производи-
тельностью 10–12 тонн в сутки была построена в разных странах.
В настоящее время в микробиологических производствах белка при-
меняется различное сахаросодержащее сырье. Это отходы пищевой, мо-
лочной, спиртовой, сахарной и целлюлозной промышленности и продук-
ты переработки растительного сырья (древесины, соломы, торфа, несъе-
добных частей растений – стебли, лузга, кочерыжки). Питательные среды, 
приготовленные на основе перечисленных субстратов, содержат наборы 
моно- и дисахаров, органические кислоты, спирты и другие органические 
соединения, а также минеральные элементы, то есть являются сложными 
многокомпонентыми субстратами. Поэтому при их применении исполь-
зуют штаммы-продуценты, способные, во-первых, усваивать как пентозы, 
так и гексозы, и, во-вторых, – устойчивые к присутствию спиртов, фурфу-
рола и других продуктов гидролиза растительных биомасс. Наибольшее 
распространение получили виды дрожжей рода Candida: C. utilis, C. scottii, 
C. tropicalis, способные утилизировать наряду с гексозами пентозы и толе-
рантные к наличию фурфурола в среде. Дрожжи утилизируют углеродсо-
держащие компоненты гидролизатов, сульфитного щелока, последова-
тельно: глюкоза, уксусная кислота, манноза, ксилоза, галактоза, арабино-
за. В зависимости от выбранной схемы культивирования дрожжей полно-
та использования перечисленных углеродсодержащих компонентов раз-
лична; максимальная – при использовании смешанных культур. Приме-
няются две, наиболее эффективные, схемы соединения ферментационных 
аппаратов при совместном выращивании C. scottii и C. tropicalis: двухсту-
пенчатая последовательная и параллельно-последовательная. В первом 
варианте в качестве исходной питательной среды используют неразбав-
ленный гидролизат (сусло) с концентрацией редуцирующих веществ (РВ) 
30–35 г/л (по массе). В первом ферментере утилизируется около 70 % РВ, 
главным образом за счет легкоусвояемых гексоз, до остаточной концен-
трации РВ около 10–15 г/л, в основном, пентоз. Полученные в первом ап-
парате дрожжи выделяются из дрожжевой суспензии и подвергаются об-
работке до получения готового продукта; а отделенная культуральная 
жидкость поступает во второй аппарат, в котором оставшиеся пентозы 
утилизируются более приспособленными к ним другими штаммами 
дрожжей. По второму варианту используют два последовательно соеди-
ненных фермента: в первый поступает разбавленное сусло с концентраци-
ей РВ около 15–18 г/л; в нем в ходе ферментации дрожжей утилизируются 
в основном гексозы. Далее дрожжевая суспензия поступает во второй ап-
парат, в котором без добавления субстрата происходит доутилизация ос-

