Разработка технологии производства кормовых дрожжей при комплексной переработке зернового и углеводсодержащего сырья Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 664.7(045) 001: 10.24411/0235-2486-2019-10160

Разработка технологии производства кормовых дрожжей при комплексной переработке зернового и углеводсодержащего сырья

М. В. Туршатов*, канд. техн. наук; В. А. Кривченко, канд. техн. наук; А. О. Соловьев

ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, Москва

Дата поступления в редакцию 28.06.2019 * lab78@mail.ru

Дата принятия в печать 31.10.2019 © Туршатов М.В., Кривченко В.А., Соловьев А.О., 2019

Реферат

В настоящее время спрос на протеиновые кормопродукты, такие как кормовые дрожжи, практически неограничен как на отечественном, так и на зарубежном рынках. К сожалению, на российском рынке количество предлагаемых «кормовых дрожжей» в разы превышает их фактическое производство. Такая ситуация складывается благодаря контрафактной и некачественной продукции. Одновременно с этим за последние годы в спиртовой отрасли произошли значительные структурные изменения, вследствие чего были законсервированы десятки заводов. Решением проблемы использования резервных мощностей спиртовых заводов и повышения конкурентоспособности этилового спирта является комплексная переработка зернового и углеводсодержащего сырья с дополнительным получением товарных продуктов пищевого, кормового назначения. Наиболее эффективный вариант - организация производства кормовых дрожжей. Авторами статьи проведены исследования по культивированию различных штаммов кормовых дрожжей, разрешенных к применению при производстве кормовой продукции. В качестве исходного сырья использовались зерновая послеспиртовая барда, зерно, меласса, крахмалсодержащие отходы в различном соотношении. Результаты исследований показывают, что дополнительное культивирование кормовых дрожжей качественно обогащает исходное сырье (субстрат) белком, аминокислотами, витаминами. Наилучшие конечные показатели достигаются при культивировании дрожжей на зерновой барде. Содержание белка увеличивается на 50% и более. На основе проведенных исследований разработана технология, позволяющая модернизировать действующие спиртовые производства с минимальными вложениями. Созданная технология также позволяет модернизировать любые производства с углеводсодержащими вторичными ресурсами (меласса, крахмальное молоко, отруби и т. д.) для выпуска кормовых дрожжей и последующей их реализации в качестве протеинового кормопродукта. В настоящее время данная технология внедряется на одном из действующих производств.

Ключевые слова

зерновая барда, кормопродукт, кормовые дрожжи, производство спирта, протеиновый, технология Для цитирования

Туршатов М.В., Кривченко В.А., Соловьев А. О. (2019) Разработка технологии производства кормовых дрожжей при комплексной переработке зернового и углеводсодержащего сырья // Пищевая промышленность. № 10. С. 62-64.

Development of technology for fodder yeast production

of in the complex processing of grain and carbohydrate-containing

raw materials

M. V. Turshatov*, Candidate of Technical Sciences; V.A. Krivchenko, Candidate of Technical Sciences; A. O. Soloviev

Russian Scientific Research Institute of Food Biotechnology - a branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety, Moscow

Received: June 28, 2019 * lab78@mail.ru

Accepted: October 31, 2019 © Turshatov M.V., V.A. Krivchenko M.V., SolovievA.O., 2019

Abstract

In current times demand for protein fodder, such as fodder yeast, is almost unlimited, as in the domestic, and foreign markets. Unfortunately, in the Russian market the amount of the offered «fodder yeast» many times exceeds their actual production. Such situation develops thanks to counterfeit and not quality products. Along with it in recent years in the Distilling industry there were significant structural changes, in the investigation of what many distilling plants were preserved. A solution of the problem of use of reserve capacities of distilleries and improving competitiveness of alcohol is complex processing of grain and carbohydrate containing raw materials with additional receiving commodity products of food, fodder appointment. The most effective option is organization of fodder yeast productions. Authors of article conducted researches on cultivation of various strains of the fodder yeast allowed for use by production of fodder products. As initial raw materials grain stillage, grain, molasses, starch-containing waste in various ratio was used. Results of researches show that additional cultivation of fodder yeast qualitatively enriches initial raw materials (substrate) with protein, amino acids, vitamins. The best final indicators are reached at cultivation of yeast on grain stillage. Protein content increases by 50% and more. On the basis of the conducted researches the technology allowing to modernize the operating ethanol productions with the minimum investments is developed. The created technology also allows to modernize any productions with carbohydrate containing secondary resources (molasses, starched milk, bran, etc.) for production of fodder yeast and the subsequent their realization as the protein fodder. Now, this technology takes root on one of the operating productions.

Key words

fodder yeast, technology, alcohol production, grain bard, protein fodder product For citation

TurshatovM.V., V.A. Krivchenko M.V., Soloviev A.O. (2019) Development of technology for fodder yeast production of in the complex processing of grain and carbohydrate-containing raw materials // Food Processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2019. № 10. P. 62-64.

