СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОГО ПРОДУКТА С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ БЕЛКА ПУТЕМ ОБОГАЩЕНИЯ ПОДСОЛНЕЧНОГО ШРОТА БЕЛКОМ ГРИБА-КСИЛОФИТА
METHOD FOR PRODUCTION OF FODDER PRODUCT WITH INCREASED PROTEIN CONTENT BY WAY ENRICHING SUNFLOWER EXTRACTION CAKE WITH XYLOPHILOUS FUNGUS PROTEIN

Изобретение относится к области производства кормов для животных, а именно к способам производства кормового продукта с повышенным содержанием белка путем биологической переработки клетчатки и безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ) подсолнечного шрота за счет обогащения шрота белком гриба-ксилофита (вешенка или др.).
Клетчатка является основой структуры клеточной стенки растения и представлена гемицеллюлозами, целлюлозой и связанным с ними лигнином [1]. Безазотистые экстрактивные вещества - составная часть большинства кормов, представляющая разнообразную смесь углеводов (кроме клетчатки) и других веществ, не содержащих азота, не относимых к сырому жиру и растворяющихся при кипячении в кислотах и щелочах [2].
В состав БЭВ входят сахар, крахмал, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, пигменты, смолы, танины, органические кислоты. Среди них могут также оказаться вещества из группы сырой клетчатки: целлюлозы, пентозаны, лигнин, способные частично растворяться в ходе определения [3].
Существующие методы увеличения содержания протеина в подсолнечном шроте направлены в первую очередь на удаление остатков лузги подсолнечника, которая содержится в подсолнечном шроте, что способствует уменьшению содержания клетчатки и, следовательно, приводит к росту содержания протеина в шроте.
Известны способы механического разделения подсолнечного шрота на фракции. В них применяются последовательные этапы измельчения и просеивания подсолнечного шрота для отделения остатков лузги подсолнечника (патенты РФ №2268629, 27.01.2006 и №2297155, 20.04.2007).
Недостатками данных способов является образование отхода - подсолнечной лузги в количестве до 23% с содержанием протеина до 16% (то есть процесс сопровождается потерей белка, уходящего в отход).
Также известен способ производства пищевого белкового концентрата Краснодарского технологического университета (патент РФ №2310335, 20.11.2007). Этот метод основан на том, что лузга подсолнечника, являющаяся источником клетчатки, предварительно полностью снимается с ядра подсолнечника, после чего производится измельчение подсолнечных семян, экстрагирование из них масла петролейным эфиром и удаление хлорогенной кислоты янтарной кислотой. Способ позволяет получать продукт, который можно использовать в пищевых целях.
Недостатком такого способа является то, что он трудно реализуем в условиях реального маслоэкстракционного производства, так как полное снятие лузги с семян подсолнечника затрудняет извлечение из семян подсолнечного масла.
Кроме указанных выше способов существуют технологии повышения содержания белка в растительной массе, не являющейся шротом, путем биологической конверсии.
Так, известен способ получения кормовой добавки из растительного сырья с применением биоконверсии (патент РФ №2497385, 10.11.2013), разработанный сотрудниками Кубанского государственного аграрного университета. Способ включает перемешивание предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья с питательными добавками, внесение микроорганизмов (гриба trichoderma viride - триходерма зеленая), выдерживание и последующую обработку. В качестве целлюлозосодержащего сырья используют лузгу подсолнечника и отруби.
Однако этот способ не предполагает использование в качестве сырья подсолнечного шрота, при таком способе образуется кормовая добавка с низким содержанием протеина. Также гриб Trichoderma Viride, в отличие от гриба вешенка (Pleuretus Ostreatus), не способен расщеплять лигнин.
Из уровня техники известен способ приготовления высокобелкового продукта, включающий подготовку субстрата, в качестве которого может быть использован шрот семян подсолнечника, обеззараживание субстрата, инокуляцию субстрата мицелием гриба вешенка, проращивание гриба в указанном субстрате в течение 5-90 дней и сушку горячим потоком при 60°C (международная заявка WO 03045461, 05.06.2003). Данный способ является ближайшим аналогом настоящего изобретения.
