Proteinele sintetice

Categoria: Referat Biologie

Descriere:
Una dintre cele mai promitoare cai de combatere a flagelului foametei a aparut, ca in alte cazuri, de-a lungul istoriei stiintei, ca rezultat al unei intamplari. Incercand sa aplice, la sfarsitul anilor '50, un procedeu biologic de epurare a rezidurilor petroliere, inginerul francez Alfred Champagnat a constatat ca acestea constituie un mediu de cultura extrem de adecvat pentru cresterea si inmultirea microorganismelor.

Proteine sintetice

          Una dintre cele mai promitoare cai de combatere a flagelului foametei a aparut, ca in alte cazuri, de-a lungul istoriei stiintei, ca rezultat al unei intamplari. Incercand sa aplice, la sfarsitul anilor '50, un procedeu biologic de epurare a rezidurilor petroliere, inginerul francez Alfred Champagnat a constatat ca acestea constituie un mediu de cultura extrem de adecvat pentru cresterea si inmultirea microorganismelor. Din deseurile poluante se puteau obtine, rapid si ieftin, proteine.
Ideea, ca orice idee noua, s-a impus la inceput cu oarecare greutate. Totusi, cercetarile efectuate in laborator dadeau rezultate din ce in ce mai promitatoare. Nu numai ca se obtineau, cu ajutorul diferitelor specii de microorganisme, fainuri proteice, in cadrul unor procese de mare viteza si randament, dar aceste fainuri au dat rezultate excelente in urma testarii pe animale. Astefel incercarile efectuate pe pui de gaina si porci au aratat ca, in comparatie cu martorii de control, furajati cu faina de soia, proteinele obtinute din petrol erau foarte bine asimilate si suportate. Mai mult chiar, circa 90% ditre animalele de experienta au prezentat sporuri de greutate superioara celor realizate de matori.
In urma acestor constatari s-a trecut la realizarea unor procese semiindustriale de obtinre a pretioaselor furaje din petrol. In 1971 si 1972 au fost realizate, la Lavera, in sudul Frantei, si in localitatea scotiana Grangemouth, primele instalatii cu o capacitate de productie mai importanta. In prezent, asemenea procedee sunt aplicate in mai multe tari ale lumii.
Care este insa calea de obtinere a proteinelor din petrol? S-au impus pana in [rezent in aceasta directie doua procedee. Primul foloseste ca materie prima o fractiune de la distilarea la 300 – 380 grade C a titeiului, asa – numitul "petrol greu", care contine parafine normale, neramificate, cu un numar de 15 – 30 atomi de carbon in molecula. Petrolul in amestec cu apa, saruri minerale, amoniac si specia cea mai indicata de drojdie sunt introduse in tancul de fermentatie. Acesta este alimentat, prin partea sa inferioara, cu aer, care aduce oxigenul necesar culturii si, in acelasi timp, asigura un amestec intim al mediului de cultura. Prin intermediul uneisupravegheri atente  a temperaturii, a valorii pH-ului (cu ajutorul amoniacului) si a concentratiei solutiei se obtin conditiile optime care asigura dezvoltarea exclusiva a speciei de ciuperca monocelulara aleasa. In acest fel se poate renunta la sterilizarea prealabila a instalatiei si a solutiilor.
Produsele de fermentatie sunt supuse centrifugarii, in urma separarii solutiei nutritive ramanand un amestec apos ce contine cca 15% substante celulare solide. Spalat si apoi drumul combinatelor de crestere industriala a animalelor.
Cea de-a doua metoda de obtinere a proteinelor utilizeaza parafine normale de puritate inalta (97,5 % ), cu 10 – 23 de atomi de arbon in molecula. Fermantatia are loc in tancuri inchise ermetic, in care se introduc, in afara parafinelor, apa, amoniac, aer, potasiu, magneziu, sulfati si fosfati, - componente care sunt in prealabil supuse unei termostelirizari. Apoi sunt insamantate celulele de cultura, care se inmultesc intr-un proces continuu. Dintr-o tona de parafina se obtine circa o tona de substanta celulara.
