СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ И КОРМОВАЯ ДОБАВКА "АРКАДАМИН" ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦ
PRODUCTION METHOD FOR FEED ADDITIVE AND FEED ADDITIVE "ARKADAMIN" FOR AGRICULTURAL ANIMALS AND BIRDS

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к производству продукта кормового назначения, полученного на основе переработки и полной утилизации послеспиртовой барды в спиртовом производстве.
Послеспиртовая барда является жидким многотоннажным технологическим отходом в производстве спирта. Количество образуемой барды составляет 15-17 т на 1 т полученного спирта независимо от используемого в производстве спирта сырья: зерна, картофеля, свекловичной или тростниковой мелассы.
3
Существующие методы утилизации послеспиртовой барды практически исключают возможность слива барды на поля фильтрации. Если количество сбрасываемой на поля барды (в частности, мелассной барды) составляет 120 м на каждые выработанные 1000 дал условного спирта-сырца, становится невозможным использование плодородных земель для возделывания сельскохозяйственных культур и, кроме того, окружающий воздух отравляется продуктами распада органических соединений.
В известных способах по переработке и утилизации послеспиртовой барды содержатся технические решения, включающие:
1) непосредственное скармливание барды животным;
2) использование барды в составе питательных сред для выращивания некоторых видов микроорганизмов с получением обогащенного белком, витаминами, микро- и макроэлементами кормового продукта;
3) частичную замену в рационах животных и птицы соевого и подсолнечного шрота;
4) включение в барду природных антимикробных препаратов для удлинения сроков хранения барды и формирования благоприятной микрофлоры в кишечнике животных.
Традиционный и наиболее простой путь использования барды предусматривает непосредственное скармливание барды животным.
Содержание сырого протеина в зерновой барде 16,1%, однако, перевариваемость такого протеина организмом животных не превышает 50%. Обменная энергия составляет 2150 ккал/кг, а кормовая ценность зерновой и картофельной барды составляет 0,7 и 0,4 кормовых единиц соответственно (1 корм. ед. эквивалентна 1 кг овса). Кроме того, хранение и транспортировка на расстояние более 50 км жидкой барды являются убыточными из-за нарушения режимов хранения и отсутствия специального транспортного оборудования, что вызывает неизбежное инфицирование барды и снижение кормовой ценности продукта и, как следствие, загрязнение окружающей среды. Помимо этого в течение 5-6 весенне-летних месяцев наблюдается заметное ограничение спроса на барду из-за наличия на полях естественного зеленого корма.
Известен способ получения сухого корма для сельскохозяйственных животных и птицы из барды, включающий разделение барды на жидкую и дисперсную фазы и сушку дисперсной фазы (см. Технические условия «Барда сухая», ТУ 9296-249-00008064-98, утвержденные Министерством сельского хозяйства РФ и введенные в действия с 12.10.1998 г.).
Недостатками известного способа является низкое содержание жизненно необходимых для животных и птиц микро- и макроэлементов, а также наличие кислотных остатков в сухой дисперсной фазе, что отрицательно влияет на организм животных и птиц.
Известен способ использования зерновой барды в качестве питательной среды для производства кормовых дрожжей (патент РФ №2041945, публикация 1995 г.), включающий фильтрацию барды с получением фильтрата и твердой фракции с крупными частицами дробины, приготовление питательной среды путем введения в фильтрат необходимых для роста дрожжей минеральных солей, культивирование дрожжей, сепарирование дрожжевой суспензии с получением биомасссы и культуральной жидкости, концентрирование биомассы и сушку полученного концентрата. При этом фильтрат барды перед приготовлением питательной среды подвергают дополнительной фильтрации для отделения мелких частиц дробины, твердую фракцию с крупными частицами дробины подвергают одновременно экстракции и гидролизу частью концентрата биомассы, отделенной от его количества, направляемого на сушку для извлечения из дробины питательных веществ, и полученную массу разделяют на раствор и твердую часть, причем этот раствор смешивают с исходной бардой.
К недостаткам данного технического решения следует отнести многостадийность, сложность и трудоемкость практического использования способа, обусловленные:
1) Необходимостью проведения 2-х технологических стадий по фильтрации барды:
- от крупных частиц дробины - более 2-2,5 мм,
- от мелких частиц дробины 0,8-1,2 мм.
2) Операциями по подготовке фугата в качестве питательной среды для выращивания дрожжей, что достигается с помощью использования достаточно сложной по конструктивному и технологическому исполнению производственной линии с учетом дополнительной переработки целлюлозосодержащего сырья зерновых отходов и концентрированного фугата путем кислотного гидролиза при температуре 65-69°C.
