Содержание к диссертации
Введение
1.Обзор литературы 20
1.1 Современное состояние проблемы защиты пищевых продуктов и продовольственного сырья с применением кормовых и пищевых добавок защитно-профилактического действия 20
1.2 Общая характеристика объектов исследования 26
1.2.1 Современная классификация кормовых и пищевых добавок 26
1.2.2 Характеристика сырья и вторичных сырьевых ресурсов для производства кормовых и пищевых добавок 29
1.2.3 Микроорганизмы, синтезирующие органические кислоты, и их использование в биотехнологиях переработки вторичных сырьевых ресурсов 39
1.2.4 Возбудители микробной порчи продовольственного сырья 49
1.3 Научное обоснование биотехнологии кормовых и пищевых добавок, основанной на направленном формировании их антимикробных и защитных свойств 52
1.3.1 Закономерности процессов биосинтеза L-форм органических кислот и бактериоцинов культурами бактерий 52
1.3.2 Индивидуальные штаммы молочнокислых и пропионовокислых бактерий для создания кормовых и пищевых добавок с защитно-профилактическими свойствами 58
1.3.3 Антимикробные и пробиотические свойства молочнокислых и пропионовокислых бактерий, используемые в технологии кормовых и пищевых добавок 61
1.3.4 Основные принципы создания консорциумов микроорганизмов для технологии кормовых и пищевых добавок 74
1.4 Существующие технологии получения кормовых и пищевых добавок на основе бактериальных консорциумов 77
1.5 Применение метода направленного культивирования консорциумов кислотообразующих бактерий в биотехнологии получения кормовых и пищевых добавок защитно-профилактического действия 82
1.6 Заключение по обзору литературы 85
2. Материалы и методы исследования 87
2.1 Организация исследований и структурно-методологическая схема их проведения 87
2.2 Методы исследований 90
3.Результаты исследований и их обсуждение 98
3.1 Идентификация и скрининг культур микроорганизмов, обладающих повышенной биосинтетической способностью к образованию L-форм органических кислот и бактериоцинов 98
3.1.1 Селекция культур продуцентов органических кислот для получения пищевых и кормовых добавок 98
3.1.2 Изучение культурально-морфологических и биохимических свойств новых селекционированных штаммов 106
3.1.3 Характеристика кислотообразующей активности селекционированных штаммов бактерий для обоснования защитно-профилактических свойств 114
3.2 Подготовка сырья для культивирования консорциумов бактериальных культур 119
3.2.1 Исследование состава питательных сред для поддержания штаммов в активном состоянии 119
3.2.2 Изучение влияния различных компонентов минерального и органического питания при культивировании отобранных штаммов 123
3.2.3 Оптимизация состава питательных сред для отобранных путем скрининга штаммов-продуцентов 132
3.3 Исследование процессов культивирования селекционированных штаммов и их ассоциаций на различных видах питательных сред 138
3.3.1 Изучение стадийности процессов образования органических кислот и вторичных метаболитов, влияющих на защитные и профилактические свойства пищевых и кормовых добавок 138
3.3.2 Обоснование подбора симбиотических консорциумов кислотообразующих бактерий с целью получения кормовых и пищевых добавок 144
3.3.3 Экспериментальные данные по составу и содержанию метаболитов в культуральных жидкостях, получаемых при культивировании консорциумов кислотообразующих бактерий 148
3.3.4 Характеристика сырья и требования к субстрату 152
3.4 Изучение биологической активности культуральной жидкости с целью определения возможности получения пищевых и кормовых добавок защитно-профилактического действия 156
3.4.1 Определение антимикробных свойств различных культуральных жидкостей, полученных в результате ферментаций 156
3.4.2 Идентификация и количественное определение бактериоцинов в культуральных жидкостях 158
3.4.3 Экспериментальное определение спектра антимикробного действия культуральных жидкостей, полученных при культивировании консорциумов микроорганизмов на различных питательных средах 163
3.5 Изучение эффективности методов очистки, осветления и фильтрации культуральных жидкостей, полученных на основе различных видов вторичного сырья 165
3.6 Рекомендации по составлению банка штаммов кислотообразующих бактерий для создания симбиотических консорциумов с высокими пробиотическими характеристиками 177
4 Разработка технологической схемы получения кормовых и пищевых добавок защитно профилактического действия 180
4.1 Принципиальная технологическая схема получения кормовых и пищевых добавок защитно-профилактического действия 180
4.2 Основные стадии технологического процесса получения кормовых и пищевых добавок на различных видах вторичного сырья 183
4.3 Технологический процесс производства кормовых и пищевых добавок 187
4.4 Технологические схемы получения кормовых и пищевых добавок на различных видах вторичного сырья 199
4.5 Проведение производственных испытаний 206