Недостатком ближайшего аналога является то, что он предполагает полную предварительную стерилизацию исходного субстрата при высокой температуре в течение длительного времени, что является дорогостоящим мероприятием. Кроме того, он предусматривает режим сушки полученного продукта лиофилизацией или горячим воздухом при температуре 60°C, при котором не уничтожаются патогенные микроорганизмы, например плесневые грибы (представленные, в частности, несколькими видами грибов из рода trichoderma, споры которых погибают при температуре более 60°C в течение 24-34 часов). Между тем, на практике производственный процесс культивирования мицелия связан с высоким риском заражения патогенными микроорганизмами, причем источником заражения в наименьшей степени является поступающий в производство исходный субстрат. По большей части заражение субстрата происходит на этапе инкубирования мицелия. Так, споры триходермы, попав извне в производственное помещение, легко распространяются по воздуху, переносятся насекомыми, рабочим персоналом или с оборудованием. Таким образом, для реализации данного известного способа необходимо наряду с полной стерилизацией сырья создать абсолютно стерильные условия производства (обеспечить стерильность приточного воздуха и влаги, стерильность спецодежды персонала, герметичность помещения). Обеспечение таких условий является очень дорогостоящим и сложно реализуемым на практике мероприятием. Таким образом, известный способ является дорогостоящим и сложным.
Задачей изобретения является устранения указанных недостатков аналогов.
Технический результат изобретения заключается в повышении усвояемости продукта, его безопасности, срока хранения, увеличении содержания белка в продукте и обеспечении его сбалансированного аминокислотного состава, а также в упрощении технологии.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения кормового продукта из подсолнечного шрота включает разрыхление подсолнечного шрота, стерилизацию разрыхленного подсолнечного шрота пропариванием до достижения его температуры не менее 50°C, инокуляцию подсолнечного шрота мицелием гриба вешенка в нестерильных условиях, проращивание гриба в подсолнечном шроте в нестерильных условиях до образования примордий, инактивацию мицелия тепловым способом с обеспечением уничтожения посторонней микрофлоры и сушку полученного продукта.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации изобретения за счет того, что:
2
- стерилизацию осуществляют при давлении пара 2-4 кгс/см и температуре пара 120-150°C до достижения температуры шрота 100-110°C,
2
- стерилизацию осуществляют при давлении пара 1 кгс/см и температуре пара 105°C до достижения температуры шрота 50-70°C,
- стерилизацию осуществляют в планетарно-шнековом смесителе при подаче пара в его нижнюю часть в течение 20-30 минут,
- стерилизацию осуществляют в камере пропаривания циклического или тоннельного типа в течение 20-30 минут,
- инокуляцию мицелия осуществляют при внесении в подсолнечный шрот мицелия в количестве 1-4% от массы шрота,
- проращивание гриба осуществляют в течение 2,5-3 недель,
- инактивацию мицелия осуществляют путем обработки продукта ненасыщенным паром при давлении 1 кгс/см и температуре пара 105°C в течение 20-30 минут до достижения температуры продукта 75-80°C,
- инактивацию мицелия осуществляют путем гидродинамической стерилизации продукта в течение 10 минут при температуре 83-86°C,
- после сушки полученного продукта осуществляют его грануляцию,
- в качестве мицелия гриба-ксилофита используют мицелий гриба, выбранного из группы, включающей вешенку, шиитаке и опенок.
2
В отличие от ближайшего аналога заявленный способ предполагает инокуляцию и культивирование мицелия в нестерильных условиях и последующую инактивацию мицелия тепловым способом с обеспечением уничтожения посторонней микрофлоры, что значительно упрощает и удешевляет процесс. При этом в заявленном способе не требуется полная и дорогостоящая стерилизация субстрата (разрыхленного шрота), а достаточна лишь обработка паром низкого давления 1 кгс/см до достижения температуры не менее 50°C (в частности ,50-70°C) с целью подготовки сырья и неполной стерилизации субстрата при сохранении термофильных бактерий, препятствующих развитию триходермы, с применением, например, планетарно-шнекового смесителя или камер пропаривания. Несоблюдение стерильных условий при инокуляции и культивировании мицелия по предлагаемому способу не препятствует получению продукта с большими сроками хранения, так как он в отличие от аналога предполагает полное уничтожение патогенной микрофлоры в конце технологической цепочки на этапе дезактивации мицелия и сушки продукта. Кроме этого, высокотемпературный режим деактивации шрота приводит к нарушению структуры белка (при сохранении первичной структуры), что облегчает его усвояемость животными и является еще одним преимуществом по сравнению с аналогом.
