СПОСОБ И ПРОДУКТ (ВАРИАНТЫ) ПЕРЕРАБОТКИ СУСПЕНЗИИ ПЛАНКТОННЫХ ШТАММОВ ХЛОРЕЛЛЫ, АЛЬГОЛИЗОВАННЫЙ КОМБИКОРМ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ ПРОДУКТА ПЕРЕРАБОТКИ В СИСТЕМУ ПОЕНИЯ ПТИЦ ИЛИ СВИНЕЙ
METHOD AND PRODUCT (VERSIONS) OF PROCESSING SUSPENSION OF PLANKTON CHLORELLA STRAINS, ALGOLISED COMPOUND FOOD, METHOD OF OBTAINING THEREOF, METHOD OF INTRODUCING PRODUCT OF PROCESSING INTO SYSTEM OF WATERING BIRDS OR PIGS

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способу переработки суспензии планктонных штаммов хлореллы.
Во всем мире хлореллу используют в трех видах:
- в сухом виде (порошок, таблетки). В основном таблетки, как БАД для человека;
- в виде пасты;
- в виде суспензии.
Недостатки использования в сухом виде: низкая усвояемость сухого вещества и большие потери биологически активных веществ в процессе сушки и хранения, т.е. ценность готового продукта становится на порядок ниже исходного.
Паста уже в течение нескольких часов начинает портиться, из-за большого содержания белка и жиров, поэтому ее консервируют солью, химическими консервантами или замораживают.
Недостаток использования суспензии в необходимости перевозок больших объемов жидкости (суспензии) - большие транспортные расходы и низкая технологичность способов скармливания суспензии для разных видов животных (конструкции систем поения животных плохо или совсем не подходят для этих целей).
Известны способы получения суспензии хлореллы штаммов Chlorella vulgaris ИФР№С-111 и BIN на установках (культиваторах хлореллы) различной конструкции. Плотность клеток хлореллы в получаемой суспензии при этом колеблется в пределах от нескольких млн/мл до 10-15 млн/мл. Суспензия хлореллы с такой плотностью клеток может эффективно использоваться практически во всех направлениях животноводства и растениеводства (патенты РФ: №2454067, №2448453, №2448457). Общим недостатком использования суспензии хлореллы является не только необходимость перемещения (перевозок) больших объемов суспензии, но и низкая технологичность использования или невозможность использования суспензии в некоторых направлениях, например альголизации хлореллой комбикорма.
Известен способ скармливания суспензии хлореллы различным видам животных (Суспензия хлореллы в рационах сельскохозяйственных животных. / Н.И. Богданов - 2-е издание, исправленное и дополненное. Волгоград, 2007 г. - 58 с), согласно которому суспензию хлореллы в соответствии с нормами скармливания для каждого вида и групп животных включают в существующие системы поения животных, смешивают с кормом непосредственно перед кормлением или вводят в состав гранул при производстве гранулированного комбикорма.
Указанный способ не технологичен, трудоемок и требует значительных затрат на транспортировку больших объемов суспензии хлореллы. Существенно повысить процент белка в кормах и повлиять на прочность гранул за счет добавления суспензии хлореллы нельзя по причине низкой концентрации клеток хлореллы в товарной суспензии и ограниченного процента ввода суспензии в комбикорм из-за увеличения его влажности (не более 3%).
Известен способ скармливания животным пастообразной биомассы хлореллы (Сальникова М.Я. Хлорелла - новый вид корма / М.Я. Сальникова. - М.: Колос, 1977. - 95 с), при этом способ требует консервирования пастообразной хлореллы различными консервантами, солью или замораживанием.
Известен способ скармливания животным сухой биомассы хлореллы в виде порошка (Сальникова М.Я. Хлорелла - новый вид корма / М.Я. Сальникова. - М.: Колос, 1977. - 95 с. и Музафаров A.M. Культивирование и применение микроводорослей / A.M. Музафаров, Т.Т. Таубаев. - Ташкент: Фан УзССР, 1984. - 136 с.), который слишком затратный и малоэффективный по причине низкой усвояемости организмом животных сухой биомассы хлореллы.
Предлагаемое изобретение позволяет устранить недостатки использования хлореллы и эффективно перерабатывать суспензию хлореллы с получением 3-х продуктов в одном технологическом процессе. Также способ обеспечивает снижение затрат и повышение технологичности использования хлореллы в виде Продуктов переработки (концентратов) в медицине, косметологии, животноводстве и растениеводстве и других отраслях.
Для достижения технического результата предложено загустить в 10 и более раз (предпочтительно в 30-50 раз) суспензию планктонных штаммов хлореллы.
Исходная товарная суспензия, получаемая на специальных установках (культиваторах хлореллы), имеет низкую плотность клеток. Получение более высокой плотности клеток в процессе фотосинтеза или культивирования хлореллы нерационально и связано с использованием более интенсивной технологии, сложных и дорогостоящих установок и значительным удорожанием конечного продукта. Предлагаемый способ позволяет значительно, до 100 раз, увеличить концентрацию клеток в суспензии, не нарушая исходный баланс метаболитов хлореллы в культуральной среде и не разрушая самих клеток микроводоросли.
Переработку суспензии планктонных штаммов хлореллы можно производить в три этапа, при этом на каждом из таких этапов получают отличные друг от друга по свойствам и направлениям использования биологически ценные продукты.
