СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОГО ПРОДУКТА С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ БЕЛКА ПУТЕМ ОБОГАЩЕНИЯ ПОДСОЛНЕЧНОГО ШРОТА БЕЛКОМ ДРОЖЖЕЙ САХАРОМИЦЕТОВ
METHOD OF PRODUCTION OF FEED PRODUCT WITH INCREASED CONTENT OF PROTEIN BY ENRICHMENT SUNFLOWER MEAL WITH SACCHAROMYCETE YEAST PROTEIN

Изобретение относится к области производства кормов для животных, а именно к способам получения кормового продукта с повышенным содержанием белка путем ферментативного гидролиза углеводов, в том числе и клетчатки, подсолнечного шрота и последующей культивации в полученной питательной среде дрожжей сахаромицетов.
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 (других углеводов).
Известен способ механического разделения подсолнечного шрота на фракции (патент РФ №2268629, 27.01.2006). Способ заключается в измельчении шрота с последующим просеиванием с разделением на фракции, формировании потоков готовой продукции из фракции оболочек семян и фракции с высоким содержанием протеина.
Однако получаемый в результате высокопротеиновый подсолнечный шрот в силу природных свойств имеет низкое содержание незаменимых аминокислот, в частности лизина, что ограничивает использование такого шрота в рационах сельскохозяйственных животных или требует внесения в такой шрот синтетического лизина, что удорожает конечный продукт. Также получается фракция лузги подсолнечника с низким содержанием белка, которая является отходом и требует затрат на утилизацию.
Известен способ получения белкового концентрата из подсолнечного шрота, включающий экстракцию белка из шрота в течение 50-70 мин раствором, содержащим хлористый натрий и гидроксид натрия в соотношении, мас.%: хлористый натрий 5,8-6,2; гидроксид натрия 0,3-0,5; вода - остальное, из расчета 1 вес.ч. шрота к 7-8 вес.ч. экстрагента, отделение экстракта, обработку экстракта раствором соляной кислоты до осаждения белка при рН 3-4, отделение нерастворимого белкового осадка, его высушивание на распылительной сушилке воздухом. Способ позволяет повысить выход белковых веществ за счет более полной экстракции, уменьшить потери в процессе производства и упростить технологическую схему производства. Выход белкового концентрата составляет 27,5-28,1% (патент РФ №2218811, 20.12.2003).
Однако указанный способ также имеет ряд существенных недостатков, таких как низкий выход конечного продукта, большое количество отходов, несбалансированный аминокислотный состав конечного продукта (по лизину).
Из уровня техники известен способ приготовления белкового продукта, включающий измельчение растительного сырья (бобов сои), обработку сырья ферментами с обеспечением разрушения клетчатки растительного сырья до глюкозы, внесение в полученную питательную среду минеральных солей, внесение в питательную среду культуры дрожжей сахаромицетов с обеспечением размножения дрожжей, инактивацию дрожжевых клеток (пастеризацию) и сушку полученного продукта (патент США №3958015, 18.05.1976). Указанный аналог наиболее близок к заявленному способу по совокупности проводимых операций. Однако в качестве исходного сырья в нем используется необезжиренная соя. Растительное масло, которое содержится в соевых бобах, препятствует действию ферментов, а также может выступать в качестве ингибитора процесса развития дрожжей. Кроме того, соя содержит ряд антипитательных веществ, для нейтрализации которых требуется проведение тепловой обработки. При этом соя является более дорогостоящим растительным сырьем по отношению к подсолнечному шроту. Также следует отметить, что стадия измельчения сои является более энергоемкой по сравнению со стадией измельчения подсолнечного шрота, так как технологические процессы экстракции подсолнечного масла, в результате которых получается подсолнечный шрот, предусматривают измельчение массы, оставшейся после прессования.
Из уровня техники также известно использование подсолнечного жмыха для получения высокобелковых продуктов с использованием дрожжей сахаромицетов (Geotrichum candidum) (патент Великобритании № GB 1319562, 06.06.1973).
