Технология производства углеводно-белкового концентрата и перспективы его использования Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

У

“2-3,1998

[Шенную

)мпонен-

во все

х напит-ологиче-— очист-юбление е компоте.

;ераство-!ЫМИ потов, pern. 3.

Таблица 3

Не, %

35

20

15

27

3

О ВОДИЛ И

)0мат — добавки

1ПИТКОВ.

в напит-[вляется нтка, он

)ИЯТНЫЙ

Таблица 4

поли-

фенолы

151

225

210

184

165

показы-;и, при-й нату-[ческим

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 2-3, 1998 53

636.085.1:664.002.68

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕВОДНО-БЕЛКОВОГО КОНЦЕНТРАТА И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

И.И. МИРОШНИЧЕНКО, Н.А. СТУДЕНЦОВА, жащего сырья с помощью быстрорастущих микро-

В.Я. СКЛЯРОВ, Е.Е. ИВАНОВА организмов — продуцентов белка в аппаратах

Краснодарский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства

Кубанский государственный технологический университет

Дефицит высокобелковых концентратов в комбикормах приводит к перерасходу зерна, при этом животными не усваивается около 30-35% питательных веществ. Эти потери можно уменьшить, повышая перевариваемость кормов за счет обогащения их белком, полученным при биотехнологической переработке вторичных ресурсов АПК.

Огромные количества побочных биогенных отходов различных крупных АПК, загрязняющие окружающую среду, являются в то же время потенциальным источником производства углеводнобелкового концентрата УБК для сельскохозяйственных животных, птиц и рыбы. Их переход в почву, воду и воздух можно заменить на естественный цикл органических соединений, используя технологию биоконверсии с получением веществ, пригодных для питания животных.

Существующие технологии переработки растительного сырья предусматривают обязательный кислотный гидролиз измельченного и увлажненного сырья при температуре 175-190°С и избыточном давлении в присутствии серной кислоты Н2Б04 [1]. Образующиеся растворы пентозных и гексозных сахаров являются питательным субстратом для выращивания кормовых дрожжей. Эти технологии характеризуются большим объемом сточных вод и выбросами загрязняющих веществ в атмосферу.

В последнее время разрабатываются разнообразные варианты технологии биоконверсии различных видов сельскохозяйственного сырья. Исследования по обогащению растительного сырья белком проводили на Украине (Институт микробиологии и вирусологии АН), в Грузии (Тбилисский государственный университет), в Москве (ГосНИИсин-тезбелок) [2-4] .

За рубежом эти технологии внедряются в промышленных масштабах. В США, Англии, Франции, Швеции и др. проводятся интенсивные исследования по получению микробного белка на целлюлозо- и крахмалсодержащем сырье — отходах бумажного и картофелеперерабатывающего производства, несортовой древесине, маниоке и др.

В нашей стране подобные исследования находятся в стадии опытно- промышленных испытаний и наработок опытных партий продукта.

Ввиду низкого содержания белка и неполноценного аминокислотного состава вторичное растительное сырье (зерноотходы, яблочные и томатные выжимки и т.д.) обладает невысокой кормовой ценностью. По питательной ценности кормовые средства из нетрадиционного сырья близки к зерновым. Их целесообразно использовать в кормопроизводстве после биоконверсии.

Цель нашего исследования — отработка технологии биоконверсии целлюлозо- и крахмалсодер-

интенсивного массообмена и опытные испытания УБК на сельскохозяйственных животных.

Подбор культур микроорганизмов осуществляли при выращивании на измельченном фуражном зерне в колбах объемом 700 мл на качалке при скорости 200 мин, температуре 30°С в течение 24 ч. Критерием отбора культур служило содержание протеина в сухой биомассе.

Сравнительные данные представлены в табл. 1.