На первом этапе путем электрофлотации исходной суспензии хлореллы получают два продукта:
- концентрированную биомассу клеток хлореллы (КБХ), которая представляет собой концентрат живых клеток хлореллы в культуральной среде;
- очищенную культуральную среду хлореллы (КСХ), которая представляет собой культуральную среду хлореллы, очищенную от клеток микроводоросли хлореллы.
На втором этапе с помощью метода обратного осмоса или ультрафильтрации проводят загущение полученной на первом этапе очищенной КСХ от 5 до 100 раз и получение концентрированной культуральной среды хлореллы (ККСХ).
На третьем этапе смешивают КБХ и ККСХ и получают концентрированную суспензию хлореллы (КХ).
Предлагаемый способ осуществим только с планктонными штаммами, у которых ярко выражены бактерицидные свойства, например с штаммами Chlorella vulgaris ИФР№С-111 (SU 1751981, C12N 1/12, 10.02.1997) и BIN (RU 2263141, C12N 1/12, 10.02.2005) или полученными на их основе дочерними штаммами хлореллы (301670, C12N 1/12, 19.05.2010) с высокими бактерицидными качествами. Высокие бактерицидные свойства планктонных штаммов сдерживают микрофлору от вспышки и не допускают количественного и качественного изменения бактериального фона даже при загущении клеток в десятки раз относительно исходной плотности. Клетки хлореллы остаются в таком же живом состоянии, как и в товарной суспензии. Кроме того, в КХ добавляют ККСХ, т.е. концентрация антибиотических вещест (хлореллина и других) в десятки раз выше. Но в принципе и в КБХ она позволяет клеткам не портиться. Антибиотические вещества, выделяемые клетками хлореллы (хлореллин и другие), не подавляют полезную микрофлору кишечника животных, а только патогенную, поэтому он не наносит никакого вреда организму в отличие от всех известных применяемых антибиотиков в животноводстве.
Наличие высоких бактерицидных качеств у планктонных штаммов хлореллы обеспечивает значительные сроки хранения получаемых продуктов при соблюдении обычных условий и не требует их консервации.
Подробное описание осуществления способа переработки суспензии хлореллы.
Этап 1.
Согласно известному способу (SU №1091890) исходную суспензию хлореллы подвергают электрофлотации, образующиеся в результате электролиза воды пузырьки кислорода, заряженные положительно, способствуют всплытию и концентрации биомассы на поверхность, далее биомассу снимают в приемник.
При снятии с поверхности только пены получают высококонцентрированную биомассу клеток хлореллы. Срок хранения высококонцентрированной биомассы в обычных условиях составляет не более одних суток из-за высокой концентрации в ней белков, жиров и углеводов. Чтобы увеличить срок хранения биомассы ее необходимо консервировать при помощи добавления поваренной соли, консервантов или замораживанием.
Нами было установлено, что при добавлении к высококонцентрированной биомассе клеток хлореллы в определенной пропорции, достаточной для обеспечения плотности клеток от 30 до 1000 млн/мл в получаемом концентрате биомассы хлореллы, культуральной среды или суспензии хлореллы (обладающих высокими бактерицидными свойствами) можно получить продукт - концентрированную биомассу клеток хлореллы (КБХ), который уже способен храниться не менее 90 суток при обычных условиях.
Практически это достигается тем, что снятие пены с поверхности суспензии при электрофлотации происходит одновременно с небольшим количеством суспензии хлореллы, т.е. пена отбирается не в чистом виде, а с суспензией хлореллы. Суспензия хлореллы обладает высокими бактерицидными свойствами и действует как консервант даже при повышении плотности клеток в 100 раз, чем в исходной суспензии хлореллы.
Получаемая очищенная культуральная среда хлореллы (КСХ) также является ценным биологическим продуктом, в котором в растворенном виде находится широкий комплекс биологически активных веществ - экзометаболитов клеток хлореллы (Хлорелла, физиологически активные вещества и их использование. С.С. Мельникова, Е.Е. Мананкина. Институт фотобиологии АН БССР, Минск, 1991 г.).
Этап 2
Для загущения очищенной культуральной среды хлореллы (КСХ) до значений от 5 до 100 раз используют известный способ обратного осмоса или ультрафильтрацию.
Способом обратного осмоса производится концентрирование всех веществ, находящихся в очищенной культуральной среде (экзометаболитов клеток хлореллы), и выделение чистого растворителя (воды) из раствора, за исключением некоторого количества одновалентных ионов Na, K, Cl. Практически обратный осмос сводится к сгущению очищенной культуральной среды хлореллы и получению продукта концентрированной культуральной среды хлореллы (ККСХ). Такого способа загущения для культуральной среды хлореллы еще никто не использовал. Установок обратного осмоса существует сегодня большое разнообразие. Концентрирование проводят как минимум на порядок, а при необходимости в 30-50 раз. Срок хранения ККСХ составляет не менее 12 месяцев.
Концентрирование можно проводить ультрафильтрацией. При помощи насоса культуральная среда под давлением фильтруется изнутри наружу полых волокон УФ модуля. Очищенная вода проходит сквозь пористые стенки полых волокон и дальше используется как обычная чистая вода. Частицы культуральной среды хлореллы размером 0,01-0,1 мкм остаются внутри полых волокон УФ модуля. В результате промывки волокон в накопителе загущенной культуральной среды собирается концентрированная культуральная среда хлореллы.