Avantajele esentiale ale acestor procedee, considerate pe buna dreptate revolutionare, tin pe de o parte de viteza extraordinara de crestere in greutate a masei de cultura. Astfel, in timp ce vegetalele au nevoie de una pana la doua saptamani pentru a-si dubla greutatea, iar bovinele la doua saptamani pentru a-si dubla greutatea, iar bovinele, de exemplu, de 5-8 saptamani, culturile de microorganisme ating dublul greutatii initiale in numai 24-120 de minute. Pe de alta parte, calitatea nutritiva a proteinelor obtinute prin cilturi celulare este deosebita: continutul de proteine este 50-80 la suta in produsul finit (uscat), cifre care nu sunt atinse decat soia, carnea de peste sau cea animala. Mai mult, proteinele obtinute sunt formate in proportie de peste 90 % din aminoacizi; dintre acestia esentiali (in grame la 16 g azot) al fainurilor obisnuite prin cultura de microorganisme, faina de peste si de soia.

  Aminoacizi    esentiali               Fainuri proteice  Procedeul          Procedeul   "normal             "petrol  parafinic "            greu"                Faina       De      Peste               Faina         De       Soia         
Izoleucina    5,1     5,3     4,6     5,6    
Leucina        7,4     7,8     7,6     7,6    
Fenilalanina  4,3     4,8     4,2     5,1    
Tirazina       3,6     4        3,4     3,1    
Treamina     4,9     5,4     4,3     4,0    
Triptofan     1,4     1,3     1,2     1,3    
Valina 5,8     5,8     5,2     5,1    
Arginina       5,1     5,0     5,8     7,1    
Histidina      2,1     2,1     2,4     2,7    
Cristina        1,1     0,9     0,9     1,5    
Metionina     1,8     1,6     2,9     1,4    
Proteina bruta(% in substanta uscata)  60,0   68.0   65,0   45,0  

Concentrandu-si eforturile in directia sintezei industriale a proteinelor, cunoscuta firma japoneza "Dainipon Ink. Corporation" a realizat un procedeu de cultura a microorganismelor pe fractii petroliere, mai precis pe normal parafine cu un numar de 13 – 20 de atomi de carbon in molecula. Datorita nivelului tehnologic ridicat atins in ultimii ani, industria chimica romaneasca a fost capabila sa asimileze procedeul elaborat de specialistii niponi. Rezultatul aceste cooperari il constituie Societatea mixta romano-japoneza RONIPROT, care a construit la Curtea de Arges o instalatie de producere a proteinelor pe baza de normal parafine cu o capacitate de 60000 t/an.Ea a intrat in functiune in luna iunie 1980.
Avand la baza un procedeu de inalta tehnicitate, fabrica de furaje din petrol asigura obtinerea continua de proteine in fermentatoare de mare capacitate. Procesul este condus cu ajutorul calculatorului electronic, iar productia este verificata pe tot parcursul ei, de la analiza puritatii materiilor prime si pana la calitatea produsului finit, cu ajutorul celor mai moderne metode de analiza si control.
Proteinele din normal parafine au nu numai avantajul unei foarte mari viteze de obtinere in comparatie cu cele vegetale sau animale, ci si al unei compozitii extrem de avantajoase. Aceste furaje au un continut ridicat de proteine apropiat de cel al fainii de peste si deplasandu-l pe cel al sroturilor de soia. Mai mult proteinele din normal parafine au un continut mai ridicat de aminoacizi si vitamine. Datorita acestei compozitii, aplicarea lor in hrana animalelor a dus in mai multe tari din lume, ca si in tara moastra, la obtinerea unor rezultate spectaculoase. Fata de loturile martor, carora li s-au administrat furaje agricole clasice, animalele hranite cu petroproteine au avut sporuri de greutate net superioare: in medie 58,3 g la pui si 46,5 g la porci.