Сущность предлагаемого метода заключается в предварительной подготовке подсолнечного шрота путем его разрыхления и пропаривания с последующей инокуляцией шрота мицелием гриба вешенка (либо мицелием вешенки совместно с мицелиями других грибов) и выдерживанием инокулированного шрота до образования примордий. При этом происходит повышение содержания протеина в шроте за счет биохимической переработки содержащихся в подсолнечном шроте лигноцеллюлозы и целлюлозы, составляющих клетчатку, и БЭВ шрота в высокобелковый мицелий гриба. После образования примордий проросший мицелием шрот подвергается термообработке с целью дезактивации мицелия, а также посторонней микрофлоры, неизбежно привносимой в субстрат при данном способе переработки шрота, и, при необходимости, грануляции. Способ осуществляется следующим образом.
В качестве исходного компонента, являющегося субстратом для выращивания гриба, используется подсолнечный шрот.
1. Разрыхление шрота.
Подсолнечный шрот подвергают разрыхлению до однородного состояния без комков посредством лопастного ворошителя.
2. Стерилизация шрота
Стерилизацию шрота осуществляют путем его пропаривания до достижения температуры не менее 50°C. При этом возможны два варианта стерилизации:
2
- полная стерилизация при давлении пара 2-4 кгс/см и температуре пара 120-150°C до достижения температуры шрота 100-110°C,
2
- неполная стерилизация при давлении пара 1 кгс/см и температуре пара 105°C до достижения температуры шрота 50-70°C.
Время обработки паром составляет 20-30 минут.
Стерилизацию можно производить с использованием планетарно-шнекового смесителя или в камерах пропаривания.
При использовании планетарно-шнекового смесителя субстрат (подсолнечный шрот) транспортером загружают в смеситель через верхний загрузочный люк при закрытом разгрузочном устройстве. После загрузки при перемешивании в смеситель через нижние паровые патрубки подается насыщенный пар. По истечении заданного времени подача пара прекращается и в рубашку охлаждения подается водопроводная вода. Одновременно в рабочую камеру работающего смесителя может подаваться водопроводная вода из расчета дополнительного увлажнения подсолнечного шрота до влажности подсолнечного шрота 60-75%. Охлаждение продолжается при перемешивании до температуры в рабочей камере планетарно-шнекового смесителя 25-30°C.
В случае использования камер пропаривания подсолнечный шрот, упакованный в сетчатые ящики, помещают в камеру пропаривания циклического или тоннельного типа, где он подвергается обработке ненасыщенным паром.
3. Инокуляция шрота
Инокуляцию осуществляют в нестерильных условиях мицелием гриба-ксилофита, такого как вешенка (Pleurotus ostreatus), шиитаке (Lentinus edodes), опенок (Flammulina velutipes).
В случае проведения предыдущей операции в планетарно-шнековом смесителе для инокуляции в подсолнечный шрот при работающем смесителе вносятся мицелий, полученный обычным способом, в количестве 1-4% от массы подсолнечного шрота. За счет вращения шнека вокруг своей оси и одновременно вокруг оси корпуса смесителя подсолнечный шрот поднимается вверх с помощью шнека, разбрасывается центробежной силой по поверхности корпуса и под воздействием собственного веса опускается вниз, в результате чего происходит интенсивное перемешивание подсолнечного шрота и распределение в нем внесенного грибного мицелия. После дополнительного перемешивания в течение 10-15 минут инокуляции подсолнечный шрот выгружается через нижний люк, формуется и направляется на площадку проращивания мицелия.
