способ получения препарата, обогащенного селеном

Формула изобретения

Способ получения препарата, обогащенного селеном, отличающийся тем, что осуществляют культивирование дрожжей рода Candida или Saccharomyces cerevisiae на питательной среде, содержащей источники селена, углерода, азота, фосфора, калия и серосодержащие соли магния, железа, марганца, цинка, при этом источник селена вводят в среду в количестве 0,01-0,6 ммоль/л из расчета на селен, а серосодержащие соли 0,2-3,0 ммоль/л из расчета на серу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к производству дрожжевой биомассы на углеводородсодержащих средах, и может быть использовано для получения белково-витаминного концентрата эприна, паприна, хлебопекарских дрожжей, обогащенных селеном, которые могут применяться для кормовых целей и в качестве ветеринарных препаратов специального назначения, а также как пищевые добавки.

Эпидемиологическими исследованиями показана недостаточность ряда микроэлементов в питании человека, что приводит к увеличению риска раковых, сердечных заболеваний, расстройства гормональной функции и др. Наиболее значимыми в этом отношении в настоящее время являются такие микроэлементы как селен, иод, железо.

Известно, что в зонах, подвергшихся радиоактивному воздействию, одним из способов повышения резистентности организма к воздействию ионизирующей радиации и выведения из организма радионуклеидов, является применение продуктов питания и специальных препаратов, обогащенных витаминами, иодом, селеном и другими элементами.

В последнее десятилетие показана специфическая высокая биологическая активность селена, замещающего серу в серусодержащих аминокислотах, играющего важную роль в обмене веществ человека и животных, регулирующего окислительно-восстановительные реакции, выполняющего и другие функции.

Работами многих исследователей показано, что микроорганизмы способны накапливать в биомассе ряд минеральных компонентов, которые входят в состав биомассы и находятся в клетках в органической форме. Известна возможность обогащения дрожжевой биомассы различными микроэлементами при культивировании дрожжей на средах с высокой концентрацией этих элементов. Экспериментальными данными показано, что эффективность физиологического воздействия таких элементов, как иод, селен и др. в значительной степени повышается, если последние вводятся в организм не в виде минеральных элементов (подобно премиксам), а в составе органических компонентов, в белках, аминокислотах и др.).

Известен способ получения биомассы по а.с. СССР 282249, включающий культивирование дрожжей, например Rhodotorula, в среде, содержащей источники углерода, азота, минеральных веществ, с концентрированием путем сепарирования, обогащением микроэлементами и высушиванием дрожжевой суспензии в распылительной сушилке. Способ отличается тем, что с целью предотвращения потерь микроэлементов, обогащение ими биомассы производят в сконцентрированной до 50-200 г/л биомассы, набором микроэлементов, включающим кобальт, медь, марганец, железо, иод, цинк и молибден в виде их солей [1]

Недостатком способа является то, что такое добавление микроэлементов на постферментационной стадии хотя и исключает их потери, но не обеспечивает включения микроэлементов в состав биополимеров клетки. Обогащение биомассы при этом происходит минеральными компонентами, что значительно снижает физиологическую ценность получаемой обогащенной микроэлементами биомассы.

Применение микроэлементов для кормовых и ветеринарных целей в виде минеральных солей традиционно. В США приобретен патент на рецепт приготовления примекса, содержащего селен, разработанный в Канаде. Селенат натрия (0,5 кг) растворяли примерно в 20 л воды и добавляли к пшеничному крахмалу (375 кг) и трикольцитфосфату (40 кг). Компоненты перемешивали в смесителе около 15 мин, полученный премикс распыляли и перемешивали в течение последующих 30 мин с пшеничным крахмалом [2]

Данный способ имеет ряд существенных недостатков. При хранении премиксов и кормов, их содержащих, многие соли селена разлагаются, иод практически полностью теряется, могут образовываться трудноусвояемые комплексы и др.

Физиолого-биохимические свойства дрожжей, а также опыт их производства и применения в России определяют дрожжи как наиболее перспективный объект для получения на его основе препаратов, содержащих определенные минеральные компоненты в органической форме.

Задачей изобретения являлось обеспечить включения селена в состав биополимеров клетки.

Предлагаемый способ заключается в следующем. Дрожжи рода Candida или Saccharomyces культивируют непрерывно в условиях интенсивной аэрации и перемешивая среды при заданном значении pH, равном предпочтительно 4,0-4,2, которое регулируют путем титрования среды аммиачной водой, на питательной среде, содержащей н-парафины или этанол или мелассы в качестве источника углерода, источники азота, фосфора, калия, магния, железа, цинка, марганца, необходимые для роста дрожжей, с добавкой в процессе культивирования дополнительно соединений селена для обогащения селеном биомассы, с последующим выделением целевого продукта белково-витаминного концентрата паприна, эприна или хлебопекарских дрожжей, обогащенных дополнительно селеном.

Влияние различных количеств серусодержащих солей в питательной среде на включение селена в состав дрожжей биомассы было проверено при культивировании дрожжей Candida и Saccharomys на стандартной по остальным элементам минеральной среде с н-парафинами или этанолом или мелассой и добавкой источника селена для обогащения им биомассы, с оценкой результатов по содержанию в биомассе селена после ее трехкратной промывкой водой (практически исключает наличие в биомассе минеральных элементов, сорбированных на поверхности клеток) и высушивания.