Способ ультрафильтрации проще по своему исполнению, но позволяет концентрировать только определенный спектр веществ культуральной среды хлореллы, размеры молекул которых находятся в диапазоне от 0,01 до 0,1 мкм, что является его существенным недостатком.
Этап 3.
Для получения КХ смешивают ККСХ и КБХ. Количество КБХ и ККСХ зависит от области применения конечного продукта, от концентрации (степени загущения относительно исходных) КБХ и ККСХ. Можно смешивать в различной концентрации для разных целей применения. В некоторых случаях получение КХ целесообразно из одного объема исходной суспензии, т.е. получают и загущенную биомассу КБХ, и загущенную ККСХ и затем их смешивают. В таком случае можно говорить о продукте, загущенном относительно исходной товарной суспензии в несколько раз (в 10, 15, 20, 25, 30 и пр.).
Срок хранения КХ составляет не менее 6 месяцев, в обычных условиях.
Предлагаемый способ является дешевым, простым и надежным. Увеличение себестоимости переработки одного литра суспензии хлореллы в концентрированный КХ составит не более 10% от себестоимости производства самой товарной суспензии хлореллы, а КБХ не более 5%.
Характеристика полученных продуктов переработки суспензии хлореллы.
Предлагаемый способ не нарушает структуры и целостности клеток хлореллы в получаемых продуктах КБХ и КХ. Клетки хлореллы сохраняют все свои свойства, остаются целыми и способными к воспроизводству и фотосинтезу в течение всего срока хранения. Концентрированная культуральная среда хлореллы (ККСХ) сохраняет все свойства исходной очищенной культуральной среды и баланс экзометаболитов хлореллы.
Продукт КБХ представляет собой концентрат биомассы клеток хлореллы с плотностью клеток в пределах от 30 до 1000 млн/мл в зависимости от требуемого значения загущения (концетрации).
Продукт ККСХ представляет собой культуральную среду, оставшуюся после отделения клеток микроводоросли, сконцентрированную в 5-100 раз.
Концентрированная суспензия хлореллы (КХ) является ценным биологически активным продуктом, полученным путем смешения вышеописанных продуктов в эффективных количествах.
Применение полученных продуктов переработки планктонных штаммов хлореллы.
Каждый из полученных нами Продуктов имеет свою высокую биологическую ценность и разные области применения.
При применении суспензии хлореллы в растениеводстве высшими растениями (корневой системой или надземной частью) используются только экзометаболиты клеток хлореллы, растворенные в культуральной среде. При этом сами клетки хлореллы не усваиваются высшими растениями и, по сути, являются ненужным балластом. При этом происходят потери ценного биологического материала - биомассы клеток хлореллы. Поэтому в растениеводстве значительно выгоднее использовать загущенную культуральную среду хлореллы (ККСХ), вместо товарной суспензии хлореллы, а получаемую загущенную биомассу клеток хлореллы использовать в других направлениях, например в животноводстве, медицине, косметологи и др.
ККСХ может широко и эффективно использоваться в растениеводстве как стимулятор роста, иммуномодулятор и дополнительное питание для растений, с целью улучшения проращивания семян и увеличения урожайности различных зерновых, овощных и цветочных культур.
Одним из важных направлений использования КБХ и КХ является альголизация комбикорма.
Альголизация комбикорма полученными продуктами имеет следующие преимущества.
1. Увеличение прочности гранул. Очень важный параметр гранулированного комбикорма. Причем в зависимости от степени загущенности продуктов (коэффициента загущения) можно менять прочность гранул в самых широких диапазонах. Их можно сделать почти "стеклянными", то есть очень прочными, но такая прочность будет снижать усвояемость комбикорма.
Прочность комбикорма характеризует крошимость, которая определяется по ГОСТУ 28497-90.
Есть ГОСТ Р 51899-2002 Комбикорма гранулированные. Общие технические условия. В них, например, определена крошимость гранул для разных видов животных:
- для сельскохозяйственных животных - 22%,
- для кроликов, нутрий и пушных зверей - 8%,
- для рыб - 5%,
- для лошадей - 7%.
Использование конценрированных продуктов при производстве комбикорма, т.е. альголизация комбикорма продуктами КБХ и КХ, может уменьшить процент крошимости до 1% и менее в зависимости от концентрированности самих продуктов. Количество же вносимых продуктов остается 3% от массы альголизованного комбикорма при плотности клеток хлореллы от 50 до 500 млн/мл.
При обычном производстве гранулированного комбикорма важное значение имеют так называемые связующие вещества, которые вводят не только для повышения прочности гранул, но и для сокращения расхода пара, энергии, повышения производительности. В качестве таких веществ используют чаще всего жидкие продукты, такие как жир, гидрол, меласса и др., и порошкообразные - бентониты. Некоторые из перечисленных веществ повышают питательную ценность комбикормов (жир, меласса), обогащают комбикорма микроэлементами (бентониты). Количество добавляемых связующих веществ обычно невелико - до 3%. Однако в рецепты некоторых комбикормов для птиц рекомендуется вводить большое количество жира - до 6%. Жир, введенный в количестве более 3%, перестает быть связующим компонентом. Более того, при вводе большего количества жира снижаются производительность пресса и прочность гранул (гранулы значительно теряют свою прочность). В таком случае возможно применение другого связующего вещества, обычно, например бентонита, что позволяет улучшить процесс гранулирования комбикорма. Однако ввод концентрированных продуктов с хлореллой значительно эффективней и позволяет практически на порядок снизить процент крошимости гранул. При вводе в комбикорм продуктов высокой концентрации (с большим коэффициентом загущения) увеличивается и процент вводимого белка, что существенно повышает питательность альголизованного комбикорма.