Таблица 1

Культура Содержание белка, % от СВ

общее истинное

Frichosporon cutaneum СКФ ВСБ-864М 34,26 31,07

Endomycopsis fibuliger С-4 26,15 20,83

Fricosporon cutaneum Бр-6 23,54 18,75

Hansenula anomala Кир-5 26,21 18,34

Sachoromyces cerevisiae (раса Краснодарская) 16.08 12,50

Наибольшее количество белка накапливали культуры Рг1скозрогоп с. СКФ ВСБ и Епс1отусорз15 С-4. [51. В дальнейших исследованиях использовали ассоциацию этих культур микроорганизмов с большим содержанием в ферментном комплексе амилолитических и гидролитических ферментов, позволяющих накапливать биомассу с высоким содержанием протеина на нативном сырье.

Технологический процесс производства УБК состоит из следующих основных стадий:

выращивание чистой культуры микроорганизмов в пробирках;

выращивание посевного материала: в колбах на качалке, в лабораторном ферментаторе чистой культуры, в аппарате емкостью 0,5 м°; подготовка питательной среды; выращивание культуры в аппарате 30 м ; термообработка, концентрирование и сушка УБК.

Отработку технологии вели с использованием лабораторного ферментатора интенсивного массообмена объемом 40 л на межхозяйственном предприятии ’’Прогресс” (г. Усть-Лабинск) и аппаратов объемом 0,5 и 30 м3 в условиях ОАО ’’Ректинал” (г. Краснодар).

Питательную среду готовили по следующей схеме: пропаривание сырья (измельченное фуражное зерно, отоуби, яблочные выжимки) при гидромодуле 1:6 (1:7) в течение 0,5 ч при 90—95°С; охлаждение до 30°С; внесение минеральных солей и микроэлементов.

Выращивание вели в лабораторном ферментаторе объемом 40 л в непрерывном процессе с автоматическим регулированием pH, температуры, уровня, а также с контролем содержания оста-

54

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 2-3, 1998

100-150 м3-ч/м3 80-120 мг/л 50-80 мг/л 75-80 % 10-12 кг-ч/м3

точного азота и фосфора в среде. Получены следующие усредненные результаты процессов непрерывной ферментации:

Рабочий объем 20-25 л

Концентрация субстрата 13-15%

Коэффициент разбавления среды 0,1-0,125

: pH среды 4,0-4,2

Температура 20-30 "С

Удельный расход воздуха , Содержание азота (ост.)

Содержание фосфора (ост.)

Выход биомассы от субстрата Удельный съем Содержание белка в биомассе: фуражное зерно (исходное 10-12 %) 40-42 % от СВ

отруби (15-16 %) 30-35 % от СВ

яблочные выжимки (8-9 %) 15-16 % от СВ

Исследования показали, что содержание белка

в готовом продукте после биоконверсии увеличивается в 2,0-3.5 раза по сравнению с исходным сырьем. Аминокислотный состав исходного сырья и УБК, полученного на измельченном фуражном зерне и отрубях (табл. 2), свидетельствует, что содержание наиболее жизненно необходимых аминокислот увеличивается в УБК в 3-4 раза. По этому показателю УБК приближается к белкам животного происхождения.

Таблица 2

Аминокислота Содержание аминокислот, % от СВ

фуражное зерно отруби

ДО фермен- тации после фермен- тации (УБК) ДО фермен- тации после фермен- тации (УБК)

Аргинин 0,70 1,45 0,96 1,39

Валин 0,53 1,57 0,71 1,71

Гистидин 0,27 0,56 0,32 0,68

Изолейцин 0,45 1,15 0,61 1,08

Лейцин 0,90 1,79 0,92 1,63

Лизин 0,38 1,54 0,58 1,96

Метионин11 0,30 0.84 0,38 0,62

Тирозин ■ 0,42 : 1,1 0,40 1,08

Треонин 0,30 1,23 0,38 1,30

Триптофан 0,16 0,44 0,30 0,50

Для изучения эффективности применения УБК проведены опытные работы по кормлению сеголеток карпа. Установлено, что среднесуточный прирост был достоверно более высоким в группах рыб, получавших комбикорма с добавлением 5 и 10% УБК. Отклонений в физиолого-биохимических показателях рыб опытных и контрольных групп не

отмечено. Согласно расчетам стоимость прироста живой рыбы снижается на 25% [6].