Marii producatori de furaje naturale se opun insa introducerii proteinelor sintetice, asa cum, la vremea lor, producatorii de gaz de iluminat au combatut becul cu incandescenta, iar mai tarziu fabricantii acestuia din urma au atacat lampile fluorescente. Argumentul adus de ei consta in faptul ca petroproteinele ar produce cancerului.
Preocupate de elucidarea acestei probleme, organismele specializate O.N.U. au organizat un mare experiment. Dintre produsele cancerigene ce s-ar putea gasi in petroproteine cel mai periculos a fost apreciat a fi, de departe, benzpirenul. Or, analizele cele mai atente efectuate pe baza unor metode extrem de perfectionate au aratat ca salata verde contine 0,38 parti per miliard benzpiren, cafeau 1,3, varza 15,6,spanacul 7,41, uleiul de floareasoarelui 20,2 carnea afumata 23, iar aerul unor mari orase infinit mai mult (Londra 23, Sapporo580), in vreme ce normal parafinenle insesi nu contin decat 0,50 parti per miliard benzpiren. Studii internationale minutioase au demonstrat ca proteinele pe baza de normal parafine nu produc nici un fel de imbolnavire de-a lungul a 19 generatii succesive de sobolani si a 28 de generatii de prepelite.
Se pare ca situatia proteinelor sintetice este perfect asemanatoare cu cea a energeticii nucleare. Chiar daca ele sunt incriminate ca fiind periculoase pentru mediu ambiant, chiar daca obtinerea lor este – sub aspect tehnologic – complexa, iar sub aspect economic destul de costisitoare inca, ele se vor dovedi, in viitor, singura alternativa posibila. Pentru tara noastra este un avantaj deosebit acela de a-si asigura inca de pe acum un bun start in asemenea tehnologii ale viitorului.
In  prezent, cercetatorii isi concentreaza atentia asupra unor noi cai de obtinere a concentratelor proteice prin culturi de microorganisme. Mult mai avantajoasa pare a fi cresterea in combinate industriale a bacteriilor. Intr-a-devar, fata de drojdii, ele au avantajul de a produce o cantitate net superioara de proteine. Se cauta, de asemenea, folosirea unor noi medii de cultura, cum ar fi, de exemplu, alcoolul metilic, prin intermediul carora sa se obtina o calitate din ce in ce mai ridicata a concentratelor proteice. In perspectiva, o data cu "rafinarea" procedeelor de obtinere si a produselor finale, proteinele obtinute prin culturile din microorganisme vor depasii, dupa parerea specialistilor, stadiul limitat al folosirii ca furaje, patrunzand in alimentatia directa a amului.
In cercetarile lor menite sa duca la identificarea de noi medii de cultura pentru microorganismele capabile de a produce proteine sintetice, specialistii s-au orientat chiar si spre … deseuri.Astfel, oamenii de stiinta au dovedit prin experimente de laborator deplina valabilitate a posibilitatilor de utilizare a deseurilor de hartie pentru obtinerea a numeroase substante utile in chimia organica de sinteza, antibiotice si chiar furaje.Hartia, care nu este altceva decat o pasta celulozica, poate fi degradata pe cale chimica, cu obtinerea unor solutii bogate in zaharuri. Aceste solutii pot servi ca medii de cultura pentru microorganisme, proces prin care se obtin concentrate proteice cu o valoare nutritiva ridicata.deosebit de indicate pentru a fi cultivate in aceste medii nutritive par a fi algele, in special cele filamentoase, al caror continut in substante cu rol biologic important este ridicat, procedeele pentru asigurarea asimilarii acestora in proportii cat mai mari de catre organism sunt simple, iar indeplinite atat de tarile calde, cat si de cele temperate.
