Біотехнологічні прийоми в подоланні продовольчих проблем людства

Однією із першочергових є проблема білка, яка потребує якнайшвидшого вирішення. Вона актуальна як для людей, так і для тварин: якщо рослини мають здатність до синтезу амінокислот із неорганічних азотомістких речовин, то людина і тварина мають одержувати білки у готовому вигляді разом з харчовими продуктами та кормом.

Якщо нестачу харчової енергії в раціоні людини і тварини можна певною мірою компенсувати зниженням рухливості, то ні в людини, ні у тварини немає біологічних механізмів зменшення потреби в білку. За нестачі білка знижується працездатність і резистентність людини, а дефіцит білка в раціоні тварини не дає змогу реалізувати генетичний потенціал продуктивності і забезпечити на належному рівні стан здоров'я та їх відтворювальну здатність. Проблема поглиблюється тим, що потреба тварин у білку збільшується при підвищенні рівня продуктивності і при багатьох захворюваннях, а також у стресових ситуаціях.

Всередині XX століття стало очевидним, що задовольнити зростаючу потребу людей і свійських тварин у білках традиційними шляхами нереально. Наприклад, у 1982 р. потреби тваринництва в білку задовольнялись лише на 70-75 %. Дефіцит кормового білка призводить до зниження продуктивності тварин на 30-35 %, підвищення собівартості тваринницької продукції і витрати кормів приблизно у півтора рази.

Однак проблема не зводиться тільки до одержання з раціоном певної кількості білка. Необхідно, щоб у ньому була достатня кількість незамінних амінокислот у певному співвідношенні.

Традиційно основним джерелом білка у раціоні тварин є зерна злакових культур, але в них мало білка і він є неповноцінним через недостатній вміст незамінних амінокислот. Джерелом повноцінного білка є корми тваринного походження - антиіди м'ясна, м'ясо-кісткова, рибна, молоко і відходи його переробки. Але ці корми дефіцитні і мають високу вартість.

Найбільш розповсюдженим у світі способом балансування раціонів за білком є добавка до них соєвої муки, білок якої за своєю біологічною повноцінністю наближається до кормів тваринного походження. Але ця культура трудомістка, врожаї ще досить низькі, а звідси висока її вартість. Головним постачальником сої на світовий ринок є США, на долю яких припадає 2/3 світового її виробництва. Переважно на американській соєвій муці базується інтенсивне тваринництво Америки, Західної Європи і Японії.

Альтернативним соєвому є білок, одержаний мікробіологічним шляхом за допомогою мікроорганізмів.

Вперше вислів «білки одноклітинних організмів» (БОО) використали в 60-ті роки XX ст. стосовно мікробних білків, які продукуються масовими культурами дріжджів або бактерій, що використовуються у харчуванні людей або годівлі тварин. Перевагою біотехнологічного виробництва білка є те, що воно не залежить від погодних і кліматичних умов, не потребує посівних площ, є високоінтенсивним і піддається автоматизації.

Мікроорганізми - продуценти білків відзначаються дуже високою інтенсивністю накопичення біомаси, яка в 500-5000 разів вище, ніж у рослин або тварин. Мікробні клітини здатні накопичувати дуже великі кількості білка (дріжджі - до 60 %, бактерії - до 75 % за масою). Коливання вмісту білка у сухій речовині біомаси мікроорганізмів може складати від 19 до 90 % У мікробіологічному виробництві за рахунок високої специфічності мікроорганізмів відсутня багатостадійність, а сам процес біосинтезу відбувається у м'яких умовах при температурі 30-45 °С, рН 3-6 і тиску ~ 0,1 МПа, він менш трудомісткий порівняно з одержанням сільськогосподарської продукції і органічним синтезом білків.

Мікроорганізми як продуценти білка мають перевагу і в тому, що можуть використовувати як субстрат різноманітні речовини, які в основному є відходами інших виробництв. Джерелом сировини для них є рідкі парафіни нафти, метан природного газу і біогазу, метиловий і етиловий спирти, рослинна сировина, відходи і побічні продукти сільського господарства і промисловості (солома, корзинки соняшника після видалення насіння, костриця льону, коноплі, гичка, дерев'яна тирса, стружка, целюлоза, меляса, молочна сироватка, гнойова біомаса тощо).

Із мікроорганізмів для одержання білка найчастіше використовують як продуценти дріжджі, бактерії, мікроскопічні гриби, одноклітинні водорості. Різноманітність типів живлення мікроорганізмів і їх видового складу дозволяє вибирати сировину, яка найбільше підходить для біосинтезу, і кращі штами - продуценти білка.

Одноклітинні організми характеризуються високим вмістом білка - від 40 до 80 % і більше. Білок одноклітинних містить усі (10) незамінні амінокислоти, багатий на лізин, який визначає його біологічну повноцінність. Добавка біомаси одноклітинних до дефіцитних за лізином рослинних кормів дає можливість наблизити їх амінокислотний склад до оптимального. Недоліком біомаси одноклітинних є дефіцит сірковмісних амінокислот, в першу чергу метіоніну. В одноклітинних його приблизно удвічі рази менше, ніж у рибній муці. Однак цей недолік має і білок сої.

Цікаві статті з розділу

Природно-заповідний фонд Харківської області
Екологічна ситуація, що склалась сьогодні на планеті, потребує пошуку ефективних засобів і шляхів захисту навколишнього природного середовища від знищення. На сьогодні всім зрозуміло, що нео ...

Екологічне значення сукцесій
Якщо біогеоценоз не перебуває в стані швидкої або середньої сукцесії, то продукція, біомаса й видове багатство в ньому коливаються навколо певного середнього значення в результаті процесів с ...

Еколого-економічні проблеми водокористування та шляхи їх вирішення
Водні запаси на Землі величезні, вони утворять гідросферу - одну з потужних сфер нашої планети. Гідросфера - найважливіший елемент біосфери. Вона поєднує всі води земної кулі, включаючи оке ...