Патент на изобретение №2159287

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ

(57) Реферат:

Способ получения белковой кормовой добавки с использованием дрожжей и бактерий, предусматривающий применение в качестве питательной среды послеспиртовой барды, в которую добавляется крахмалсодержащее сырье. Питательная среда подвергается гидролизу при определенных pH и температуре. Количество вносимого в послеспиртовую барду крахмалсодержащего сырья зависит от массообменных характеристик аппарата выращивания и составляет 1 – 8%. Способ позволяет снизить расход реагентов, повысить содержание сырого протеина в готовом продукте и увеличить продуктивность процесса. 4 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способу получения белковой кормовой добавки, и может быть использовано в микробиологической промышленности для производства кормового белка.

Известен способ получения кормовой белковой добавки (патент RU N 2054880), в котором при приготовлении питательной среды, помимо отходов мукомольного производства, в качестве дополнительного источника углеродного питания используют молотое зерно. При этом оба компонента по отдельности в виде суспензии подвергают термообработке при 60-70^oC в течение 1-6 ч в присутствии гидролитических ферментов, смешивают в соотношении 1 (молотое зерно): 0,2 – 5,0 (отход) и выдерживают в течение 1-4 ч при температуре 34-36^oC в присутствии солей сульфатов аммония, железа, марганца и цинка, взятых в определенных соотношениях, после чего проводят выращивание микроорганизмов с получением кормового продукта.

Способ осложнен технологией приготовления питательной среды, по которой требуется значительный расход пара, питательных солей и дорогостоящих гидролитических ферментов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обогащения растительного сырья микробным белком (патент RU N 2103349), заключающийся в том, что крахмалосодержащее сырье (пшеничные отруби, муки и смесь отрубей и муки), подвергают термообработке в воде при температуре 60-70^oC в течение не менее 45 мин. В термообработанную питательную среду вносят минеральное питание (ортофосфорную кислоту, сульфат аммония, сульфат железа, сульфат магния, сульфат марганца и сульфат цинка) и проводят выращивание бактерий Acinetobacter sp. (caleoaceticus) ВКПМ-6966.

Недостатками данного способа являются:
– недостаточно высокая продуктивность и высокий расходный коэффициент;
– большой расход воды для приготовления питательной среды (для заводов крупнотоннажного производства это более 1200 м³ в сутки);
– большой расход пара для термообработки субстрата;
– использование минеральных элементов питания (фосфора, марганца, магния, железа, цинка).

Кроме того, по данному способу получается питательная среда довольно низкого качества, так как на стадии термообработки практически не идет процесс гидролиза, который обеспечивает переход трудноусвояемого крахмала, входящего в состав отходов мукомольного производства, в легкоусвояемые водорастворимые сахара.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что кормовая белковая добавка получается путем культивирования микроорганизмов, обладающих амилолитической активностью, на питательной среде, состоящей из послеспиртовой барды, в которую вносят крахмалсодержащее сырье (отруби, некондиционная мука) и выдерживают в течение 1 ч при pH 4,0-5,5 и температуре 60-100^oC.

Способ осуществляется в следующей последовательности:
– в барду, поступающую со спиртового завода с температурой 70-100^oC и pH 4,0-6,0, вносят отруби или некондиционную муку, или смесь отрубей и муки в количестве 1-8% (в зависимости от массообмена аппарата выращивания) и выдерживают в течение 1 ч при перемешивании;
– в полученную гидролизованную питательную среду вносят расчетное количество азота, фосфора и микроэлементов (железо, магний) с учетом их содержания в барде и крахмалсодержащем сырье до обеспечения конечной концентрации азота в среде 700-800 мг/г биомассы, фосфора – 200-400 мг/г биомассы, железа – до 12 мг/г биомассы, магния до 10 мг/г биомассы;
– процесс выращивания осуществляют в аппарате с аэрацией и перемешиванием при температуре 30 – 40^oC с использованием в качестве культур-продуцентов бактерий и дрожжей, обладающих амилолитической активностью или их ассоциацией;
– полученную после выращивания биомассу подвергают термообработке при температуре 80-100^oC в течение 1 ч и высушивают до получения сухого (до 10% влажности) кормового продукта.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, включает:
– разработку новой питательной среды, в которой вода заменяется на послеспиртовую барду – отход спиртовой промышленности, и в нее вносят крахмалсодержащее сырье – отход зерномукомольной промышленности (отруби, некондиционная мука);
– осуществление гидролиза питательной среды, который осуществляется без применения пара и гидролитических ферментов;
– сокращение расхода элементов минерального питания (азота, фосфора, микроэлементов) в связи с их наличием в послеспиртовой барде и крахмалсодержащем сырье;
– повышение продуктивности и уменьшение расходного коэффициента по субстрату.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления способов.