Увеличение прочности гранул напрямую влияет на увеличение коэффициента полезного действия пресса.
Коэффициент полезного действия пресса представляет собой отношение количества целых гранул ко всему продукту, получаемому после прессования. Чем выше прочность гранул, тем выше и коэффициент полезного действия. Прочность гранул является важным показателем их качества. Если гранулы недостаточно прочны, то они разрушаются при транспортировании, загрузке в бункеры, хранении, перевозках.
Например, комбикорм для цыплят бройлеров содержит много жира и белка и мало клетчатки, поэтому для увеличения твердости гранул необходима концентрация как минимум в 5 раз больше относительно товарной суспензии.
Для молодняка птиц требуются гранулы ⌀2…3 мм, однако такие гранулы производить нецелесообразно из-за резкого снижения производительности прессов и повышения удельного расхода энергии. Процесс гранулирования при производстве таких гранул нестабилен, фильеры матриц забиваются комбикормом. Например, при переходе пресса на производство гранул ⌀2,4 мм вместо 4,7 мм его производительность снижается примерно в четыре раза, а удельный расход энергии увеличивается более чем в два раза. Поэтому мелкие гранулированные комбикорма получают путем измельчения гранул ⌀4,7…9,7 мм с последующим калиброванием на ситах с определенными размерами. Так, для цыплят и бройлеров от 1 до 30 дней остаток на сите с отверстиями ⌀3 мм должен быть не больше 20%, а проход сита с отверстиями ⌀1 мм не должен превышать 18%.
Гранулы измельчают таким образом, чтобы получить минимум мелкой фракции, которую необходимо направлять на повторное гранулирование. Количество такой фракции не должно превышать 30%, а выход крупки быть не менее 70%.
Предлагаемый нами способ альголизации комбикорма загущенной биомассой хлореллы КБХ и КХ позволяет значительно повысить прочность и снизить крошимость гранул, используемых для получения крупки. За счет снижения крошимости при получении крупки для цыплят и бройлеров от 1 до 30 дней проход сита с отверстием диаметром 1 мм составляет не более 2%, а выход крупки не менее 95%.
Такой эффект достигается при альголизации комбикорма загущенной биомассой хлореллы КБХ и КХ в количестве 3% от массы комбикорма при коэффициенте загущения КБХ и КХ, равном от 5 и выше.
Загущенная биомасса хлореллы КБХ и КХ подается непосредственно в смеситель перед гранулятором.
2. Увеличение питательной ценности комбикорма.
Рецепты комбикормов специально составляются для возрастной и хозяйственной группы животных (телят, молочных коров, откормочного скота); птичий комбикорм бывает стартовый, откормочный, для несушек.
Питательность комбикормов определяют расчетом по соответствующим таблицам питательности по трем основным показателям: по содержанию кормовых единиц в 100 кг комбикорма; по содержанию перевариваемого протеина (в граммах на 1 корм, ед.); по содержанию клетчатки (в %).
Изменением коэффициента загущения (конценрации) продуктов хлореллы можно изменять питательность альголизованного комбикорма согласно рецептурам. Так как плотность клеток хлореллы в этих продуктах достаточно велика, а содержание белка в абсолютно сухом веществе хлореллы достигает 50-60%, можно утверждать, что данный способ альголизации будет иметь большое значение для комбикормовой промышленности. Известно, что белок хлореллы является ценным не только за счет его высокого содержания в абсолютно сухом веществе хлореллы, но и благодаря сбалансированному и полному составу незаменимых аминокислот в белке хлореллы. Нами получен дешево очень ценный продукт, который легко включить в технологическую цепочку производства комбикорма. При этом состав комбикорма максимально обогащается биологически активными веществами натурального происхождения, т.е. натуральным растением. Отсюда не только высокие экономические результаты, но и экологически чистая продукция с высокими потребительскими качествами.
Такой продукт в комбикорм еще никто в мире не включал, включалась только товарная суспензия хлореллы. Так как у нее маленькая плотность клеток (около 10 млн/мл), а процент ее включения в комбикорм составляет 3-5%, то налицо ограниченные возможности повышения биологической ценности комбикорма старым способом и соответственно экономический эффект.
3. Снижение бакобсемененности и увеличение сроков хранения альгализованного комбикорма.
Хранение большого количества переработанного продукта (а комбикорм является таковым) сопряжено с его окислением, потерей питательной ценности и т.д. При несоблюдении правил хранения жиры (триглицериды), растительные масла и продукты, содержащие большое количество жира (кормовой жир, мясная, мясо-костная и рыбная мука), широко использующиеся в комбикормах в качестве источника энергии, окисляются. Их окисление не только отрицательно сказывается на вкусовых качествах корма, но также снижает его энергетическую ценность.
Процесс окисления жиров и растительных масел является многофакторным процессом и зависит от температуры (чем выше температура, тем быстрее идет окисление), влажности, наличия кислорода, следов металлов, воздействия света и т.д.
Чем дольше период хранения корма, особенно в условиях повышенной температуры и влажности, тем выше риск потерь, вызываемых его порчей плесневыми грибками.