Испытания УБК на крупном рогатом скоте в условиях межхозяйственного объединения "Прогресс” показали, что среднесуточный привес в опытных группах животных был выше, чем в контрольных, на 19%.

Внедрение технологии производства УБК осуществляется по двум направлениям:

реконструкция гидролизно-дрожжевых производств и переориентация их на выпуск УБК и других видов белковых концентратов;

создание модульных установок получения УБК мощностью 250-1000 т в год на комбикормовых заводах, животноводческих комплексах и птицефабриках.

В настоящее время на ОАО ’’Ректинал” внедряется технология получения УБК на основе побочных продуктов переработки зерна с использованием послеспиртовой барды. При этом решаются вопросы утилизации барды, загрязняющей сточные воды, и создания нового производства кормового белка на базе существующего дрожжевого цеха.

По второму направлению планируется создание модульных установок, укомплектованных ферментаторами интенсивного массообмена с самовсасывающими турбинными мешалками [7, 8]. Опытнопромышленная установка получения УБК производительностью 1000 т в год комплектуется из 4

Пментаторов объемом 10 м3. азработаны и утверждены технические условия на производство углеводно-белкового концентрата [9].

ВЫВОД

Отработана технология биоконверсии вторичных сырьевых ресурсов АПК с использованием высокоэффективных ассоциаций культур микроорганизмов — продуцентов белка в аппаратах интенсивного массообмена.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шарков В.И., Сапожницкий С.А., Дмитриева О.А., Туманов И.Ф. Технология гидролизных производств. — М.: Лесная пром-сть, 1973. — 632 с.

2. Обогащение крахмал- и целлюлозосодержащего сырья белком микроорганизмов / В.А. Выслоух, Г.И. Воробьева и др. / Тез. докл. Всесоюз. симпозиума ’’Биоконверсия растительного сырья”. Т. 2. — Рига, 1982.

3. А.с. 9585501. Способ получения белкового продукта из крахмалсодержащего сырья / В.А. Выслоух, И.Д. Тихонов, Г.И. Воробьева и др. — Опубл. в Б.И. — 1982. — № 34.

4. Хабурдзания А. Б. Разработка технологии микробиологического обогащения белком виноградных выжимок: Авто-реф.дис. ... канд. техн. наук.— М., 1984. — 25 с.

5. А.с. 1150264. Штамм дрожжей Еп(1отусор$'1$ {ЛиИ§ег С-4

— продуцент кормового белка / Е.Г. Борисенко, К.А. Калунянц, Л.А. Иванова и др. — Опубл. в Б.И. — 1983.

6. Производство углеводно-белкового концентрата / Н.А. Студенцова, В.Я.Скляров, Е.Е. Иванова и др. // Рыбоводство и рыболовство. — 1995. — № 2.

7. А.с. 1514761. Устройство для перемешивания и аэрации жидкости в ферментерах / И.И. Мирошниченко,' В.А. Николаев, А.Г. Пенкин и др. — Опубл. в Б.И. — 1989. — № 38.

8. А.с. 1154327. Аппарат для выращивания микроорганизмов / И.И. Мирошниченко, В.А. Николаев, А.Г. Пенкин и др.

— Опубл. в Б.И. — 1985. — № 17.

9. Углеводно-белковый концентрат. ТУ и ТИ 9291—016— 00476493-95 /В.Я. Скляров, Н.А. Студенцова, Е.Е. Иванова, И.И. Мирошниченко. — Зарег. 15.06.95

№ 063/007026. Введ. впервые с 01.07.95. — 15 с.

Лаборатория кормления и физиологии рыб Кафедра технологии мясных и рыбных продуктов

Поступила 03.11.97

Я:

ки ; вер< Рі

НЬІ

Де IV Р; учи сою

С0Ч'

ний

196

С

ТЄХ]

фед

течі

п

КОТІ

мон

уче1

аль;

сан:

“Об

ник

(19!

№

лиз;

безе

дисі

нау:

Зі

ТОДІ ния по : Я. сме: ких зове

п

чесі техі Кг ньі ! НИК

вузг

Кс

вая

ЛЄЄЙ

чес?