О микробиологической переработке отходов животно водческих комплексов

УДК 631.358 Л.О. Онхонова, А.В. Онхонова, И.Б. Баторова

О МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

В статье рассматривается эффективность использования и получения кормовых дрожжей из отходов животноводческих комплексов. В частности, дана новая технология получения кормовых дрожжей в ферментаторах, выполненных из новых рабочих деталей.

Ключевые слова: кормовые дрожжи, отходы животноводческих комплексов, ферментатор.

L.O. Onkhonova, A.V. Onkhonova, I.B. Batorova ABOUT MICROBIOLOGICAL PROCESSING OF CATTLE-BREEDING COMPLEX WASTE

Efficiency of fodder yeast use and production from cattle-breeding complex waste is considered in the article. In particular, the new technology of fodder yeast production in the fermenters made from new working details is given.

Key words: fodder yeast, cattle-breeding complex waste, fermenter.

В Республике Бурятия двадцать два сельских региона занимаются производством скота. В 2497 крестьянских (фермерских) хозяйствах поголовье имеющегося скота составляет по видам: крупный рогатый скот - 332,4 тыс. голов, в том числе 134,8 коров; 76,2 - свиней; 227,6 - овец и коз; 51,4 тыс. голов - лошадей. Ежегодно поголовье скота растет и его содержание в хозяйствах обходится недешево. С целью обеспечения скота полноценным рациональным кормлением, для обеспечения нормального функционирования организма и высокой продуктивности хозяйственники руководствуются Постановлением Госкомстата РФ от 31.10.03. №99 «Об утверждении методических указаний по проведению годовых расчетов расхода кормов скоту и птице в хозяйствах всех категорий».

Суточную дачу кормов, составленных из разных компонентов в соответствии с потребностью животного в питательных веществах, называют кормовым рационом. Он составлен на основе кормовых норм с учетом питательности разных видов кормов и уровня продуктивности животных.

Для соизмерения общей питательности кормов их переводят в условные корма с помощью условных кормовых единиц и исчисляют содержанием протеина. В России эталоном одной кормовой единицы принята питательность 1кг овса, обеспечивающего отложения 150 г жира у вола, что соответствует 1,4 тыс. ккал.

В результате переработки кормосмесей в виде концентрированных, сочных, грубых, пастбищных и других кормов ежегодно только одна единица крупного рогатого скота выделяет около 7 т твердых выделений и свыше 3 т жидких. Только одни коровы выделяют более 2,3 млн т экскрементов. Выделяемые огромные массы не обеспечиваются степенью их промышленной утилизации, выбрасываются, нанося непоправимый вред окружающей среде, попадая в водоемы, почвы. Особенное значение эти вопросы имеют в пойме озера Байкал. В лучшем случае отходы животноводческих комплексов выносятся на поля для удобрений или сжигаются, загрязняя воздух. Известно, что в навозе и моче животных содержатся гормоны, лекарственные препараты, токсичные соединения меди, цинка, ртути, различная патогенная микрофлора, яйца гельминтов. Таким образом, отходы животноводческих комплексов представляют большую опасность как источник загрязнения окружающей среды. Они представляют собой полидисперсную массу, состоящую из воды, твердых включений в виде различных органических и минеральных веществ и газов. Твердые включения - это кал, подстилочный материал, остатки от кормов, рассыпанные в загонах и недоеденные, или затоптанные, шерсть и щетина. В качестве подстилочных материалов используют солому злаковых растений, торф верховой в виде сухой крошки, опилки древесные и сухой навоз. Анализ выявил, что ежегодно со стоками животноводческих комплексов в окружающую среду поступает 416 тыс. т азота и 180 тыс. т фосфора [1], поступление которых в водоемы оказывает сильное эвтрофирующее воздействие с ухудшением качества воды.

Вестник^КрасТЛУ. 2010. № 2

Разработка технических условий использования отходов животноводческих комплексов является весьма актуальной. Как известно, навоз получается в результате ферментативной и микробиологической переработки сорных и кормовых трав организмом скота. Он обладает характерным запахом и консистенцией. Каждый вид навоза содержит протеины, липиды, углеводы, минеральные вещества и витамины. Исследованиями установлено, что сухой кал КРС, свиней, помета кур соответственно содержит протеина (16, 22, 30%), клетчатки (15, 18, 10%), жира (3, 7, 2%), золы (17, 11, 15%). На наш взгляд, более дешевого и со значительным количеством макро- и микроэлементов растительного сырья трудно определить. В этой связи перспективным и экономическим обоснованным является производство кормовых дрожжей на отходах многочисленных животноводческих комплексов.

Исследованиями по выращиванию кормовых дрожжей на различных питательных средах занимались многие ученые, но этих разработок недостаточно в целях формирования эффективной технологии по получению биомассы дрожжей, отличающихся повышенным выходом и высоким качеством. Кормовые дрожжи вырабатываются по сложной технологической цепочке, предусматривающей биохимические, механические и тепловые изменения, имеющие место в ферментаторе - аппарате для выращивания микроорганизмов. До настоящего времени кормовые дрожжи получаются выполнением трех основных этапов - получением посевного материала, подготовкой питательной среды и непосредственным культивированием (выращиванием) микроорганизмов.

Если в технологии получения микроорганизмов вносятся изменения по части использования различных сахаросодержащих веществ, то по части модернизации старого или разработки новых ферментаторов особенных технических приемов не наблюдается.