Изменение содержания селена в биомассе при различных режимах культивирования приведено в таблице.

Представленные результаты таблицы показывают, что наибольшее включение селена в состав биомассы достигается при концентрации серы в минеральной среде 0,2-0,3 мМ, причем наибольшее количество селена включается при соотношении серы к селену S:Se,как 1:(10-15). Нецелесообразно изменение соотношения за пределы данного, т.к. при этом получаемая биомасса содержит заметно меньшее количество селена. При значительном относительно 0,2-0,3 мМ снижении концентрации серы в питательной среде наблюдается резкое снижение активности роста или отсутствие роста вообще, при повышении концентрации селена относительно 0,015-0,02 мМ происходит ингибирование процесса.

Технический результат, полученный при использовании предлагаемого способа, заключается в повышении содержания селена в биомассе, а также включении селена в биополимеры клетки.

Сведения, подтверждающие осуществление предлагаемого способа.

Пример 1. Дрожжи Candida maltosa ВСБ-899 (ИМПМ У-262) выращивали непрерывно в аппарате с рабочим объемом в 5 л, с механическим перемешиванием (1200 об/мин) и аэрацией воздухом (300 л/ч). В качестве источника углерода в среду добавляли очищенные жидкие парафины нефти в количестве около 2 об. использовалась водно-минеральная питательная среда, где некоторые соли серной кислоты заменялись на соли любых других кислот следующего состава,мг/л:

Ортофосфорная кислота (в пересчете на P₂O₅) 700

KCl 900

MgCl₂H₂O 566

MgSO₄7H₂O 12,5

FeSO₄7H₂O 12,5

MnSO₄7H₂O 12,5

ZnSO₄7H₂O 12,5

Общее содержание серы в питательной среде составляло 0,2 мМ. Дополнительно в среду добавляли двуокись селена для обогащения биомассы селена из расчета содержания в исходной среде селена 0,8 мг/л, что составляет 0,01 мМ.

Процесс культивирования вели при 32-34^oC и регулировании pH среды путем титрования 6%-ным раствором аммиачной воды, которая также служила источником азотного питания. Полученную биомассу промывали три раза водой и высушивали, после чего определяли содержание в сухой биомассе селена это составляло в среднем 71 мг/кг. В контрольном опыте при выращивании дрожжей в аналогичных условиях, но при стандартном содержании серы 4 мМ, содержание селена в биомассе составляло лишь 0,7 мг/кг.

Пример 2. Дрожжи Candidautilis ВСБ-651 выращивали аналогично описанному в примере 1, но в качестве источника углерода использовали этанол в количестве 2 об. при культивировании использовалась водно-минеральная питательная среда следующего состава, мг/л:

Ортофосфорная кислота (в пересчете на P₂O₅) 700

KCl 900

MgCl₂H₂O 350

MgSO₄7H₂O 29,6

FeSO₄7H₂O 16,6

MnSO₄7H₂O 16,7

ZnSO₄7H₂O 17,3

Общее содержание серы в питательной среде составляло 0,3 мМ. Дополнительно в среду добавляли селенит натрия для обогащения биомассы селена из расчета содержания в исходной среде селена 1,2 мг/л, что составляет 0,015 мМ. Содержание селена в обработанной биомассе составляло 91-95 мг/кг.

Пример 3. Выращивание осуществляли аналогично описанному в примере 1, но при выращивании использовали дрожжи Candida ethhanolica ВСБ-814, а в качестве единственного источника углерода использовали этанол в количестве 2 об. Содержание селена в сухой биомассе составляло 77-78 мг/кг.

Пример 4. Выращивание осуществляли аналогично описанному в примере 1, но при выращивании использовали дрожжи Saccharomyces cerevisial ВСБ-835, а в качестве единственного источника углерода использовали мелассу в количестве 2 об. Использовалась водно-минеральная питательная среда следующего состава, мг/л:

Ортофосфорная кислота (в пересчете на P₂O₅) 700

KCl 900

MgCl₂H₂O 367

MgSo₄H₂O 19,6

FeSo₄H₂O 16,6

MnSo₄H₂O 16,7

ZnSo₄H₂O 17,3

Общее содержание серы в питательной среде составляло 0,25 мМ. Дополнительно в среду добавляли селенит натрия для обогащения биомассы селена из расчета содержания в исходной среде селена 0,85 мг/л, что составляет 0,015 мМ. Содержание селена в обработанной биомассе составляло 106,9 мг/кг.

Пример 5. Выращивание осуществляли аналогично описанному в примере 4, но при выращивании использовали дрожжи Saccharomyces cerevisiae ВСБ-327. Содержание селена в обработанной биомассе составляло 90,5 мг/кг.

Во всех приведенных примерах выход биомассы и содержание в ней белка практически одинаковы и близки к контрольным показателям.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет обеспечить включение селена, добавляемого в среду культивирования для обогащения им биомассы, в ее состав и повысить его содержание по сравнению с известными способами. При этом используемый для обогащения биомассы селен прочно закреплен в органических компонентах клетки и не удаляется из биомассы при тщательной промывке, а также в процессах сушки и хранения биомассы.