Способ получения белково-углеводной кормовой добавки
METHOD FOR PRODUCTION OF PROTEIN-CARBOHYDRATE FODDER ADDITIVE

Изобретение относится к кормопроизводству и направлено на переработку зернового сырья в углеводно-белковые кормовые добавки.
Известен способ получения сахаристых продуктов RU 2285725 (заявл. 16.11.2004, опубл. 20.10.2006), используемый в качестве добавки в рацион кормления сельскохозяйственных животных, предусматривающий приготовление суспензии из зернового сырья путем смешивания его с водой, разжижения суспензии в процессе нагревания и ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье, причем воду перед приготовлением суспензии подвергают активации в роторно-пульсационном аппарате в течение 15 минут, а приготовление суспензии, ее разжижение и ферментативный гидролиз крахмала проводят в этом же аппарате, при этом процесс разжижения осуществляют при температуре 50-75°C с помощью амилосубтилина, а гидролиз крахмала проводят при температуре 55-67°C с помощью глюкаваморина до заданного углеводного состава с получением готового продукта.
Недостатком способа является длительность процесса (до 15 часов), учитывая, что зерно перед подачей в установку еще и выдерживают в течение 5 часов в водопроводной воде с температурой 20°С. Кроме того, продукт не подлежит длительному хранению вследствие быстрого размножения в высокопитательной среде микроорганизмов, присутствующих на поверхности зерна. Требуется дополнительная промывка аппарата, что удлиняет во времени процесс приготовления добавки.
Известен способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья RU 2085590 (заявл. 16.05.1995, опубл. 27.07.1997), предусматривающий приготовление суспензии путем смешивания ее с водой в соотношении 1:3, разжижение суспензии при нагревании амилолитическими и цитологическими ферментами, термообработку продукта при температуре 120-125°С в течении 2-3 минут, ферментативный гидролиз крахмала ферментом цитоза в количестве 0,5-0,7 ед. на 1 кг муки, грибную альфа-амилазу в количестве 2,0-2,5 ед. амилолитической активности или глюкоамилазу в количестве 0,5-1,5 ед. глюкоамилазной активности по 1 кг крахмала в муке. При этом процесс проводят при рН 5,3-5,5 и температуре 55-57°С в течении 16-20 часов, после чего гидролизат нагревают до 80°С для инактивации ферментов.
Недостатком способа являются большие энергозатраты, длительный во времени процесс, необходимость контролировать и поддерживать рН среды 5,3-5,5 ед., продукт подвержен развитию микрофлоры, в том числе патогенной. При высоких температурах происходит коагуляция белков, аминокислот, снижается содержание витаминов.
Наиболее близким аналогом изобретению (прототипом) по технической сущности является способ получения углеводно-белковой кормовой добавки, включающий измельчение зернового сырья, внесение амилолитических и глюкоамилолитических ферментов и перемешивание их с измельченным зерновым сырьем при определенных температурно-влажностных режимах RU 2690349 (заявл. 05.07.2018, опубл. 31.05.2019). Измельчение зернового сырья, внесение амилолитических и глюкоамилолитических ферментов и перемешивание с измельченным зерновым сырьем осуществляют в роторно-пульсационном аппарате путем пропускания через его рабочие органы при температуре 62-65°С. Готовый продукт получают в ИК-сушилке, работающей в импульсном режиме при плотности потока 15-17 кВт/кв. м, при достижении влажности продукта 8-10%.
Достоинством способа является увеличение срока хранения кормовой добавки для сельскохозяйственных животных.
Недостатком способа являются большие энергозатраты из-за процессов, длительных во времени (гидролиз, ИК-сушка продукта с 40-50% до 8-10% влажности). Также в процессе ферментативного гидролиза при указанных температурах (62-65°С) и длительного времени переработки происходит частичная коагуляция белка и некоторых аминокислот, а частичная карамелизация готового продукта приводит к травматическим явлениям в пищеводе животного. Требования к помещению - положительная температура, наличие канализации, большого объема воды и специальных дезинфицирующих средств для промывки реактора (емкости для гидролиза) и продуктопроводов. Относительно низкое содержание Сахаров (до 20%) изначально и резкое снижение их содержания при хранении более 10 суток.
Техническим результатом при осуществлении предлагаемого способа является сокращение энергозатрат, времени приготовления, повышение качества готового продукта и повышение срока сохранности при знакопеременных температурах.