Пример 1.

В послеспиртовую барду (сухой вес 5,0%) и pH 4,9 добавляли 5% пшеничных отрубей, или 5% пшеничной муки, или 5% смеси пшеничных отрубей и муки (соотношение 1:1). Полученную смесь подвергли термообработке при температуре 60-100^oC в течение 60 мин. Полученную гидролизованную питательную среду охлаждали до температуры 35^oC и вносили элементы минерального питания, мг/г биомассы: азота – 70, фосфора – 20, железа – 12, магния – до 10. В качестве засевной культуры использовали дрожжи Candida retilis ВСБ-651, обладающие амилолитической активностью. Выращивание проводили в камеральных условиях в аппарате “Абитекс” объемом 19 л (рабочий объем 5,0 л) с интенсивным массообменом и автоматическим обеспечением температуры и pH при подаче воздуха 0,4 л/мин при 500 оборотов в 1 мин. Процесс выращивания вели в периодическом (8 ч) и непрерывном режимах (D = 0,13-0,2 ч^-1). Полученную биомассу подвергли термообработке при температуре 90-100^oC в течение 1 ч и высушивали на распылительной сушилке.

Результаты представлены в табл. 1, из которой видно, что наибольшее количество углеводов, включая глюкозу, получали при температуре 60-100^oC. Так, при температуре 50^oC содержание углеводов составило 33,3 г/л (барда+5% смеси отрубей и муки) и 54,2 г/л (барда+5% муки). При температуре 60-100^oC содержание углеводов составило 53,2 г/л (барда+5% отрубей), 64,0-64,5 г/л (барда+5% смеси отрубей и муки) и 71,6-75,0 г/л (барда+5% муки). При этом продуктивность и содержание сырого протеина в готовом продукте при выращивании культуры на питательной среде, обработанной при 50^oC, составили 1,8 кг/м³/ч и 37,2% соответственно (барда+5% отрубей); 3,0 кг/м³/ч и 42,0% (барда+5% смеси отрубей и муки); 5,9 кг/м³/ч и 44,3% (барда+5% муки).

Продуктивность и содержание сырого протеина в готовом продукте при выращивании на питательной среде, обработанной при 60-100^oC, составила 5,9-6,1 кг/м³/ч и 43,44-44,0% соответственно, 6,8-7,2 кг/м³/ч и 43,9-46,0% (барда+5% смеси отрубей и муки), 8,7-9,1 кг/м³/ч и 46,0-46,8% соответственно (барда+5% муки).

Пример 2.

Процесс получения кормовой белковой добавки проводили по примеру 1, но подготовку гидролизованной питательной среды осуществляли при 60^oC, а в качестве культуры-продуцента использовали дрожжи Candida scottii. Контролем послужили процессы получения кормовой добавки отдельно на послеспиртовой барде или на крахмалсодержащем сырье (5% отрубей, 5% муки, 5% отрубей и муки).

Результаты представлены в табл. 2, из которой видно, что добавление в послеспиртовую барду крахмалсодержащего сырья позволяет повысить продуктивность с 2,8-3,4 кг/м³/ч (на одном крахмалсодержащем сырье) и 3,8 кг/м³/ч (на одной послеспиртовой барде) до 4,7-8,9 кг/м³/ч (на барде + крахмалсодержащее сырье). При этом происходило снижение расходного коэффициента по субстрату с 1,3-1,6 в контролях до 1,2-1,03 в опытах. Содержание сырого протеина в контролях составило 43,7-53,0%, в опытах 43,4-52,8. Общая наработка сырого протеина в контролях составила 1,7-2,8 кг/м³/ч, в опытах 2,5-4,7 кг/м³/ч.

Пример 3.

