Mikrobna biomasa ili biomasa sa mikrobiološkim porijeklom predstavlja vrlo širok pojam u biotehnologiji zbog aktivne i neeaktivne biomase. Aktivna biomasa se lako nanosi na stanični materijal raznih mikroorganizama koji se uzgajaju zbog; visokog sadržaja proteina u hrani za životinje ili u hrani pod zajedničkim imenom jednostaničnih bjelančevina sa oznakom SCP (Single Cell Protein). Međutim ta oznaka je ipak neprikladna jer svi organizmi koji se koriste u tu svrhu nisu jednostanični, vidljivo u primjeru kod algi i gljiva.
Pored staničnih komponeti kao što su: bjelančevine, masti, ugljikohidrati, nukleinske kiseline, vitamini i minerali biomasa može sadržavati i ostatke supstrata. Druga skupina sadrži aktivnu mikrobnu biomasu koja je potpuno ili ograničeno enzimski aktivna ali i ograničeno reprodukcijski aktivna. To uključuje pekarski kvasac, kao i sve ostale starter kulture u životinjskoj industriji, nitrificirajuće bakterije i bioinsekticide. Razlika između dva koncepta upravljanja bioprocesima s ciljem reprodukcije biomase je u intezitetu te u cilju. U prvom se pokreće bioproces u svrhu nakupljanja proteina, a tome je podređen cijeli recept medija i parametri procesa. U drugom slučaju osnovna smjernica bioprocesa je enzimska ili životna aktivnost biomase dok optimizira svoju vremensku stabilnost. Spominju se tri izvora biomase koji su imali ulogu u ljudskoj prehrani; gljive u euro-azijskoj civilizaciji, u afričkoj i američkoj prehrani te pekarski kvasac u novije vrijeme.
Mikrobna masa koja se nakuplja izravno sa hranom tijekom procesa može se uvjetno uzeti u obzir. Mikroorganizmi prihvatljvi za masovni uzgoj u čistom obliku za hranu ili hranu za životinje su; alge, bakterije, kvasci, mikro gljive ili pljesni te makro gljive ili gljive. Ključni pomak u poimanju mikrobne biomase kao i njezina popularnost potječe s vremenom, da uz njenu pomoć se lako premošćuje jaz između potreba prema proteinima i njihovom proizvodnjom općenito kao i zaštiti okoliša od onečišćenja.
U pedesetim godinama nutricionisti su prvi počeli upozoravati da će s tim u vezi doći do nedostatka proteinske i stočne hrane. Prvi su razvili postupke za pripremu mješavine bogate bjelančevinama na bazi obranog mlijeka u prahu od sojinog brašna i drugih biljnih bjelančevina a kasnije su počeli razmišljati i o proteinima mikrobiološkog podrijetla. Prednosti mikroorganizama u odnosu na druge konvencionalne izvore; sposobnost mikroorganizama da se vrlo brzo razmnože, a mogu biti i kao izvor ugljika za široki spektar organskih tvari te energije za lako anorganske izvore dušika. Nutritivno vrijedne stanične bjelančevine mogu se uzgajati na relativno malim površinama. Mikroorganizmi nastali zbog brzog rasta biomase su dugo istraživano područje a postali su korisni tek kada su se razvile tehnike uklanjanja nukleinskih kiselina zbog uzrokovanja problema u ljudskom metabolizmu (kod gihta). Prednosti mikroorganizama u odnosu na druge proizvođače proteina; kvaliteta biomase a prvenstveno sadržaj proteina i njihov aminokiselinski sastav, kao i sadržaj ugljikohidrata, masti, vitamina i minerala. Usporedba mikrobnih proteina sa FAO standardima pokazuje da je njihov sastav povoljan jedino je aminokiselina Metionin (Met), u većini slučajeva nedostatna te se dodaje, za dobivanje biomase ekvivalentne životinjskim bjelančevinama. Mikrobna biomasa mora biti prije upotrebe ispitana na toksičnost i nutritivnu vrijednost. U hranu za životinje (krmu) se obično dodaje 10-15% mikrobne biomase.