Кроме того, существенным недостатком известного способа является то, что он не содержит технического решения по созданию безотходной технологии получения спирта.
Известен способ приготовления кормовой добавки на основе послеспиртовой барды и сои (патент РФ №2245629, публикация 2005 г.), включающий фильтрацию барды, после чего ее смешивают с соевым помолом, солью и мелом, затем высушивают при температуре 130-140°С до содержания сухих веществ 90-92% и проводят дробление до однородной массы.
При реализации известного технического решения с целью получения кормового продукта на основе послеспиртовой барды и соевого помола требуется создание производственной линии, сложной по набору различного оборудования. Процесс является многостадийным, технологически трудным и длительным во времени. Такого рода процессы, как правило, плохо управляемы и сложны для надежной автоматизации.
В современных технологических процессах для получения различных биологически активных продуктов кормового или пищевого назначения при переработке и утилизации исходного сырья или отходов производства используют дрожжи. Это обусловлено тем, что в состав дрожжей входят практически все жизненно важные природные компоненты: белки, аминокислоты, витамины, нуклеиновые кислоты, сахара, ферменты и т.д.
Известен способ получения кормовой добавки (патент РФ №2295869, публикация 2007 г.), характеризующийся тем, что включает переработку молочной сыворотки путем ферментолиза, который ведут с использованием нативных ферментов, выделяемых дрожжевыми культурами, при этом дрожжевые культуры подают в соотношении 0,5-1,0% к сухим веществам молочной сыворотки с получением суспензии с глюкозо-галактозной составляющей до 4 вес.%, получение автолизата дрожжевых культур и смешивание автолизата дрожжевых культур и суспензии с глюкозо-галактозной составляющей в следующем соотношении: автолизат дрожжевых культур 70-80%: суспензия с глюкозо-галактозной составляющей до 20-30%. В качестве дрожжевых культур используют пекарные дрожжи, или пивные, или отработанные дрожжи пивоваренного производства.
Таким способом по данному известному изобретению получается сбалансированная по протеину, аминокислотам и витаминам кормовая добавка для использования в животноводстве. В данном процессе реализован способ частичной утилизации молочной сыворотки путем создания кормовой сахарсодержащей композиции с автолизатами дрожжей.
Известное решение не может быть использовано для кардинального решения проблемы полной утилизации барды в рамках создания безотходной технологии получения спирта и получения различных кормопродуктов с использованием послеспиртовой барды.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения кормопродукта, включающий приготовление сусла, сбраживание его с получением бражки, перегонку бражки с получением этилового спирта и послеспиртовой барды, выращивание микроорганизмов на послеспиртовой барде с получением их биомассы, разделение биомассы на твердую и жидкую фракции и использование твердой фракции в качестве кормопродукта, при этом на послеспиртовой барде выращивают пары штаммов молочнокислых и пропионовокислых бактерий: Lactobacillus plantarum B578/25 и Propionibacterium freudenreichii subsp.shermanii Ас103/12 или Lactobacillus plantarum В 578/25 и Propionibacterium acnes Ac1450/28, а жидкую фракцию биомассы используют в качестве оборотной технологической воды при приготовлении сусла (патент РФ №2250265, публикация 2005 г).
Однако использование известного изобретения на практике существенно ограничено из-за наличия имеющихся недостатков:
- обязательное использование штаммов молочнокислых и пропионовокислых бактерий для получения кормопродукта обуславливает необходимость создания в структуре действующего спиртового производства дополнительно двух самостоятельных стерильных производств, включающих подготовку посевного материала и выращивание в промышленных объемах молочнокислых и пропионовокислых бактерий;
3
- для переработки барды спиртзавода условной мощностью 1000 дал/сутки требуется суммарно по сухому весу для двух видов бактерий не менее 2-4 т/сутки. В расчетах использованы данные по содержанию СВ в исходной барде 3-6% и в фильтрате после отделения биомассы бактерий 1-1,7%. С учетом объема барды 130 м/сутки для завода мощностью 1000 дал/сутки разница по содержанию СВ веществ в исходной барде и фильтрате отнесена на полученную биомассу.
Следует отметить, что в расчетное выше количество бактерий 2-4 т/сутки не входит вес привнесенных в барду бактерий в виде подготовленного посевного материала, которое составляет 5-20% от объема получаемой в течение суток барды;
- высокая вероятность потери генетической устойчивости используемых молочнокислых и пропионовокислых бактерий в условиях, где в едином производственном процессе непрерывно и одновременно задействованы в значительных объемах различные культуры микроорганизмов: спиртообразующие дрожжи, анаэробные штаммы бактерий Lactobacillus plantarum В 578/25, Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii Ac103/12; или Propionibacterium acnes Ac1450/28.