O utilizare similare isi pot gasi deseurile de materiale plastice. O echipa de cercetatori de la departamentul de biochimie medicala al Universitatii din Manchester, Marea Britanie, apus la punct un porcedeu de degradare a polimerilor din care sunt constituite deseurile de plastic, in urma carora rezulta o materie prima adecvata folosirii ca mediu de nutritie pentru cultura microorganismelor.
Acelasi procedeu de cultura a organismelor monocelulare pentru obtinerea de proteine furajere poate fi aplicat cu multa eficienta, sustin specialistii, pentru valorificarea deseurilor de grasimi si uleiurilor din diferite domenii industriale. Tot un grup de cercetatori englzi a investigat posibilitatea de a spori aportul alimentar in grasimi prin intermediul folosirii unei specii de drojdie, numita Candida. Aceasta are propietatea de a se inmulti rapid pe deseurile de ulei si grasimi,precum si de a acumula, in interiorul celulei, o insemnata cantitate de grasimi nutritive, al caror consum pe locuitor se cifreazain unele tari, conform rapoartelor Organizatiei Mondiale a Sanatatii, la numai jumatate din cantitatea socotita ca minimul necesar unei alimentatii normale. Specialistii de la Universitatea din Hull au gasit doua metode de crestere a continutului si,in acelasi timp, de a imbunatati calitatea grasimilor cuprinse in celulele de Candida
Primul dintre ele presupune adaugarea in mediu nutritiv a unor substante chimice ce faciliteaza acumularea anumitor grasimi in microorganisme. Cel de-al doilea se bazeaza pe suprimarea aprovizionarii cu azot a culturii de celule. Se stie ca orice proteina contine azot, iar orice organism care este privat de acest element isi transforma proteinele proprii in grasimi. Folosind acest din urma procedeu, echipade cercetatori amintita a reusit sa creasca pe deseuri de uleiuri vegetale netratate chimic, celulele de Candida care sub microscop apreau ca adevarate micropicaturi vii de grasime.
Nici apele reziduale organice nu au fost uitate. Pentru prevenirea poluarii, apele uzate de la fabricarea hartiei, de la abatoarele si fabrici de conserve de peste ori legume sunt filtrate, rezidurile organice fiind retinute cu ajutorul unor tehnici de  mare randament, cum ar fi svhimbul ionic sau ozmaza. Daca pana in prezent aceste reziduri organice filtrate provocau, prin acumularea lor,probleme extrem de dificil de solutionat, in prezent se contureaza cu tot mai multa fermitate perspectiva folosirii lor ca medii de cultura pentru microorganisme in scopul obtinerii de mase proteice furajere.
Petroproteinele pot fi "crescute" chiar si pe … gaz metan. Intr-adevar, metanul pare sa devina o promitatore sursa de carbon pentru obtinerea unei productii industriale de proteina microbiana. Dealtfel, unii cercetatori apreciaza ca gazul natural este cea mai economica sursa pentru producerea de hrana proteica in comparatie cu metanolul, petrolul sau n-alcanii. La o recenta conferinta a gazului natural, G. Hamer de la "Shell" a aplicara unui astfel de procedeu. El a aratat ca proteinele produse prin aceasta tehnologie ar putea sa fie, din ambele puncte de vedere, nutritional si microbiologic, superioare tuturol alimentelor traditionale ce se consuma astazi.
Concluzii similare au fost prezentate si de catre A.N.Grigorian de la Institutul de biosinteza proteinelor din Moscova care a cutivat amestecuri bacteriene. Cultura bacteriana a ost crescuta in fermentoarele cu un volum variind intre 6 si 40 litri, cu rata de scurgere a amestecului natural de gaz, oxigen si azot de 60 litri pe ora; procesul a decurs la un pH de 6,7 si o temperatura de 33 grade C. Operand cu acesti parametri, Grgorian a obtinut o biomasa cu un continut de 65% proteina bruta. Evaluarea economica a cestei metode de producere a proteinei din gaz natural se dovedeste competitiva cu aceea din alte surse.