В случае проведения предыдущей операции в камерах пропаривания для инокуляции сетчатые ящики с подсолнечным шротом выставляют на площадке увлажнения и обрабатывают водопроводной водой из расчета 1,9-2,3 тонны воды на 1 тонну подсолнечного шрота (до влажности шрота 68-72%). После этого в подсолнечный шрот в нестерильных условиях посредством поверхностного распыления (твердофазный способ) вносится мицелий гриба вешенки в количестве 1-4% от массы подсолнечного шрота, и затем инокулированный подсолнечный шрот транспортируется на площадку проращивания мицелия.
4. Проращивание мицелия.
Проращивание осуществляют при температуре 20-25°C и относительной влажности воздуха 80-100% в нестерильных условия в течение 2,5-3 недель до образование примордий.
5. Инактивация мицелия и уничтожение посторонней микрофлоры. Инактивация мицелия в полученном высокопротеиновом подсолнечном шроте осуществляется термическим способом с обеспечением уничтожения в продукте посторонней микрофлоры.
2
Инактивация может быть осуществлена с использованием камер пропаривания. Для этого высокопротеиновый подсолнечный шрот, упакованный в сетчатые ящики, помещают в камеру пропаривания циклического или тоннельного типа, где в течение 20-30 минут подвергают обработке ненасыщенным паром низкого давления (давление 1 кгс/см, температура 105°C) при температуре в камере 75-80°C.
Инактивация может быть осуществлена также с помощью гидротермической стерилизации в течение 10 минут при температуре 83-86°C.
6. Сушка продукта
Сушку осуществляют нагретым воздухом, который подается в секцию сушки, а температура окружающего воздуха используется для охлаждения шрота в секции охлаждения.
После сушки при необходимости осуществляют грануляцию и фасовку продукта.
Пример реализации способа
Подсолнечный шрот, имеющий состав согласно таблице 1, подвергали разрыхлению до однородного состояния.
2
2
Затем осуществляли стерилизацию шрота в планетарно-шнековом смесителе при давлении пара 1 кгс/см и температуре пара 105°C до достижения температуры шрота 50°C. В полученный шрот вводили мицелий гриба вешенки в количестве 3 мас.%. Проращивание гриба осуществляли в течение 3 недель до появления примордий. После этого проводили инактивацию мицелия с уничтожением посторонней микрофлоры в камере пропаривания путем обработки продукта ненасыщенным паром с давлением 1 кгс/см и температурой пара 105°C до достижения температуры субстрата 75-80°C. Полученный высокопротеиновый шрот подвергали сушке и грануляции.
В результате получили свободный от патогенных микроорганизмов кормовой продукт с содержанием протеина 46 мас.%, который может быть использован в качестве добавки к корму для животных.
Таким образом, заявленный способ позволяет получить качественный легкоусвояемый кормовой продукт с повышенным содержанием белка с увеличенным сроком хранения.
Источники информации
1. Методическое руководство по определению нейтрально- и кислотно-детергентной клетчатки в кормах и биологических средах и использованию этих фракций в кормлении крупного рогатого скота / Д.б.н. Воробьева С.В., к.б.н. Боголюбова Н.В., к.б.н. Овчинникова Т.М. Сайт Всероссийского института животноводства http://agrokias.narod.ru/index/0-28.
2. Высшие съедобные базидиомицеты в поверхностной и глубинной культуре / Бисько Н.А., Бухало А.С., Вассер С.П. и др. Под общ. ред. Дудки И.А. - Киев: Наукова думка, 1983. - 312 с.
3. Микробный синтез на основе целлюлозы: Белок и другие ценные продукты / Лобанок А.Г., Бабицкая В.Г., Богдановская Ж.Н. - М.: Наука и техника, 1988. -261 с.
4. Биология и культивирование съедобных грибов рода вешенка / Бисько Н.А., Дудка И.А. - Киев: Наукова думка, 1987. - 148 с.
5. О.В. Уфимцева, П.В. Миронов: Получение биомассы мицелия грибов вешенки обыкновенной и серно-желтого трутовика. Хвойные бореальной зоны, XXVI, №2, 2009 г., с. 294-296.