Испорченный комбикорм представляет особую опасность для несушек и для молодняка в начальный период его роста. Частицы испорченного корма далее становятся источником загрязнения свежего корма в кормушках.
Плесневые грибки и бактерии, развиваясь, используют энергию комбикорма и кормовых средств. Развитие грибков может также привести к ухудшению вкусовых качеств корма и загрязнению его микотоксинами.
Наибольшую опасность для здоровья людей и животных представляют афлатоксины, охратоксин А, зеараленон и трихотецены.
В результате скармливания комбикормов, содержащих загрязненные микотоксинами кормовые компоненты (кукуруза, соя и др.), птицеводы несут большие потери. Ущерб возникает в результате непосредственного падежа, уменьшения приростов живой массы, снижения яйценоскости, выводимости яиц (эмбриотоксичность) и устойчивости к болезням (кокцидиозу, бактериальным и вирусным инфекциям).
При альголизации загущенными продуктами КБХ или КХ на поверхности гранул комбикорма образуется своеобразная глянцевидная пленка. Таким образом получается эффект упаковки каждой отдельно взятой гранулы комбикорма. При этом гланцевая пленка (корочка) препятствует свободному проникновению микроорганизмов внутрь самой гранулы и кислорода. Возникает двойной эффект "консервирования". Внутри гранул действуют высокие бактерицидные свойства хлореллы, а с наружи защитная оболочка.
Благодаря своим высоким бактерицидным свойствам, комбикорм с включением хлореллы меньше подвержен воздействию патогенных микроорганизмов, что позволяет значительно продлить срок годности комбикорма.
Способ получения альголизованного комбикорма.
На комбикормовых заводах применяют два способа производства гранулированных комбикормов - сухой и влажный. При первом способе сухие рассыпные комбикорма перед прессованием пропаривают, иногда добавляют в них жидкие связующие добавки (мелассу, гидрол, жир и т.д.). При влажном способе в комбикорм добавляют горячую воду (70…80°C) в количестве, обеспечивающем получение теста с влажностью 30…35%, затем из теста формуют гранулы, сушат и охлаждают.
Гранулирование сухим способом. Для этого используют пресс с вращающейся кольцевой матрицей.
В лопастном смесителе установлены форсунки для подачи горячей воды или какой-либо связующей жидкости, а также камеры для подачи пара. Подготовленный комбикорм поступает в прессующую часть гранулятора, представляющую собой вращающуюся кольцевую матрицу и два прессующих ролика (в некоторых конструкциях - три).
Продукт в прессующей части затягивается в клиновидный зазор между вращающейся матрицей и валком, приводимым во вращение материалом (за счет трения). При перемещении продукта в клиновидном зазоре происходит прессование материала, что увеличивает его плотность. В момент, когда напряжение сжатия превысит сопротивление материала, ранее запрессованного в фильеры матрицы, продукт, находящийся в клиновидном зазоре, начинает вдавливаться в фильеры и перемещаться в них. Процесс сопровождается выдвижением гранул за внешнюю поверхность матрицы, которое заканчивается в момент прохождения фильеры через сечение, где клиновидный зазор имеет наименьшую высоту. Пройдя через фильеры, продукт принимает форму и размеры гранул с соответствующей плотностью и прочностью. При выходе из матрицы гранулы срезаются двумя ножами, приближая или отодвигая которые можно регулировать длину гранулы. Прочность гранул можно изменять различной подготовкой продукта, изменением зазора между валком и матрицей.
Способ альголизации гранулированного комбикорма состоит в том, что продукт переработки суспензии планктонных штаммов хлореллы КБХ или КХ вводят в комбикорм перед его гранулированием в смеситель или непосредственно при гранулировании (в гранулятор) в количестве 3 мас.% от альголизируемой массы комбикорма, максимальный процент ввода (количество) продукта в комбикорм определяется максимально допустимым значением влажности готового комбикорма.
Применение КБХ, и КХ не ограничено только альголизацией комбикорма, они могут быть использованы в различных направлениях: для альголизации субстратов при выращивании грибов (вешенка), для производства БАД для человека, в косметологии, для обогащения продуктов питания (хлеб, макаронные изделия, мороженное и пр.), для альголизации водоемов, в животноводстве для обогащения рационов кормления через системы поения и напрямую добавлением в корма. ККСХ может использоваться при выращивании овощей и цветов на гидропонике и грунте, любых зерновых культур - хлебных и зернобобовых.
3
Так альголизация водоемов, проводимая согласно способу (Патент №2370458, опубликован 20.10.2009), предусматривает неоднократное введение в водоемы значительного объема суспензии хлореллы. Использовали суспензию штамма Chlorella vulgaris ИФР С-111 с коэффициентом пропускания 1,4-6 в количестве 15-25 л на 1 млн м воды, а в заливах, балках и местах ветровых нагонов из расчета 15-25 л/га. Это связано с большими расходами при ее транспортировке. Транспортные расходы являются основной затратной статьей при альголизации водоемом. Это связано еще и с невозможностью получения суспензии хлореллы на месте нахождения водоемов, так как ее культивирование связано с соблюдением определенных условий (помещения, оборудование, технология и пр.).
Поэтому использование продукта КБХ с высокими значениями загущения исходной суспензии хлореллы способствовало бы значительному сокращению затрат при проведении работ по альголизации водоемов.
Возможность осуществления изобретений иллюстрируется, но не ограничивается примерами.
Chlorella vulgaris требуемой плотности получают следующим образом.