В лаборатории Восточно-Сибирского государственного технологического университета проводятся интенсивные исследования по усовершенствованию конструкций ферментаторов и интенсификации биохимического процесса ферментации. На основании патентов №47888, 58534, 72480, 75390 был сконструирован и изготовлен макетный образец ферментатора, отличающегося от существующих новым перемешивающим устройством в виде трехъярусной мешалки различной формы; новым подводом аэрирующего воздуха через полый вал, установкой новых пеноразбивающих элементов, в частности, двухъярусной заградительной сетки, отбойных тарелок.

Экспериментальные исследования на новом ферментаторе начинали с получения посевного материала, питательной среды, для чего использовали существующие технологии. Посевной материал получали на скошенном агаре с целью увеличения количества Candida utilis. Посевная доза составляет 108 микробных клеток на 1мл среды. На второй стадии культуру разбавляли дистиллированной водой в соотношении 1:2, добавляли активатор роста. В качестве активатора роста использовали растительный кукурузный экстракт, содержащий по сравнению с другими повышенное содержание витаминов и питательных веществ. Проведя стандартные технологические операции, получали необходимый для экспериментов дрожжевой экстракт.

В качестве сырья для получения питательной среды использовали отходы животноводческих комплексов, компонентами которых являлись кал, моча, остатки соломы, семена трав и злаков. При получении питательной среды из перечисленных компонентов применяли специально разработанную методику. Опыты проводились в животноводческом хозяйстве СПК «Оронгойский» Иволгинского района Республики Бурятия, учебно-опытном хозяйстве «Байкал» Бурятской государственной сельскохозяйственной академии. В 10 л отходов содержалось: жидкой фракции, включая мочу, 6,5 кг, твердой фракции (кал) 2,5 кг; соломистых веществ (от овса, пшеницы, ячменя) 0,5 кг; семян трав клевера красного, пырейника сибирского, костреца безостого, мятлика лугового, гречихи птичьей в объеме 0,5 кг. Путем фильтрования отделяли жидкую фракцию, оставшуюся массу дробили и измельчали до размеров частиц 0,05 см, затем подвергали кислотному гидролизу (0,5н H2SO4) при температуре 175-190оС в течение 1 часа. Охлаждали, фильтровали и полученный раствор соединяли с ранее отделенной жидкой фракцией. Культивирование дрожжей осуществляли в колбах на качалке объемом 750 мл (объем среды 100 мл). Скорость вращения качалки составляла 220 мин-1, продолжительность выращивания 24 ч, температура культивирования 30-34оС и рН 4,5-5,0.

В ферментатор с рабочей вместимостью 7 литров вносили указанные растворы посевного материала, питательной среды в соотношении 1:10, источники питания в виде раствора солей. Одновременно с пуском электродвигателя подавали стерильный воздух. Перемешивание осуществлялось с помощью трех поярусно расположенных мешалок. Подаваемый через полый вал воздух в большом количестве выходит через жалюзийные отверстия. Образовывающаяся в процессе культивирования пена устранялась с помощью пенозаградительной решетки и пеноразбивающего устройства. Анализы опытов осуществлялись по стандартной методике.

Сравнение работы двух ферментаторов производили в аналогичных условиях. На графиках (рис. 1-2) приведены сравнительные данные по скорости роста микроорганизмов от продолжительности культивирования и по зависимости роста биомассы от насыщения кислородом.

Как следует из рисунков 1-2, темпы роста микроорганизмов в новом ферментаторе опережают темпы роста в существующем ферментаторе на 45% и в 1,5 раза быстрее идет процесс насыщения кислородом.

Рис. 1. Зависимость удельной скорости роста микроорганизмов от продолжительности культивирования: ряді - данные существующего ферментатора; ряд 2 - данные нового ферментатора

Зависимость роста биомассы от продолжительности культивирования

80

60

Я 40

о 20

Г

у1

"у2

0 5 10 15 20 25 30

Продолжительность культивирования, ч

0

Рис.2. Зависимость роста биомассы от насыщения кислородом: у1 - данные существующего ферментатора; у2 - данные нового ферментатора

Выводы

1. Разработан ферментатор для культивирования кормовых дрожжей с новыми конструктивными элементами, отличающимися от существующих новым перемешивающим устройством в виде трехъярусной мешалки различной формы; новым подводом аэрирующего воздуха через полый вал, установкой новых пеноразбивающих элементов, в частности, двухъярусной заградительной сетки, отбойных тарелок.

2. Разработана новая технология получения кормовых дрожжей на отходах животноводческих комплексов. З.Эксперименты показали эффективность работы нового ферментатора, позволяющего получать

продукцию с повышенной биомассой по сравнению с ранее полученными микроорганизмами.

Литература

1. Современная технология обработки отходов животноводства и охраны труда. - М.: Высшая шко-ла,1984. - 88 с.

2. Патент РФ №47888. Аппарат для культивирования микроорганизмов // БИ. - 2005. - №25.

3. Патент РФ №58534. Аппарат для культивирования микроорганизмов // БИ. - 2006. - №33.

4. Патент РФ №72480. Аппарат для культивирования микроорганизмов // БИ. - 2008. - №11

5. Патент РФ №75390. Аппарат для культивирования микроорганизмов // БИ. - 2008. - №22.