4.6 Оценка потребительских свойств, полученных пищевых и кормовых добавок с целью расширения перспективы их использования в различных отраслях пищевой и кормовой промышленности 214
4.6.1 Кормовые добавки 214
4.6.2 Пищевые добавки (биоконсерванты) 219
4.7 Экономический эффект от реализации технологии производства кормовых и пищевых добавок 230
Заключение 235
Основные результаты и выводы 240
Список использованной литературы 244
Список сокращений 277
Список приложений 278
Приложение А – Технические условия, технологические инструкции, регламенты 280
Приложение Б – Акты производственных испытаний 294
Приложение В – Патенты, письма, диплом 318
- Характеристика сырья и вторичных сырьевых ресурсов для производства кормовых и пищевых добавок
- Изучение культурально-морфологических и биохимических свойств новых селекционированных штаммов
- Изучение эффективности методов очистки, осветления и фильтрации культуральных жидкостей, полученных на основе различных видов вторичного сырья
- Проведение производственных испытаний
Характеристика сырья и вторичных сырьевых ресурсов для производства кормовых и пищевых добавок
Как показывает анализ, развитие современного производства кормовых и пищевых добавок представляет собой стратегически важную задачу, предполагающую системные исследования в направлении использования имеющегося потенциала в виде вторичных сырьевых ресурсов и отходов производства перерабатывающих отраслей промышленности.
В настоящее время основным видом сырья для производства кормовых добавок является фуражное зерно. С этим связана высокая взаимозависимость комбикормовой и зерновой отраслей. Среди важнейших видов зерна, используемых на фуражные цели, представлены: пшеница, ячмень, кукуруза и рожь. Кроме того, комбикормовая индустрия является потребителем различных зерновых отходов, в том числе отрубей [71, 88, 102]
Признанным мировым лидером среди основных источников протеина по большинству основных показателей является соевый шрот. Производство данного вида сырья в нашей стране ограничено климатическими и географическими факторами. Это ставит отечественное животноводство в зависимость от импортных поставок сои и соевого шрота. Основными аналогами соевому шроту, все же уступающими ему по многим показателям, являются: подсолнечный и рапсовый шроты, а также хлопчатниковый шрот, горох и кормовые бобы.
Один из способов получения высокобелковых кормов – увеличение объемов выращивания высокобелковых культур, таких как рапс, подсолнечник, бобовые и др. трудоемкие культуры. Этот способ, однако, требует отвода дополнительных посевных площадей, семян, специальных сельхозмашин для уборки, переработки культур. Требуются также сооружения для хранения и обработки продукции и семенного фонда. Таким образом, выращивание указанных высокобелковых культур требует значительных затрат и госрегулирования. Для замены этих трудоемких культур требуется изыскивать нетрадиционные кормовые средства.
Помимо указанных видов сырья кормовая индустрия России является потребителем отходов свеклосахарного, крахмалопаточного и бродильного производств. Таковыми продуктами являются: меласса, жом, послеспиртовая барда, пивная дробина, крахмальные отходы и др., использование которых позволяет наиболее быстро и эффективно пополнить рынок кормовой продукцией высокого качества. Объемы вторичных ресурсов имеются в громадном количестве и практически не используются [107]
Объем образования отходов, являющихся потенциальным вторичным сырьем, ежегодно в целом по России составляет около 3 млрд. т. Значительная доля его образуется при переработке сырья в пищевой и перерабатывающей промышленности. Здесь исходное сырье для получения основной продукции используется на 50-70%, остальная часть переходит в отходы и вторичные сырьевые ресурсы (ВСР) [116, 156]
В стране за год в пищевой промышленности образуется до 45 млн. т ВСР, в том числе: в сахарной промышленности – 10 млн. т, в спиртовой промышленности – 11 млн. т, в молочной промышленности – 11,9 млн. т, в мукомольной промышленности – 4,5 млн. т.Их переработка позволит получить огромное количество ценнейших продуктов без вовлечения в производство новых источников сырья. Вместе с тем содержание сухих веществ в большинстве ВСР составляет 5-10%, они не стойки при хранении, быстро закисают, сбраживаются, теряя ценные компоненты и загрязняя окружающую среду. Хранение их в таком состоянии возможно без больших потерь только в течение 1- 3 суток [41]
Зерновая барда является отходом при производстве спирта из зернового сырья (пшеница, рожь, ячмень) в количестве 120-135 м3 на 1000 дал спирта с содержанием 6-7% СВ. При подготовке и сбраживании концентрированных сред по энергосберегающей технологии, содержание сухих веществ в барде может достигать 10% и более. Она используется в натуральном виде при откорме сельскохозяйственных животных и птицы, а также при производстве сбалансированных кормопродуктов. По органолептическим и физико-химическим показателям барда зерновая должна отвечать требованиям, указанным в табл. 1.