Осуществляют культивирование товарной суспензии в производственных установках. Для запуска в работу производственных установок необходимый объем маточной культуры хлореллы получают на отдельных установках - маточниках. В маточных установках Chlorella vulgaris (ИФР №С-111) культивируется по экстенсивной технологии. На маточной установке нарастание плотности клеток происходит до 15 млн клеток в 1 мл. Полученная маточная культура хлореллы вносится в производственную установку в количестве 20% от ее общего объема. Начальная плотность клеток в суспензии производственной установки составляет около 3 млн клеток в 1 мл. За трое суток работы производственной установки плотность товарной суспензии достигает значения 10 млн клеток в 1 мл. После чего готовая суспензия сливается для дальнейшего использования, а производственная установка вновь запускается в работу.
Пример 1. Описание способа концентрирования (электрофлотации) хлореллы.
Суспензию хлореллы штамм ИФР №С-111 с плотностью клеток 10 млн/мл в количестве 100 литров подвергают электрофлотации. В процессе загущения суспензии отбирают пену с небольшим количеством суспензии, которая после оседания представляет собой концентрат клеток хлореллы в небольшом количестве суспензии. После отстаивания в течение 30 минут получают концентрированный продукт биомассы в объеме 1 литра. Плотность клеток хлореллы в загущенном продукте составляет 1000 млн/мл. В одном литре такого продукта КБХ содержится около 70 грамм абсолютно сухого вещества хлореллы.
Продукт хранили 90 суток при температуре 21°C в темном месте. После хранения КБХ имеет следующие характеристики.
По микробиологическим показателям полученный продукт (КБХ) соответствует ветеринарным требованиям по микробиологическим показателям. В продукте отсутствуют возбудители болезней группы анаэробов, протея, сальмонелл, энтерококков, энтеропатогенной Е. coli. При токсико-биологическом исследовании продукт нетоксичен.
Пример 2. Концентрирование культуральной среды методом обратного осмоса.
В результате электрофлотации 100 литров суспензии хлореллы получено 95 литров очищенной культуральной среды хлореллы (КСХ).
Очищенная культуральная среда хлореллы (КСХ) поступает на установку обратного осмоса для загущения. Степень загущения концентрированной культуральной среды хлореллы (ККСХ) зависит от времени работы установки обратного осмоса и определяется отношением объема исходной КСХ к объему получаемой ККСХ. Так, за время работы установки обратного осмоса в течение одного часа объем получаемого продукта ККСХ составил 9,5 литров. Степень загущения ККСХ, таким образом, составила значение равное 10. При продолжении работы в течение следующего часа объем получаемого продукта ККСХ составил 1 литр. Степень загущения ККСХ, таким образом, составила значение равное 95. Продукт хранили 12 месяцев при температуре 21°C в темном месте. После хранения ККСХ имеет следующие характеристики.
По микробиологическим показателям полученный продукт (КБХ) соответствует ветеринарным требованиям по микробиологическим показателям. В продукте отсутствуют возбудители болезней группы анаэробов, протея, сальмонелл, энтерококков, энтеропатогенной Е. coli. При токсико-биологическом исследовании продукт нетоксичен.
В результате смешивания 1 литра КБХ и одного литра ККСХ получаем концентрированную суспензию хлореллы (КХ) в объеме 2 литров.
Таким образом, степень загущения полученного продукта КХ составляет значение равное 50.
Продукт хранили 6 месяцев при температуре 21°C в темном месте. После хранения КХ имеет следующие характеристики.
По микробиологическим показателям полученный продукт (КБХ) соответствует ветеринарным требованиям по микробиологическим показателям. В продукте отсутствуют возбудители болезней группы анаэробов, протея, сальмонелл, энтерококков, энтеропатогенной Е. coli. При токсико-биологическом исследовании продукт нетоксичен
Пример 3. Концентрирование культуральной среды ультрафильтрацией.
Очищенная культуральная среда хлореллы (КСХ) в количестве 95 литров поступает на установку ультрафильтрации. Степень загущения концентрированной культуральной среды (ККСХ) зависит от времени работы ультрафильтрационной установки и определяется отношением объема исходной КСХ к объему получаемой ККСХ. Так, за время работы установки в течение 50 минут объем получаемого продукта ККСХ составил 4 литра. Таким образом, степень загущения ККСХ составила значение равное около 24.
В результате смешивания 1 литра КБХ и 4 литров ККСХ получаем концентрированную суспензию хлореллы (КХ) в объеме 5 литров. Таким образом, степень загущения полученного продукта КХ составляет значение равное 20.
Требуемая степень загущения продуктов КХ, ККСХ и КБХ зависит от целей и области их применения и может варьироваться в различных пределах.
Пример 4. Альголизация птичьего комбикорма
При использовании продукта КБХ или КХ для альголизации птичьего комбикорма требуется повышенная степень загущения. Так комбикорм для бройлеров содержит много жира и мало клетчатки, что отрицательно сказывается на прочности гранул. Эксперимент проводился на гранулированном комбикорме для бройлеров БРОЙЛЕР РОСТ 11-24 дн с содержанием сырого жира 7,11%. При введении продукта КБХ или КХ со степенью загущения равной 5, в смеситель в количестве 3% от массы комбикорма, крошимость гранул уменьшилась в 3 раза относительно контроля. Крошимость гранул определяют как отношение a:b, где a - количество разрушенных гранул, прошедших через сито; b - начальное количество гранул.