RAW MATERIALS AND ADDITIVES

Введение. Спиртовые заводы относятся к категории зерноперерабатывающих предприятий. При этом их основной продукцией является этиловый спирт для пищевых, технических, топливных целей. В процессе переработки зерна для получения спирта преимущественно используется только его крахмалистая часть. Все остальные компоненты - белок, жир, клетчатка, обогащенные дрожжевой биомассой, - переходят в барду. Ее кормовая ценность как белково-углеводной добавки достаточно изучена и широко применяется на практике. В то же время наиболее востребованной белковой кормовой добавкой являются кормовые дрожжи. Протеин кормовых дрожжей по аминокислотному составу, содержанию витаминов и микроэлементов значительно превосходит белок зерновых культур.

В 70-е годы прошлого века на базе спиртовых заводов действовало более 14 производств кормовых дрожжей, получаемых на основе зерновой барды. Эффективность их применения потребителям хорошо известна. Одна тонна кормовых дрожжей обеспечивает дополнительное производство до 1,5 т мяса птицы, 0,6 т свинины, 25 тыс. шт. яиц, высвобождает из кормового рациона 5-6 т зерна и т. д. [1]

Спрос на кормовые дрожжи практически неограничен как на отечественном, так и на зарубежном рынках. К сожалению, на российском рынке количество предлагаемых «кормовых дрожжей» в разы превышает их фактическое производство. Секрет в основном показателе качества дрожжей - содержании сырого протеина. Он определяется как сумма органического и минерального азота. Добавление азотсодержащих солей позволяет без проведения культивирования повышать показатель протеина в исходной среде. Как правило, для этого используются сухая барда, отруби, которые с повышением показателей протеина превращаются в «кормовые дрожжи», или аналогичный продукт. Естественно, эффективность подобных искусственных «кормовых дрожжей» тождественна опасности их применения.

За последние 15 лет спиртовая отрасль претерпела значительные изменения. В результате «реорганизации» из 120 спиртовых заводов в настоящее время лицензии на производство спирта имеют немногим более 40. Потребность в спирте на пищевые цели ежегодно снижается. Другие рынки применения этилового спирта пока не развиты. В ноябре 2018 г. президентом РФ В. В. Путиным подписан закон о регулировании производства и оборота биоэтанола в качестве добавки к топливу. Это открывает возможность производства биоэтанола, но вопрос его применения остается открытым. Одним из аргументов, сдерживающих его применение, является относительно высокая стоимость спирта, сложность контроля его оборота со стороны исполнительных органов.

Цель исследования. Решением проблемы использования резервных мощностей спиртовых заводов и повышения конкурентности этилового спирта является комплексная переработка зернового и углеводсодержащего сырья с дополнительным получением товарных продуктов пищевого, кормового назначения. Наибо-

лее эффективный вариант - организация производства кормовых дрожжей. Это в первую очередь актуально для заводов, имеющих оборудование по переработке барды в сухой продукт [2, 3, 4].

Ход исследования. Во ВНИИПБТ проведены исследования по культивированию различных штаммов кормовых дрожжей, разрешенных к применению при производстве кормовой продукции: Saccharomyces cerevisiae YD-53, Rhodosporidium diobovatum 115, Candida tropicalis CK-4. В качестве исходного сырья использовались зерновая послеспиртовая барда, зерно, меласса, крахмалсодержа-щие отходы в различном соотношении.

В табл. 1 приведены данные химического состава сырья и кормовых дрожжей, полученных на его основе.

Результаты исследований показывают, что дополнительное культивирование кормовых дрожжей качественно обогащает исходное сырье (субстрат) белком, аминокислотами, витаминами. Наилучшие конечные показатели достигаются при культивировании дрожжей на зерновой барде. Содержание белка увеличивается на 50% и более. Ограничение прироста белка в этом случае связано с дефицитом углеводов в барде. Решение

этого вопроса может быть достигнуто оптимизацией режима спиртового брожения, например его сокращением, либо обогащением барды углеводсодержащим сырьем: мелассой, крахмальными отходами [5, 6].

При культивировании дрожжей на угле-водсодержащем сырье, как следует из данных табл. 1, происходит увеличение количества белка в 3-4 раза, хотя конечные показатели несколько ниже, чем на барде. В то же время по аминокислотному, витаминному составу (табл. 2, 3) кормовые дрожжи, полученные на субстрате из смеси зерна и крахмальных отходов, не уступают и даже превосходят кормовые дрожжи, выращенные на барде.

Но оба варианта получения кормовых дрожжей обеспечивают возможность использования оборудования спиртового производства. Для этого требуется дооснащение существующего комплекса оборудованием по культивированию кормовых дрожжей на углеводосодержащем субстрате: барде, мелассе, крахмалосо-держащих отходах и др.