Получение кормовой белковой добавки проводили по примеру 1, но с использованием послеспиртовой барды с содержанием сухих веществ 7%, а режим термообработки осуществляли при 100^oC, и в качестве культуры-продуцента использовали бактерии Pseudobacteriuni biforme ВСБ-644. Кроме того, крахмалсодержащее сырье вносили в количестве 1, 4, 6 и 8% в виде смеси отрубей и некондиционной муки в соотношении 1:1.

Результаты представлены в табл. 3, из которой видно, что повышение содержания добавляемого крахмалсодержащего сырья к барде с 1 до 8%, массообмена аппарата с 3 до 5 кг/м³/час соответственно приводит к повышению продуктивности с 5,3 до 13,4 кг/ м³/ч и снижению расходного коэффициента по субстрату с 1,3 до 1,0.

Пример 4.

Получение кормовой белковой добавки проводили по примеру 1, но термообработку проводили при температуре 80-90^oC, а минeральное питание (азот, фосфор, железо, магний) вносили не только по примеру 1 исходя из потребности на синтез 1 г биомассы, то есть без учета количества этих элементов в субстратах, но также и расчетные количества этих элементов с учетом их содержания в барде и крахмалсодержащем сырье.

Результаты представлены в табл. 4, из которой видно, что продуктивность на гидролизной питательной среде, в которую вносили все перечисленные выше элементы минерального питания, практически равна продуктивности на гидролизованной питательной среде, в которую не вносили минерального питания или вносили их в количестве с учетом их содержания в барде и крахмалсодержащем сырье.

Так, при добавлении элементов минерального питания ко всем испытанным питательным средам продуктивность составила 5,8-7,4 кг/м³/ч, а без добавления или при частичном добавлении продуктивность практически не изменилась и составила 5,6-8,8 кг/м³/ч.

Таким образом, эффективность предлагаемого способа получения кормовой белковой добавки заключается в использовании гидролизованной питательной среды, приготовленной на основе отходов – послеспиртовой барды с добавлением крахмалсодержащего сырья (отрубей, некондиционной муки). При этом достигается повышение продуктивности при одновременном снижении расходного коэффициента по субстрату, а также экономия энергии на термообработку. Содержание сырого протеина в готовом продукте составило 43,7-53,0%.

Данный способ получения кормовой белково-витаминной добавки был испытан в промышленных условиях (на Песчанском межхозяйственном заводе сухих кормовых дрожжей, Старый Оскол Белгородской обл.). Наработку кормовой белково-витаминной добавки проводили при выращивании дрожжей Candida retilis ВСБ-651 на послеспиртовой барде с содержанием сухих веществ 7% с добавлением 2,2% пшеничных отрубей.

При этом получены следующие показатели:
– продуктивность – 10 кг/м³/ч;
– содержание сырого протеина в готовом продукте – 44,6%;
– снижение расхода карбамида в 2 раза;
– снижение расхода сульфата аммония на 33,0%;
– снижение расхода фосфора на 50-100%;
– снижение расхода микроэлементов на 100%;
– снижение себестоимости готового продукта составило 15%;
– прибыль при годовом объеме производства 2 тыс. т составит 2,8 млн. руб.

Предложенное изобретение является новым, так как получение кормовой белковой добавки вышеописанным способом из уровня техники не известно.

Оно имеет изобретательский уровень, поскольку возможность получения указанного технического результата предложенным способом явным образом не следует из уровня техники.

Формула изобретения

1. Способ получения белковой кормовой добавки, включающий приготовление питательной среды, выращивание на этой среде культур микроорганизмов с последующим получением кормового продукта, отличающийся тем, что питательную среду получают внесением в послеспиртовую барду крахмалсодержащего сырья (отрубей, муки) с последующим выдерживанием смеси в течение 1 ч при pH 4,0 – 5,5 и температуре 60 – 100^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в послеспиртовую барду вносят крахмалсодержащие отходы зерно-мукомольного производства – отруби, или мука, или смесь отрубей и муки в любом соотношении.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что количество вносимого в послеспиртовую барду крахмалсодержащего сырья (отруби, или мука, или смесь отрубей и муки) составляет 1 – 8% в зависимости от объема аппарата, в котором выращивают микроорганизмы.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что внесение азота, фосфора и микроэлементов (железа и магния) осуществляется с учетом их содержания в гидролизованной питательной среде.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве культур микроорганизмов используют дрожжи или бактерии, обладающие амилолитической активностью.

РИСУНКИ