Использование продуктов КБХ и КХ с большей степенью загущения для альголизации комбикорма необходимо в целях повышения его питательной ценности, содержания полноценного белка, количества обменной энергии, витаминов, микроэлементов, каротина и т.п. В таких случаях необходимо повышать степень загущения продуктов КБХ и КХ до значения 50.
Пример 5. Использование продуктов переработки суспензии хлореллы при откорме бройлеров.
Использование продукта КБХ (КХ) для альголизации птичьего комбикорма для бройлеров: ПК-5-1, ПК-5-2 и ПК-6, произведенными по СТБ 1842-2008. Альголизация комбикорма производилась из расчета объема продукта КБХ (КХ) 3% к массе комбикорма. Продукт КБХ (КХ) вводился в смеситель перед гранулятором. Степень загущения продукта КБХ составила 30.
ККСХ является ценным биологическим продуктом, содержащим в своем составе все водорастворимые экзометаболиты хлореллы в концентрированном виде, поэтому ее необходимо также использовать при откорме птицы. Концентрированная культуральная среда хлореллы (ККСХ) вводилась в систему поения птицы в узле водоподготовки через медикатор (дозатор). Медикатор производит забор концентрированного продукта (ККСХ), дозирует с требуемым процентным содержанием и смешивает с водой. Полученный раствор посылается далее по сети поения. Медикатор позволяет вводить в воду определенный процент дозируемой ККСХ, в нашем случае 3%. В соответствии с этим значением оптимальная степень загущения ККСХ должна быть равной не менее 33. Объем ККСХ рассчитывается исходя из рекомендуемых норм скармливания суспензии хлореллы для каждого вида животных и птицы. Средняя норма скармливания для бройлеров суспензии хлореллы с плотностью клеток 10 млн/мл составляет около 20 мл/сутки на одну голову. Для одного стандартного цеха с поголовьем 30,0 тыс. голов средняя норма скармливания суспензии хлореллы составляет 600 л/сутки. Расчетная степень загущения ККСХ составляет значение 33. Таким образом, средняя суточная норма ККСХ для одного цеха с поголовьем 30,0 тыс голов составляет 18,18 литра. В нашем примере норма скармливания ККСХ равномерно увеличивалась с 5 по 38 день откорма цыплят с 5 до 40 литров в сутки пропорционально росту бройлеров.
В ходе проведенного эксперимента по откорму бройлеров кросса «Иза» были получены следующие результаты. На опытной группе бройлеров увеличение среднесуточных привесов составило на 9,8% больше, чем в контроле. Падеж птицы за весь период откорма снизился в 2,4 раза и составил 1,8%. Конверсия корма снизилась с 1,92 на контроле до 1,73 в опытной группе. Печень опытной птицы имела более плотную консистенцию и темный цвет. Случаи выбраковки печени в опытной группе носили единичный характер. В опытной группе в процессе эксперимента не использовались антибиотики и другие ветпрепараты, за исключением обязательных вакцинаций. Вкусовые качества мяса птицы и бульона опытной группы значительно отличались в контрольной в лучшую сторону.
Пример 6 Подача в систему поения птицы продукта КХ.
При определенных условиях подачи КХ в систему поения через медикатор можно добиться эффекта прямой подачи суспензии хлореллы в систему поения. Если степень загущения продукта КХ соответствовала проценту дозировки медикатора таким образом, что в системе поения плотность клеток хлореллы соответствовала значению 10 млн/мл или плотности клеток в исходной суспензии хлореллы, из которой был получен продукт КХ. Иначе говоря, если степень загущения продукта КХ будет равна 33,3, а процент дозирования продукта КХ в систему поения через медикатор будет равен 3%, то можно получить эффект прямого включения суспензии хлореллы в систему поения птицы. Т.е. отключена вода и в систему подается суспензия хлореллы напрямую. Так как работали с суспензией хлореллы раньше. Но раньше это приводило к необходимости транспортировки большого объема суспензии хлореллы до животноводческих комплексов. При этом приходилось в каждом узле водоподготовки цеха с птицей ставить специальные приемные емкости для суспензии хлореллы, затем отключать воду и подключать хлореллу. За всем этим должен наблюдать слесарь. В предлагаемом нами способе КХ можно подавить через медикатор автоматически, как подаются через медикатор витамины, лекарства и пр.
При реализации такого способа включения продукта КХ в систему поения через медикатор, на практике были получены одинаковые результаты, когда в систему поения напрямую включалась суспензия хлореллы в соответствии с нормами выпойки для птицы.
Пример 7. Использование продукта КБХ (КХ) при откорме свиней.
Скармливание КБХ (КХ) производилось через альголизованный комбикорм из расчета 3% вводимого продукта относительно массы комбикорма. Степень загущения КБХ составила значение равное 20. КХ подавалась в систему поения через медикатор. Коэффициент дозирования КХ медикатором составил 3%. В соответствии в этим значением оптимальная степень загущения КХ должна быть равной не менее 33. Объем КХ рассчитывался исходя из рекомендованных норм скармливания суспензии хлореллы с плотностью клеток 10 млн/мл для свиней. Норма скармливания суспензии хлореллы на одну голову в сутки для свиноматки составляет 1 литр. Для поросят-отъемышей в возрасте одного месяца 200 мл, 2-х месяцев, соответственно 300 мл и т.д. Таким образом, средняя суточная норма скармливания КХ для группы свиноматок из 90 голов составит 2,7 литра. Средняя суточная норма скармливания КХ для группы поросят-отъемышей 500 голов составит 3,0 литра.