При этом все работы с бактериями в производственных условиях согласно действующим мерам предосторожности при работе со штаммами бактерий в стерильных условиях, должны проводиться в раздельных цеховых помещениях и в рамках соблюдения строгой последовательности всех технологических операций в спиртовом производстве.
- исключение использования в известном изобретении молочнокислых и пропионовокислых штаммов бактерий для переработки ценного многотоннажного мелассного сырья на спирт из-за отсутствия в мелассном сусле неосахаренного крахмала. Это существенно снижает сырьевую базу для получения спирта;
- при использовании известного способа весь технологический процесс в спиртопроизводстве, переработке барды и получении кормопродукта должен быть строго синхронизирован по времени «работы» микроорганизмов на стадиях и по материальным потокам. Наличие в одном производстве 3-х различных биотехнологических процессов: брожения, подготовки в стерильных условиях посевного материала и выращивания 2-х анаэробных бактерий значительно снижает надежность промышленного воспроизводства и получение стабильного качественного продукта;
- отделение бактериальной биомассы от культуральной жидкости даже в отсутствии коллоидных и взвешенных частиц (в частности, в послеспиртовой барде) является одной из наиболее трудоемких операций в микробиологической промышленности. Обычно для этой цели используют рамные фильтр-прессы или вакуум-фильтрование. Именно такой способ фильтрации молочнокислых и пропионовокислых бактерий после выращивания на послеспиртовой барде рекомендован в известном техническом решении (патент РФ №2243678 «Способ получения белково-витаминного корма»). Сложность фильтрации под давлением обусловлена образованием плотного студнеобразного слоя бактериальной биомассы на фильтрующей ткани, что сопровождается потерями биомассы, фильтрата и инфицированием продукта;
- присутствие живых молочнокислых и пропионовокислых бактерий в кормовом продукте предполагает достаточно быстрое скармливание влажного корма животным. Негативное влияние такого рода корма при хранении может быть обусловлено накоплением молочной и пропионовой кислот или вторичных продуктах метаболизма непосредственно при хранении, что отрицательно отразится на балансе микрофлоры животного. Кроме того, транспортировка и хранение подобных кормов при низких и высоких температурах приводит к резкому снижению питательной ценности корма;
- после отделения микробной биомассы фильтрат (жидкая фракция биомассы) с содержанием СВ 1-1,7% используют в качестве оборотной технологической воды для приготовления сусла, полагая что остаточные вещества фильтрата и продукты метаболизма бактерий полностью утилизируются дрожжами в процессе спиртового брожения. Однако многолетние исследования в различных прикладных областях биотехнологии, в том числе и микробиологии, доказывают, что в любых равновесных процессах всегда присутствуют токсичные продукты жизнедеятельности микроорганизмов, компоненты питательных веществ, конечных продуктов, убитые клетки и продукты их распада. Применительно к данному известному решению с учетом «жесткой» высокотемпературной стадии перегонки спирта помимо перечисленных продуктов в фильтрате барды могут находится и накапливаться другие вторичные или токсичные продукты, не связанные непосредственно с деятельностью дрожжей или бактерий. Следовательно, реализация предложения об использовании фильтрата для приготовления сусла возможна только при условии периодического удаления барды в виде технологического стока после нескольких циклов брожения по мере накопления в барде (или фильтрате) вторичных продуктов;
- получение качественного кормопродукта по известному способу в непрерывном производстве обусловлено не только генетической устойчивостью используемых штаммов бактерий. Необходимо синхронизировать всю работу биотехнологического комплекса современного спиртопроизводства. Например, исключить нестерильные процессы при работе с бактериями, т.к. это немедленно приостановит переработку барды и, как следствие, должно остановить или существенно уменьшить производство спирта. Однако в непрерывном процессе в производственных условиях это практически невозможно.
Таким образом, известное техническое решение с участием молочнокислых и пропионовокислых бактерий является сложным, многостадийным, трудоемким процессом, требующим значительных энергозатрат на стерильное выращивание и подготовку соответствующего оборудования и значительных капитальных вложений для создания собственных микробиологических производств.