Во ВНИИПБТ разработаны технология и аппаратурная схема культивирования кормовых дрожжей, адаптированная к оборудованию спиртового производства и переработке барды в сухой кормопро-

Таблица 1

Химический состав сырья и кормовых дрожжей, полученных на его основе

№ Показатель Единица измерения Зерновая барда Кормовые дрожжи на основе барды Субстрат: Зерно Меласса Крахмальные отходы Кормовые дрожжи на основе зерна

1 Массовая доля влаги % 10 -11 10 -11 88 -91 10-11

2 Массовая доля золы % 2,5- 4,5 1,9 3,6 0,18 -0,3 1,3-2,4

3 Массовая доля клетчатки % 8- 15 5,5 11,5 2,0- 10,0 1,9-5,4

4 Массовая доля сырого протеина % на а. с. в.* 28 30 43 48 9,7- 13,8 35-45

5 Массовая доля белка по Барнштейну % на а. с. в.* 25 28 32 -41 9,2- 13,8 32-39

6 Сырой жир % на а. с. в.* 4,5- 5,5 1,3 1,8 1,7 4,6 1,25-3,90

7 Углеводы % 0,25 -0,45 0,10 -0,15 6,5 -7,5 0,07-0,12

*а. с. в. - абсолютно сухое вещество.

Аминокислотный состав кормовых дрожжей (КД), % на а. с. в. Таблица 2

№ | Наименование | КД на барде | КД на углеводсодержащем сырье

1 2 3 Лизин Гистидин Аргинин 1,91 1,76 1,45 2,85 2,29 1,24

4 Аспарагиновая кислота 1,84 2,71

5 Треонин 2,28 1,93

6 Серин 3,66 5,12

7 Глутаминовая кислота 1,26 0,97

8 Пролин 2,27 2,13

9 Глицин 2,47 1,33

10 Аланин 0,38 0,29

11 Цистин 1,55 1,98

12 Валин 0,83 1,30

13 14 15 Метионин Изолейцин Лейцин 1,93 2,17 1,74 1,70 2,72 1,40

16 Тирозин 2,65 2,05

17 Фенилаланин 1,12 1,50

18 Триптофан 1,77 1,67

1 1 33,01 35,18

ISSN 0235-2486 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 10/2019

63

Таблица 3

Витаминный состав кормовых дрожжей

(КД), мг / 100 г

№ Наименование КД на барде КД на углеводсодержащем сырье

1 Bi 1,82 2,40

2 В2 10,52 15,05

3 Вз 11,05 12,63

4 В5 30,0 42,20

5 В6 1,64 2,25

6 В12 0,20 0,47

Процессуальная схема производства кормовых дрожжей из крахмалосодержащего и сахаросодержащего сырья

дукт. Схема (см. рисунок) является универсальной, так как предусматривает работу на любом углеводсодержащем сырье: барде, зерне, мелассе, крахмальных отходах. Одновременно разработана схема автоматического контроля и управления процессом подготовки питательного субстрата и культивирования кормовых дрожжей.

Аналогичный вариант применим также в случае перепрофилирования спиртовых заводов на продукцию органического синтеза, например этилацетат и кормовые дрожжи.

Реализация проекта на действующем спиртовом заводе обеспечивает максимальное использование кормового потенциала зернового сырья с получением спирта и высококачественных кормовых дрожжей. Рентабельность комплексной переработки зерна возрастает на 15-25%. В случае отсутствия послеспиртовой барды, как показывают результаты НИР, питательный субстрат для культивирования кормовых дрожжей может быть получен на основе зерна, мелассы, отрубей, крахмалистых отходов. По качеству субстрат из углеводсодержа-щего сырья из-за отсутствия дефицита углеводов выше, чем послеспиртовая барда. Это позволяет проводить культивирование с разнообразными расами дрожжей.

Заключение. Модернизация резервных мощностей спиртовых заводов позволяет организовать производство кормовых дрожжей в объеме до 500 тыс. т в год и более. Фактически это исключает дефицит кормового белка на российском рынке и создает основу для его экспорта.

Исследования проведены за счет средств субсидии на выполнение государственного задания в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук (тема № 0529-2019-0066).

ЛИТЕРАТУРА

1. Кононенко, В.В. О производстве и перспективах применения этилового спирта в России/ В. В. Кононенко, М. В. Туршатов, В.П. Леденев [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2018. - № 2. - С. 44-47.

2. Худякова, Н.М. Зерновая барда как сырье для переработки в сухие кормовые дрожжи, обогащенные бета-каротином / Н.М. Худякова, Т.И. Лозанская // Современные биотехноло-

гические процессы, оборудование и методы контроля в производстве спирта и спиртных напитков (сборник). - 2017. - С. 138-141.