---

44 
тавшихся сахаров. Общий выход дрожжей достигает при этом 70–80 % по 
отношению к РВ.
Выращивание дрожжей на данных субстратах осуществляют в аппара-
тах эрлифтного типа объемом от 300 до 600 м
3
с вводом воздуха в ниж-
нюю зону аппарата при избыточном давлении 40–60 КПа. В процессе на-
сыщения питательной среды воздухом образуется газо-жидкостная эмуль-
сия, циркулирующая по всему объему аппарата, обеспечивающая эффек-
тивное перемешивание среды. Для борьбы с образующейся при аэрации 
пеной используют механическое пеногашение. Рабочий объем аппарата 
составляет около 70 % от общего объема. На отдельных предприятиях 
применяют также барботажно-эрлифтные ферментеры большего объема, 
до 1300 м
3
с воздухораспределением по нескольким, обычно 4–5 зонам.
Процесс выращивания дрожжей осуществляется в непрерывном режи-
ме при скорости протока среды, равной 0.20–0.25 ч-1, рН 4.2–4.6; темпе-
ратура среды составляет в зависимости от используемых штаммов от 30–
35 до 38–40
°С. Сдвиг рН в кислую сторону в ходе ферментации дрожжей 
автоматически корректируется подтитровкой среды аммиачной водой. 
Для отвода образующегося в ходе ферментации тепла в составе аппаратов 
применяют теплообменные устройства в виде змеевиков, через которые 
циркулирует охлажденная вода. Суспензия, сливаемая из аппарата, с со-
держанием дрожжей от 20 до 40 г/л и влажностью 75 %, поступает на ста-
дию обработки и концентрирования, в ходе которой подвергается флота-
ции, трехступенчатой сепарации, термообработке и высушиванию. Для 
обогащения дрожжевой биомассы витамином D
2
дрожжи облучают ульт-
рафиолетом, под воздействием которого содержащийся в липидной фрак-
ции клеток эргостерин превращается в витамин. Для этого сгущенную 
суспензию дрожжей прокачивают по кварцевым трубкам. Содержание 
витамина D
2
достигает 5000 МЕ/1 г АСВ. В составе биомассы дрожжей 
(%): белок – 43–58, липиды – 2–3, углеводы – 11–23, зола – 11, остаточная 
влажность – не более 10. Выход товарных дрожжей на продуктах перера-
ботки отходов древесины составляет 46–48 %. Это соответствует выходу 
240 кг АСБ дрожжей с 1 т отходов, при том экономический коэффициент 
использования субстрата составляет 0.4–0.6, затраты углеводов на полу-
чение биомассы – около 2 т, кислорода – 0.7–1.0 т/т. Удельная производи-
тельность аппаратов – 15–20 кг/м
3
в сутки при расходе электроэнергии 
600–800 кВт ч.
Наращивание объемов производства кормовых дрожжей на гидролиза-
тах древесины сдерживается существующим уровнем технологий химиче-
ского гидролиза растительного сырья. Некоторые преимущества имеют 
процессы получения кормовых дрожжей на предприятиях целлюлозно-
бумажной промышленности, так как отходы данного производства (суль-
фитный щелок, предгидролизат) имеют сравнительно низкую себестои-
мость. Выход дрожжей из 1 т целлюлозы достигает 37 кг при комплекс-

---

45 
ном получении дрожжей и спирта и 96 кг – при получении только дрож-
жей. Производительность процесса составляет 2.4 кг/м
3
ч, содержание 
сырого протеина в биомассе – 48 %.
Представляется перспективным привлечение в качестве субстрата для 
получения кормовых дрожжей продуктов совместного гидролиза расти-
тельного сырья и ила очистных сооружений. При этом питательная среда 
дополнительно обогащается аминокислотами растительного и животного 
происхождения. Это увеличивает выход дрожжей и содержание в них бел-
ка. Сырьевая база производства микробного кормового белка расширяется 
также за счет использования гидролизатов торфа, которые содержат в 
больших количествах легкоусвояемые моносахара, а также органические 
кислоты. Выход дрожжей достигает 65–68 % от РВ гидролизатов, при 
этом качество дрожжевой биомассы превосходит дрожжи, выращенные на 
гидролизатах отходов растительного сырья.
Среди новых источников сырья большой интерес представляют так на-
зываемые возобновляемые ресурсы углеводов, получаемые из лигнин-
целлюлозных материалов. Данные материалы с целью осахаривания под-
вергают обработке с использованием традиционных физических и хими-
ческих, а также биотехнологических методов, например, на основе цел-
люлолитических ферментов или микробных клеток. Микробные клетки 
(дрожжи, бактерии, грибы белой гнили) в процессе роста разлагают цел-
люлозу и обогащают получаемый белковый продукт аминокислотами. 
Круг таких продуцентов расширяется за счет быстрорастущих представи-
телей не только дрожжей, но и грибов и бактерий, например родов 
Trichoderma, Cellulomonas, Aspergillus и Alcaligenes, обладающих по срав-
нению с дрожжами более высокими скоростями роста и лучшим набором 
аминокислот.