Известным способом не обеспечивается получение стабильного по составу и качеству кормопродукта и кардинально не решается проблема полной утилизации барды в действующем спиртопроизводстве.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение полной утилизации барды в действующем спиртопроизводстве и получение высококачественной кормовой добавки для разных видов сельскохозяйственных животных и птиц с использованием технологического отхода спиртового производства - послеспиртовой барды.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Способ получения кормовой добавки на основе послеспиртовой барды включает предварительный автолиз пищевых и/или кормовых дрожжей, после чего полученный автолизат смешивают с послеспиртовой бардой в следующем соотношении - автолизат дрожжей (кг дрожжей по СВ): послеспиртовая барда (т)=30-70:1 и сушат. Количество автолизата выражено в кг по сухому весу используемых дрожжей из-за различной влажности исходных пекарных, пивных или кормовых дрожжей.
В качестве послеспиртовой барды может быть использована зерновая, картофельная или мелассная барда.
Кормовая добавка «АРКАДАМИН» для сельскохозяйственных животных и птиц включает послеспиртовую барду и автолизат пищевых и/или кормовых дрожжей в следующем соотношении компонентов - автолизат дрожжей (кг дрожжей по СВ): послеспиртовая барда (т)=30-70:1, где количество автолизата выражено в кг по сухому весу исходных дрожжей.
В качестве послеспиртовой барды в кормовой добавке использована зерновая барда или картофельная барда или мелассная барда.
Способ получения кормовой добавки на основе послеспиртовой барды включает в себя предварительный автолиз пищевых и/или кормовых дрожжей при заданной температуре в течение определенного времени, достаточного для деструкции внутриклеточных полимерных структур: белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, жиров и др. Полученный автолизат смешивают с послеспиртовой бардой в соотношении: автолизат дрожжей (кг дрожжей по СВ): послеспиртовая барда (т)=30-70:1, где количество автолизата выражено в кг по сухому весу исходных дрожжей.
Полученную суспензию сушат и фасуют.
Предлагаемое техническое решение позволяет:
1. Получить кормовую добавку с кормовой ценностью 1,1, т.е. на основе полной утилизации послеспиртовой барды в спиртопроизводстве, где послеспиртовая барда рассматривается в виде компонента кормовой добавки и не является технологическим отходом.
Полученный кормопродукт «АРКАДАМИН» представляет композицию, состоящую из послеспиртовой барды, взятой без предварительной обработки, и автолизата пищевых или кормовых дрожжей. Соотношение послеспиртовая барда - автолизат дрожжей рассчитывается исходя из необходимости утилизации полного суточного объема произведенной барды и получения кормовой композиции с высокой питательной ценностью.
2. Создать безотходное производство спирта, что существенно улучшает экологическую обстановку в зоне расположения спиртопроизводящих заводов.
Заявляемое техническое решение содержит нетрадиционный подход, который позволяет в единой технологической цепочке в полном объеме использовать послеспиртовую барду, полученную из различных источников сырья: зерна, картофеля и мелассы непосредственно в виде компонента для создания кормовой композиции с автолизатом пищевых и/или кормовых дрожжей.
Предложенное техническое решение является неожиданным и неочевидным, поскольку качество полученной композиции послеспиртовая барда+дрожжевой автолизат не адекватно качеству послеспиртовой барды при добавлении в нее дрожжей без предварительного автолиза.
В действующем спиртопроизводстве кормовые композиции на основе послеспиртовой барды и дрожжевых автолизатов с целью повышения питательной ценности барды и получения нового кормопродкута не создавались, поскольку считалось, что по эффективности такая процедура будет равнозначна внесению в барду нативных дрожжей. Однако реализация предлагаемого технического решения доказала, что качество полученной композиции барда+дрожжевой автолизат не адекватно качеству барды при добавлении в барду «обычных» дрожжей, т.е. дрожжей без предварительного автолиза.
В основу работы положены исследования, в которых показано, что продукты кормового (или пищевого) назначения, полученные после автолитической «переработки» внутриклеточными собственными ферментами кормовых (или пищевых) дрожжей являются полноценными продуктами кормового или пищевого достоинства, сбалансированными по аминокислотному составу, и содержат набор всех востребованных для создания полноценного продукта биологически активных веществ природного происхождения: белков, витаминов, сахаров, полисахаридов, ферментов и др., а также в ряде случаев способствуют повышению иммунитета и сохранению жизнеспособности в неблагоприятных условиях.