Mikrobna biomasa da bi se upotrijebila kao hrana prije toga mora biti testirana raznim pokusima, koji se obavljaju na životinjama. Odrasla osoba može dnevno konzumirati 100 g biomase iz algi, nešto manje biomase iz bakterija i do 135 g biomase iz kvasca. Za proizvodnju hrane što je slično proteinskoj hrani životinjskog podrijetla, posebno su prikladne (tzv. nitnaste glavice) zbog svoje konzistencije. U tehnološkoj selekciji mikroorganizma koji će postati proizvođač proteina ili proteinima obogaćene hrane moraju se ispoštovati sljedeći kriteriji prema (Bunker, 1986.); specifična stopa rasta, iskoristivi spektar supstrata, prinos biomase na supstratu, tolerancija na ph i temperaturu, zahtjevi za zračenjem, nepatogenost, netoksičnost, lakoća odvajanja, otpornost na infekcije, genetska stabilnost, višestrukost genetskih modifikacija, prihvatljivost, okus, visoka nutritivna probavljivost. Proizvodnja biomase kvasca jedna je od najstarijih vođenih biotehnoloških proizvodnji u bioreaktorima, danas se kvasci uzgajaju na melasi u velikim bioreaktorima u aerobnim uvjetima.
S visokim udjelom proteina kvas može biti izvor aroma i vitamina, koje većina drugih mikrobnih proteina nema. U usporedbi sa bakterijskom biomasom lakše se odvaja od procesne kaše. Kao izvor hrane za životinje upotrebljavaju se tri vrste kvasaca; Saccharomyces cerevisiae, S. fragilis i Candida utilis, a njihov izbor ovisi o podlozi. Candida utilis može se uzgajati na istom supstartu ali na sulfitnoj bazi, koja se koristi kao hranjiva tvar ili kao hrana za životinje.
U industrijskom načinu proizvodnje mikrobne biomase plijesni su slabo zastupljene iako imaju izvanstanični hidrolitički potencijal. Lignolitični i celulitični spektar enzima otvara mogućnost pretvorbe organske tvari. Plijesan Paecilomyces varioti proizvodi kvalitetne proteine u hrani za životinje na bazi sulfita. Finska proizvodi ovim procesom godišnje 10.000 t biomase. Plijesan Penicillium cyclopium vrlo učinkovito koristi sve komponente sirutke. Na temelju toga je Heurtey u Francuskoj uspostavio dio eksploatacije sirutke iz proizvodnje sira. Za pretvaranje celuloze u mikrobnu biomasu u Kanadi se koristi plijesan Chaetomium cellulyticum. Proizvodnja gljiva razlikuje se od proizvodnje drugih vrsta biomase po uzgoju na čvrstim podlogama. Uvođenje raznih samoniklih jestivih gljiva u kulturu još uvijek je predmet mnogih istraživanja i eksperimentiranja. Uzgoj algi je specifičan za rast uz korištenje puno svjetla, jer im treba kao izvor ugljika. Fotosintetske bakterije koriste molekularni vodik, reducirani sumpor i druge organske spojeve kao donore elektrona. Biomasa algi je tamne boje, nemasna i gorkog okusa, te se treba se tretirati za hranu ili kao dodatak hrani za životinje. Nefotosinteske bakterije vezane za odvajanje biomase iz procesne kaše su povoljan mikroorganizam za pripremu hrane. Sa većom koncentracijom proteina i sadržaju aminokiselina bogatih sumporom.
Posljednih godina istraživači su sve više zainteresirani za usvajanje metoda fermentacije temeljene na bioreaktorima za korištenje mikrobne biomase čija se upotreba značajno povećala. Razvoj bioreaktorskih pristupa sljedeće generacije uz značajno poboljšanje njezine kvalitete što je rezultiralo proizvodnjom sigurne i ekološki prihvatljive biomase. Upotreba mikrobne biomase u vodenim sredinama predstavlja sredstvo za nove društvene izazove, potrebu za inovacijama kao i proizvodnjom hrane uz niže troškove, bez potrebe za obradivim zemljištem.
Petra Vinceković dipl.ing.agr., Doktoranda