Использование подсолнечного жмыха имеет ряд недостатков. Подсолнечный жмых имеет невысокое содержание протеина. Кроме того, растительные воски и жиры, содержащиеся в подсолнечном жмыхе в большем количестве, нерастворимы в водной среде, образуют пленку на поверхности среды, что в свою очередь препятствует доступу фермента к клетчатке сырья (т.е. усложняется процесс ферментации).
Задачей изобретения является получение кормового продукта с повышенным содержанием белка из подсолнечного шрота.
Технический результат изобретения заключается в увеличении содержания белка в продукте, увеличении его усвояемости 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 измельчение подсолнечного шрота, формирование водной суспензии измельченного подсолнечного шрота, ферментативный гидролиз суспензии подсолнечного шрота с обеспечением разрушения клетчатки шрота до моносахаров, внесение в полученную питательную среду культуры дрожжей сахаромицетов и обеспечение их размножения, инактивацию дрожжевых клеток и сопутствующей микрофлоры термическим способом, сушку полученного продукта.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации изобретения за счет того, что:
- измельчение шрота осуществляют до размера не более 1 мм,
- перед внесением в питательную среду культуры дрожжей сахаромицетов в нее дополнительно вносят источники азота и/или фосфора в виде минеральных солей и/или удобрений,
- формируют водную суспензию измельченного подсолнечного шрота с концентрацией 10-25 мас.%,
- ферментативный гидролиз осуществляют путем добавления к упомянутой суспензии ферментного препарата, содержащего комплекс целлюлазы при температуре 40-60°С, и последующего осахаривания шрота в течение 20-24 часов,
- культуру дрожжей вносят в шрот при следующем соотношении компонентов: дрожжи - 10-15 об.%, шрот - остальное, при этом размножение дрожжей осуществляют при температуре 33-37°С в течение 1-3 суток,
- инактивацию дрожжевых клеток и сопутствующей микрофлоры осуществляют путем воздействия на суспензию паром при температуре 70-75°С в течение 20-40 минут,
- сушку полученного продукта осуществляют путем вакуум-выпарки и последующей распылительной сушки до остаточной влажности продукта не более 10%.
В предлагаемом способе в отличие от аналогов в качестве исходного растительного сырья для культивирования дрожжей сахаромицетов впервые использован подсолнечный шрот.
Подсолнечный шрот имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами растительного сырья (в частности, подсолнечного жмыха) при использовании его в качестве питательной среды для дрожжей сахаромицетов, а именно:
1. Подсолнечный шрот имеет более высокое содержание протеина в сравнении с другими видами растительного сырья. Однако в чистом виде подсолнечный шрот плохо переваривается животными из-за высокого содержания клетчатки. Но если обогатить подсолнечный шрот дрожжами сахаромицетов, можно получить продукт с высоким содержанием протеина и высокой усвояемостью, поскольку после данной обработки шрота количество клетчатки снизится (клетчатка, подвергнутая воздействию ферментов, служит питательной средой для роста дрожжей).
2. Технологические процессы экстракции подсолнечного масла с получением подсолнечного шрота предусматривают измельчение массы, оставшейся после прессования, что позволяет существенно снизить затраты на измельчение сырья на первом этапе технологии в сравнении с другими известными методами (например, при использовании сои, отрубей или жмыха в качестве исходного сырья).
3. Подсолнечный шрот в отличие от жмыха является обезжиренным продуктом, что упрощает стадию ферментативного гидролиза клетчатки (лигноцеллюлозы), содержащейся в исходном сырье, поскольку создаются оптимальные условия для работы ферментов.
Таким образом, в предлагаемом способе сочетание признаков, характеризующих использование подсолнечного шрота и культивирование в нем дрожжей сахаромицетов, определяет новизну, а также изобретательский уровень изобретения.
Сущность способа заключается в предварительной подготовке подсолнечного шрота с дальнейшим культивированием на подготовленной питательной среде микроорганизмов - дрожжей сахаромицетов.
Согласно предлагаемому способу углеводы, в том числе и клетчатка, изначально содержащиеся в подсолнечном шроте, в результате предварительной обработки сырья и в результате воздействия жидких ферментов частично преобразовываются (разрушаются) в простые сахара. В результате образуется благоприятная питательная среда для культивирования дрожжей сахаромицетов, биомасса которых является ценной белковой добавкой к кормам для сельскохозяйственных животных. При этом обеспечивается получение конечного продукта, содержащего растительный белок подсолнечного шрота и микробный белок дрожжей сахаромицетов, сбалансированный по аминокислотному составу. Способ включает следующие этапы.