Технический результат в изобретении достигается тем, что в способе получения углеводно-белковой кормовой добавки, включающем измельчение зернового сырья, внесение амилолитических и глюкоамилолитических ферментов и перемешивание их с измельченным зерновым сырьем, получение углеводно-белковой кормовой добавки проводят в следующей последовательности и следующих значениях влажности и температуры: доводят влажность овса и ячменя, взятых в соотношении 1:1, до 20-22% путем ввода расчетного количества воды равномерно и одновременно с началом измельчения; измельчают зерносмесь до разрушения зародышей зерна при температуре 30-40°С; при уменьшении влажности продукта на 1,5-2,0% вносят амилосубтилин активностью EA – 1000 из расчета 0,1-0,15 г на 1 кг исходной смеси и перемешивают при снижении интенсивности измельчения, при влажности 16-18% и температуре продукта 37-40°С вносят и глюкаваморина активностью ЕА - 1000 из расчета 0,15-0,22 г на 1 кг исходной смеси и перемешивают; завершают измельчение и перемешивание в циклическом режиме при доведении влажности готового продукта до 6-10% при температуре 37-40°С.
Такое выполнение способа позволяет сократить энергозатраты, время приготовления и повысить качество готового продукта за счет того, что для получения сухой углеводно-белковой кормовой добавки требуется неэнергоемкое оборудование (например, вибромельница) и, кроме зерна, только два вида недорогих ферментов и небольшое количество воды для повышения влажности исходного продукта. При этом операции выполняются при пониженной температуре, при которой не происходит коагуляции белка и некоторых аминокислот, а также карамелизации готового продукта.
Способ получения углеводно-белковой кормовой добавки реализуется в последовательности действий, изложенной ниже.
В зерносмеси, например, в количестве 5 кг (овес и ячмень, в соотношении 1:1) измеряют влажность, например, 14%. Для перерабатываемого объема определяют количество воды, необходимой для получения влажности смеси 20-22% (80 мл/кг при исходной влажности 14%). Зерносмесь равномерно загружают дозатором в устройство измельчения, например, вибромельницу. Затем создают замкнутый цикл перемешивания продукта и измельчают зерносмесь до разрушения зародышей зерна. Элементам измельчения задают ускорение от 35 до 90 G (например, по гармоническому закону), контролируют изменения влажности и поддерживают температуру измельчаемого продукта в пределах 30-40°С. При уменьшении влажности на 1,5-2,0% вносят амилолитический фермент (например, амилосубтилин активностью ЕА - 1000 из расчета 0,1-0,15 г на 1 кг исходной смеси), в течении 10-15 минут перемешивают при интенсивности измельчения 25-40 G. Затем при влажности 16-18% и температуре 37-40°С вносят глюкоамилолитический фермент (например, глюкаваморин активностью ЕА - 1000 из расчета 0,15-0,22 г на 1 кг исходной смеси), перемешивают. Завершают измельчение в циклическом режиме перемешивания продукта при температуре 37-40°C с интенсивностью 50-90 G до влажности готового продукта 6-10%.
Процесс выполнения описанных действий может быть осуществлен с помощью серийного оборудования и приборов (мельницы, вибромельницы; измерительные приборы температуры, влажности, вибрации; регуляторы режима работы электродвигателя).
Для подтверждения способа нами проведено его практическое опробование. В добавке, полученной по предлагаемому способу, содержание компонентов составило: сахар - 37,0%, сырой протеин - 9,2%, клетчатка - 6,5%, зола - 2,5%, кальций - 0,15%, фосфор - 0,25%, кормовые единицы в 1 кг - 1,12; перевариваемый протеин - 73 г/кг. Обменная энергия составила 11,4 МДж/кг.
Примеры реализации способа:
Пример 1. Зерносмесь 5 кг из собираемого с поля урожая (овес + ячмень в соотношении 1:1) с влажностью 21% равномерно загружают дозатором в устройство измельчения, например вибромельницу. Затем создают замкнутый цикл перемещения продукта и измельчают зерносмесь до разрушения зародышей зерна составных частей смеси (преимущественно до размеров крахмальных зерен с минимальным размером (овес 2-10 мкм)). Элементам измельчения создают ускорение от 35 до 90 G (например, по гармоничному закону), контролируют изменения влажности и поддерживают температуру измельчаемого продукта в пределах 30-40°С.
При уменьшении влажности на 1,5-2,0% вносят амилолитический фермент (например, амилосубтилин активностью ЕА - 1000 из расчета 0,10,15 г на 1 кг исходной смеси). В течение 10-15 минут перемешивают путем снижения интенсивности измельчения (до 25-40 б). Затем кратковременно продолжают измельчение и при влажности 17-18% и температуре 37-40°С вносят глюкоамилолитический фермент (например, глюкаваморин активностью ЕА - 1000 из расчета 0,15-0,22 г на 1 кг исходной смеси), перемешивают. Завершают измельчение в циклическом режиме движения продукта при температуре 38-40°C с интенсивностью 50-90 G до влажности готового продукта 6-10%.