3. Римарева, Л. В. Биотехнологическая переработка послеспиртовой барды в сухие кормовые дрожжи / Л.В. Римарева, Т.И. Лозанская, Н. М. Худякова // Биотехнологии в комплексном развитии регионов: материалы международной научно-практической конференции (сборник). - 2016. - С. 95.

4. Лукин, Н.Д. Биоконверсия вторичных продуктов переработки зерна тритикале на крахмал с использованием гриба pLeurotus ostreatus / Н.Д. Лукин, Р.В. Уланова, И.К. Кравченко // Химия растительного сырья. - 2018. - № 4. - С. 225-234.

5. Соловьев, А. О. Исследования по культивированию кормовых дрожжей на средах, полученных из вторичного сырья от комплексной переработки зерна/А. О. Соловьев, М.В. Туршатов // Актуальные вопросы ну-трициологии, биотехнологии и безопасности пищи: материалы Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием (сборник). - 2017. - С. 229-232.

6. Туршатов, М.В. Технологические основы получения белковых кормопродуктов при переработке крахмалсодержащего сырья в биотехнологическую и химическую продук-цию/М. В. Туршатов, В. В. Кононенко, В. П. Леденев [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2018. - № 2. - С. 5-8.

REFERENCES

1. Kononenko VV, Turshatov MV, Ledenev VP, Krivchenko VA, Moiseeva ND, SoLov'ev AO, KiriLLov EA, ALekseev VV. 0 proizvodstve i pers-pektivah primeneniya etiLovogo spirta v Rossii [On the production and prospects for the use of ethyL aLcohoL in Russia] Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'y [Storage and processing of agricuLturaL raw materiaLs]. 2018. No. 2. P. 44-47.

2. Hudyakova NM, Lozanskaya TI. Zernova-ya barda kak syr'e dLya pererabotki v suhie kormovye drozhzhi, obogashchennye beta-karotinom [Grain barda as a raw materiaL for

processing into dry fodder yeast enriched with beta-carotene]. Sovremennye biotekhnolog-icheskie processy, oborudovanie i metody kon-trolya v proizvodstve spirta i spirtnyh napitkov (compilation). 2017. P. 138-141.

3. Rimareva LV, Lozanskaya TI, Hudyakova NM. Biotekhnologicheskaya pererabotka pos-lespirtovoj bardy v suhie kormovye drozhzhi [Biotechnological processing of distillery stillage into dry fodder yeast]. Biotekhnologii v kompleksnom razvitii regionov: materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj kon-ferencii (compilation). 2016. P. 95.

4. Lukin ND, Ulanova RV, Kravchenko IK, Kolpakova VV, Gol'dshtejn VG. Biokonversiya vtorichnyh produktov pererabotki zerna tri-tikale na krahmal s ispol'zovaniem griba pleu-rotus ostreatus [Bioconversion of secondary products og grain processing of triticale on starch using the pleurotus ostreatus mushroom]. Himiya rastitei'nogo syr'ya [Chemistry of raw materials]. 2018. No. 4. P. 225-234.

5. Solov'ev AO, Turshatov MV. Issledovaniya po kul'tivirovaniyu kormovyh drozhzhej na sre-dah, poluchennyh iz vtorichnogo syr'ya ot kom-pleksnoj pererabotki zerna [Research on the cultivation of fodder yeast on media derived from secondary raw materials from complex grain processing]. Aktual'nye voprosy nutrici-ologii, biotekhnologii i bezopasnosti pishchi: materialy Vserossijskoj konferencii molodyh uchenyh s mezhdunarodnym uchastiem (compilation). 2017. p. 229-232.

6. Turshatov MV, Kononenko VV, Ledenev VP, Krivchenko VA, Solov'ev AO, Moiseeva ND, Lozanskaya TI, Hudyakova NM. Tekhnologicheskie osnovy polucheniya belkovyh kormoproduktov pri pererabotke krahmalsoderzhashchego syr'ya v biotekhnologicheskuyu i himicheskuyu produkciyu [Technological basis for the production of protein feed products in the processing of starch-containing raw materials into biotechnological and chemical products]. Khranenie i pererabotka set'hozsyr'ya [Storage and processing of agricultural raw materials]. 2018. No. 2. P. 5-8.

Авторы

Туршатов Михаил Владимирович, канд. техн. наук, Кривченко Вера Александровна, канд. техн. наук, Соловьев Александр Олегович

ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, 111033, Москва, ул. Самокатная, д. 4Б, Lab78@maiL.ru

Authors

Michail V. Turshatov, Candidate of Technical Sciences, Vera A. Krivchenko, Candidate of Technical Sciences, Alexandr O. Solovyev

Russian Scientific Research Institute of Food Biotechnology - Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety, 4B, Samokatnaya str., Moscow, 111033, Lab78@maiL.ru