1. Измельчение подсолнечного шрота.
Измельчение осуществляют на молотковой дробилке типа MD2x2 до размера частиц не более 1 мм. Подсолнечный шрот через загрузочный бункер подается в камеру дробления, где разрушается под действием ударов молотков, ударов и трения о внутренние поверхности камеры дробления, а также самоизмельчения. Измельченный материал проходит через отверстия разгрузочной решетки, размер которых определяет крупность продукта.
2. Приготовление водной суспензии измельченного подсолнечного шрота.
Измельченный до нужного размера шрот поступает в биореактор, куда подается вода для приготовления водной суспензии с концентрацией шрота 10-25 мас.%.
3. Ферментативный гидролиз измельченного подсолнечного шрота.
В упомянутый биореактор добавляют ферментный препарат, содержащий комплекс целлюлазы, при температуре 40-60°С и обеспечивают осахаривание шрота в течение 20-24 часов. В результате происходит разрушение клетчатки шрота до моносахаров (гексозы и пентозы).
4. Добавление источников азота и фосфора.
В полученную водную суспензию вносят источники азота и фосфора в виде минеральных солей или удобрений.
5. Внесение в полученную питательную среду культуры дрожжей сахаромицетов.
Дрожжи вносят в количестве 10-15 об.% от общего объема загружаемой смеси (т.е. рабочего объема ферментера). При этом размножение дрожжей осуществляют в течение 1-3 суток в условиях аэрации и при температуре в пределах 33-37°С.
6. Инактивация дрожжевых клеток.
Инактивацию осуществляют путем воздействия на суспензию, обогащенную биомассой дрожжей, глухим паром при температуре 70-75°С в течение 30 минут. При этом также инактивируется сопутствующая (посторонняя) микрофлора.
7. Сушка полученного продукта.
Суспензия поступает на вакуум-выпарку, после чего отправляется на распылительную сушку, где и формируется конечный готовый продукт, влажность которого не должна превышать 8-10%.
После сушки при необходимости проводят гранулирование конечного продукта.
Пример реализации способа.
В качестве исходного сырья использовался подсолнечный шрот, химический состав которого представлен в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав подсолнечного шрота.
Наименование
Влага, мас.%
Содержание на абсолютно сухую массу, мас.%
Масличность
Протеин
Клетчатка
Зола
Подсолнечный шрот
7-10
0,9-2,2
33,5-39
20-24
5,5-6,3
Шрот измельчали до размеров не более 1 мм. Затем приготавливали суспензию, содержащую 20 мас.% шрота. В суспензию вводили ферментный препарат «ЦеллоЛюкс-F» с целлюлазной активностью 2000±200 ед/г совместно с полиферментным препаратом «Феркон» при температуре 50°С, рН 4,7 и постоянном перемешивании реакционной среды со скоростью 500 об/мин. Ферментный препарат добавлялся из расчета 5-10 г/кг подсолнечного шрота. Осахаривание осуществляли в течение 24 часов.
После этого в суспензию вводили источники азота и фосфора. В качестве источника фосфора вносили аммофос из расчета 8-10 г/кг, в качестве источника азота - водный аммиак 25% в количестве 10-12 г/кг исходного сырья.
В полученную питательную среду вводили культуры дрожжей сахаромицетов Saccharomyces cerevisiae в количестве 10-15% от рабочего объема ферментера. Размножение осуществляли при температуре 33-37°С в течение 1-3 суток.
После этого полученный продукт подвергали сушке до остаточной влажности 10%.
Полученный продукт имел содержание протеина на уровне 60 мас.% и обладал высокой перевариваемостью в организме сельскохозяйственных животных (более 95%).
Таким образом, заявленный способ позволяет получить легкоусвояемый, сбалансированный по аминокислотному составу продукт с повышенным содержанием белка.
Следует отметить, что заявленное изобретение не ограничено частными вариантами реализации, приведенными в описании; возможны также и любые другие модификации в объеме приведенной совокупности существенных признаков.
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.