Оценка питательной ценности с учетом нетоксичности полученной по заявляемому способу кормовой композиции, проведенная в ФГУ Ленинградская межобластная ветеринарная лаборатория (Заключение от 20.09.2007 №567/к), показала, что кормопродукт «АРКАДАМИН» (послеспиртовая барда+автолизат дрожжей) целесообразно использовать в качестве одного из компонентов комбикормов для свиней, молодняка КРС на откорме и кур-несушек. По данным испытаний образцов (таблица 2) отмечается в качестве важного показателя высокая перевариваемость протеина 84,2% в образце №3 по сравнению с 72,5% в контрольном образце №1 (образец №1 получен без предварительного автолиза дрожжей). Кормовая ценность образцов составляет 1,1 к.ед.
Примеры осуществления заявляемого способа получения кормовой добавки.
Пример 1.
Образец №1, подготовленный в качества контроля без предварительного автолиза дрожжей.
В промытый и простерилизованный стеклянный сосуд помещают 1 кг прессованных пекарских дрожжей влажностью 72% и добавляют 4,15 л послеспиртовой барды влажностью 93%, полученной на действующем спиртозаводе РФ. Суспензию перемешивают и высушивают на лиофильной сушилке.
Состав и оценка питательной ценности полученного продукта (образец №1) представлены в таблицах 1 и 2.
Пример 2.
В промытый и простерилизованный стеклянный сосуд помещают 1 кг прессованных пекарных дрожжей влажностью 72%, добавляют 0,25 л послеспиртовой барды влажностью 93%, суспензию перемешивают и помещают в термостат, где выдерживают 22 часа при температуре 48+2° С. К полученному автолизату добавляют 9,0 л послеспиртовой барды влажностью 93%, смесь перемешивают и высушивают на лиофильной сушилке.
Состав и оценка питательной ценности полученного продукта (образец №2) представлены в таблицах 1 и 2.
Пример 3.
В промытый и простерилизованный стеклянный сосуд помещают 1 кг прессованных пекарных дрожжей влажностью 72%, добавляют 0,2 л послеспиртовой барды влажностью 93%, суспензию перемешивают и помещают в термостат, где выдерживают 26 часов при температуре 48+2°С. К полученному автолизату добавляют 4,0 л послеспиртовой барды влажностью 93%, смесь перемешивают и высушивают на лиофильной сушилке.
Состав и оценка питательной ценности полученного продукта (образец №3) представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Образцы для оценки питательной ценности АРКАДАМИНА
№
Дрожжи+барда
Автолиз дрожжей
Дрожжи: барда
Состав продукта СВ, влажн. 9%
дрожжи
барда
дрожжи по СВ
барда влажн. 93%
Дрожжи
Барда
кг
л
кг
т<sup>*)</sup>
%
%
1
1
4,15
-
64,9:1
45
46
2
1
9,25
+
29,1:1
27
64
3
1
4,20
+
64,1:1
45
46
*) - с учетом плотности барды 1,04 т/м<sup>3</sup>
Таблица 2
Оценка питательной ценности образцов кормовой добавки АРКАДАМИН
Наименование показателей
Образцы
№1
№2
№3
Влага, %
5,5
7,8
9,25
Сырой протеин, %
38
35,02
39,28
Сырая клетчатка, %
3,27
6,14
3,15
Сырой жир, %
2,84
5,85
3,64
Сырая зола, %
6,09
5,17
6,14
Витамин B1, мг/кг
3,1
9,67
18,01
Витамин B2, мг/кг
38
24,55
41,83
Витамин B12, мг/кг
0,6
0,03
0,03
Треонин
1,77
1,61
1,94
Аргинин
1,96
2,01
2,08
Тирозин
1,58
1,2
1,39
Валин
1,96
1,77
2,01
Метионин
0,41
0,33
0,39
Цистин
0,39
0,46
0,43
Изолейцин
1,3
1,11
1,51
Лейцин
2,63
2,57
2,74
Фенилаланин
1,87
1,8
1,93
Лизин
2,04
1,63
2,17
Кормовые единицы, к.ед./кг
1,1
1,08
1,1
Перевариваем. белка, %
72,5
71,6
84,2
Обменная энергия, ккал/кг
2913
2675
2760
Использование предложенного технического решения обеспечивает:
1. Получение кормовой добавки стабильного качества и высокой питательной ценности. При этом состав продукта (послеспиртовая барда+автолизат дрожжей) может при необходимости изменяться путем изменения соотношения компонентов.
2. Технологичность, простоту и высокую надежность процесса получения качественного продукта.
3. Создание безотходной технологии получения спирта, без привлечения больших капитальных вложений, энерго- и трудозатрат.
4. Надежность получения кормовой композиции при использовании любого источника сырья: зерна, картофеля и мелассы.
5. Возможность использования в технологии создания кормовой композиции пищевых или кормовых дрожжей, полученных на основе пищевого или непищевого сырья.