Пример 2. Измеряют влажность зерносмеси в количестве 5 кг (овес + ячмень в соотношении 1:1). В нашем случае влажность составила 14,1%. Фильтруют воду, например угольным фильтром. Определяют физико-химический состав воды. Для перерабатываемого объема определяют количество воды, необходимой для получения влажности смеси 20-22% (8 Омл/кг).
Затем зерносмесь дозатором равномерно загружают в вибромельницу с одновременной подачей, например капельным путем, рассчитанного объема воды. При этом создается замкнутый цикл перемещения перерабатываемого продукта. Вода вводилась в течении 15 минут, интенсивность измельчения (перемешивания) снижена до 20-30 б.
Затем элементам измельчения придано ускорение до 60-90 G по гармоничному закону изменения, при этом контролировались влажность смеси, степень измельчения и температура. При степени измельчения 2-10 мкм основной массы продукта, при влажности 19% и температуре 38°С, внесли амилосубтилин активностью ЕА1000 из расчета 0,1 г на 1 кг исходной зерновой смеси. В течении 10 минут фермент перешивали с зерносмесью путем снижения интенсивности измельчения до 25-40 б.
Затем измельчение продолжается до влажности продукта 17% и температуры 38-39°С. Одновременно вносили фермент глюкаваморин в количестве 0,15 г на 1 кг исходной смеси, перемешивали путем снижения интенсивности измельчения и продолжали измельчение при интенсивности измельчения 60-90 G до влажности готового продукта 8°С.
В составе добавки, полученной по предлагаемому способу (пример 1) содержалось: сахар - 37,0%, сырой протеин - 9,2%, клетчатка - 6,5%, зола - 2,5%, Ca - 0,15%, Р - 0,25%, обменная энергия 11,4 МДж/кг, кормовых единиц в 1 кг - 1,12, перевариваемого протеина - 73 г/кг.
Углеводно-белковая кормовая добавка, полученная по предлагаемому способу (пример 2) содержала: сахар - 34,1%, сырой протеин - 8,9%, клетчатка - 9,3%, зола - 2,4%, Ca - 0,14%, Р - 0,27%, обменная энергия 11,3 МДж/кг, кормовых единиц в 1 кг - 1,08, переваримого протеина - 71 г/кг, влажность - 7%.
Кормовой добавкой (ячмень + овес, 1:1), реализующей заявляемый способ (пример 2) было проведено опытное кормление сельскохозяйственных животных (поросята, телки). До опыта и в процессе животные не вакцинировались и дополнительно не применялись никакие формы каких-либо препаратов. В существующий рацион питания поросят (10 голов) в течение 30 суток вносили добавку 80-100 г на голову (40-50 г утром, 40-50 г вечером). Среднесуточный привес составил: на контроле 210±3 г на голову, у опытных животных 400±3 г на голову.
Телкам в возрасте с 6 месяцев вносили в корм добавку в количестве 200 г на 1 голову (100 г утром, 100 г вечером). Среднесуточный привес составил: на контроле 446±3 г на голову, у опытных животных - 821±3 г на голову.
Готовая кормовая добавка при знакопеременных температурах (от -10°С до +10°С) находилась в необорудованном для хранения помещении хозяйства в течении всего времени проведения опыта.
В процессе опыта и по настоящее время заболеваний у животных не наблюдалось. Таким образом, опытным путем доказана безопасность и высокая эффективность изготовленной углеводно-белковой кормовой добавки при кормлении сельскохозяйственных животных.
Литература
1. Углов В.А., Бородай Е.В., Аксенов В.В. Производство сахаристых продуктов из крахмала (патентный поиск) // Современные тенденции технических наук: мат-лы V Междунар. науч. конф. (г. Казань, иай 2017 г.). - Казань: Бук, 2017. - С. 57-59.
2. Мотовилов К.Я., Аксенов В.В., Ермохин В.Г. и др. Технология переработки зернового крахмалсодержащего сырья на кормовые сахара и их использование в животноводстве: метод. Руководство. - Новосибирск, 2012. - 32 с.
3. Морозов Л.А., Никифоров Ю.Н., Рожко А.В., Сарапука В.Я. Патент №2036969, опубликован 09.06.1995. Способ производства глюкозы из крахмала.
4. Рамазанов Ю.А., Аксенов В.В. Патент №2421525, опубликован 20.06.2011. Способ получения патоки из крахмала.
5. Аксенов В.В., Лукьяненко Н.И. Патент №2443783, опубликован 27.02.2012. Способ получения кормовых гидролизатов из зерна пшеницы.