Опытной группе свиноматок в количестве 90 голов скармливали по 3 литра КХ ежедневно через медикатор в системе поения, в период с шестого дня после опороса до прихода их в охоту и осеменения. Кроме того опытная группа получала комбикорм альголизованный КБХ из расчета 3% массы комбикорма со степенью загущения КБХ равной 33.
За счет увеличения молочности свиноматок и жирности молока подсосные поросята имели высокую жизненную энергию роста, отличались от сверстников подвижностью и высоким иммунитетом. Заболеваний и отхода молодняка за подсосный период не отмечено (две головы были задавлены свиноматками). На отъеме в возрасте 29 дней средний вес поросят был выше контрольной группы на 37%.
Кроме того, хлорелла оказала стимулирующий эффект на воспроизводительную систему свиноматок в опытной группе. Из 90 голов в период после отъема в течение 6 дней в охоту пришло 87 свиноматок (96,6%), в то время как в контрольной группе за тот же период охота наступила только у 65% свиноматок.
Поросятам-отъемышам в количестве 500 голов КХ скармливалась через медикатор системы поения ежесуточно в количестве 3 литров в течение первого месяца эксперимента и 4,5 литра в течение следующего месяца. Срок эксперимента составил 2 месяца с момента отъема.
Кроме того, в период эксперимента поросята получали альгализованный КБХ комбикорм в пропорции 3% от массы комбикорма, со степенью загущения КБХ равной 10.
Опытная группа поросят значительно опережала контрольную группу в развитии. Увеличение привесов составило 27% в первый месяц и 34% во второй месяц эксперимента. Падеж в опытной группе был меньше контрольной в 4,7 раза.
Пример 8. Использование продуктов КБХ и КХ при содержании и откорме крупнорогатого скота.
Группе дойных коров в количестве 200 голов скармливался КБХ (КХ) через миксер-измельчитель, смеситель, раздатчик на колесах, в котором приготавливалась полнорационная кормосмесь из длинноволокнистого сена, соломы, силоса, комбикорма, пищевых добавок, минералов для КРС. Продукт вводился в миксер из расчета 0,3 литра на голову. Коэффициент загущения продукта имел значение равное 30. Срок эксперимента составил 50 дней. В течение одного месяца молочная продуктивность животных в опытной группе увеличилась на 19%. Содержание жира в молоке было выше, чем в контроле, на 0,15%. После окончания эксперимента в опытной группе молочная продуктивность держалась на том же уровне выше, чем в контрольной, еще два месяца, далее наблюдения не велись.
Высокая концетрация клеток в продукте в отличие от товарной суспензии хлореллы (плотностью 10 млн/мл) незначительно влияла на повышение влажности готового корма в миксере и одновременно позволяла скармливать животным необходимое количества биомассы хлореллы.
Пример 9. Использование ККСХ для стимуляции, роста и продуктивности роз при выращивании на гидропонике.
Применение ККСХ связано с повышением уровня технологичности использования хлореллы при выращивании роз на гидропонике, так как используемые объемы жидких продуктов при включении их в систему питания растений возможно уменьшить в десятки раз. Кроме того, корни высших растений не способны усваивать сами клетки хлореллы. ККСХ содержит широкую гамму физиологически активных веществ: индобные (ауксины), водорастворимые витамины, стероиды, гиббереллиноподобные вещества, фенольные соединения и цитокинины. Установлено, что эти вещества являются регуляторами роста и развития растений. Использование в качестве инградиента ККСХ в гидропонном растворе приводит к тому, что растения получают незаменимые элементы питания и стимуляторы роста.
Количество вводимого продукта ККСХ рассчитывают следующим образом. На теплице площадью 3 Га имеется 206 тысяч растений (роз). Объем питательной среды за один полив рассчитывается исходя из нормы 60-70 мл на одно растение. Итого за один полив расходуется около 14,5 тонн питательного раствора. Необходимый объем суспензии хлореллы составляет 10% от объема питательной среды, т.е. 1500 литров. При использовании ККСХ со значением загущения равным 30, для одного полива необходимо всего 50 литров ККСХ. Необходимый объем ККСХ через специальный дозатор равномерно распределяется во всем объеме питательной среды, подаваемой за один полив. ККСХ вводится в систему питания один раз в сутки.
Результаты использования ККСХ аналогичны результатам, полученным при использовании суспензии хлореллы.
Пример 10. Использование ККСХ для стимуляции, роста и урожайности зерновых культур на примере ячменя.
Проведение опыта включало следующие варианты:
1) посев ячменя без обработки ККСХ (контроль);
2) посев ячменя семенами, обработанными ККСХ.
ККСХ имела степень загущения равную значению 10. Объем ККСХ составил из расчета 30 литров ККСХ на 1 т семян ячменя. Обработка ячменя производилась через протравливатель семян. Степень увлажнения семян выбиралась таковой, чтобы повышение влажности семян не смогло значительно повлиять на ухудшение сыпучести ячменя при его посеве через сеялку. Норма высева составила 150 кг/Га, площадь посева составила 10 Га.
Результаты опыта. Урожайность на контрольном поле составила 21,4 ц/Га, на опытном поле средняя урожайность составила 30,9 ц/Га.