Питательная ценность барды доказана многолетним опытом ее использования при откорме животных, однако вследствие низкого содержания сухих веществ использование ее в натуральном виде малоэффективно, транспортные расходы велики, а неравномерность потребления барды в течение года вызывает необходимость либо направлять ее на очистные сооружения, либо сливать на поля орошения и в водоемы, что наносит значительный экологический ущерб. К тому же, барда характеризуется недостатком минеральных, отдельных азотистых веществ и низкой биологической ценностью. Несмотря на довольно высокое содержание протеина (20-30% по СВ), белки барды претерпевают денатурацию в процессе разваривания зерна, брожения, перегонки, трансформируются из одного состояния в другое и становятся малодоступными для организма. Срок хранения ее в жидком виде крайне ограничен, что при скармливании скоту требует оперативной доставки на фермы, а с учетом ее значительного количества требует наличия существенного поголовья скота в непосредственной близости от спиртового производства.
Более того, интенсивное скармливание барды вызывает заметные отклонения от нормы физиологического состояния животных, снижается рН жидкости рубца у КРС и резервная щелочность крови. У животных наблюдается деформация суставов, болезненность конечностей, отставание в росте и другие нарушения. Заметно снижаются репродуктивный период и показатели, характеризующие качество мяса, молока, шерсти. [29]
Анализ существующих технологий переработки и утилизации зерновой барды показал, что рационально используется 40-50% протеина барды, а остальное его количество безвозвратно теряется. Кроме того, в течение 5-6 весенне-летних месяцев барда вообще не находит сбыта. В связи с резким уменьшением поголовья КРС, который был основным потребителем барды, эта проблема стала особенно острой. [26] Учитывая вред, наносимый природе и упущенную выгоду при дефиците кормовых ресурсов. Правительство Российской Федерации резко ужесточило требования к производителям спирта. В соответствии с действующим Федеральным законом отныне они могут вводить новое или капитально отремонтированное оборудование лишь при условии обеспечения полной переработки или утилизации барды, получив положительное заключение государственной экологической службы. Поэтому решение проблемы использования послеспиртовой барды имеет большое народнохозяйственное значение [88, 162].
Существующие технологии использования послеспиртовой барды имеют существенные недостатки, требуют значительных затрат теплоэнергетических ресурсов и капитальных вложений. Главной трудностью в утилизации послеспиртовой барды является переработка ее жидкой фракции, объем которой составляет до 92% от всех стоков.
Оптимальным вариантом переработки послеспиртовой барды является ее сушка на распылительных сушилках. При этом высушивается весь объем барды без образования побочных продуктов. Производство в этом случае является чрезвычайно энерго- и материалозатратным и исторически получило широкое применение в Европе и США в связи с тем, что мировая практика в то время не имела других алтернативных решений и дотируется государством. Технология не нашла широкого применения в России, в связи с отсутствием государственной поддержки.
Разделение барды на твердую и жидкую фазы с последующим выпариванием фильтрата и сушкой требует сложного энергоемкого оборудования (центрифуги, сепараторы, фильтры, многокорпусные выпарные установки и др.), при этом полное отделение твердой фазы затруднено вследствие коллоидного характера смеси.
Вследствие этих причин даже широко рекламируемые в последнее время комплекты оборудования для сушки дробины барды (шведская схема, китайский вариант и т.д.) на обеспечивают эффективной утилизации послеспиртовой барды, имеют длительные периоды окупаемости затрат, поэтому не являются привлекательными ни для руководителей спиртзаводов, ни для потребителей сухой барды (дробины). [169]
Изучение культурально-морфологических и биохимических свойств новых селекционированных штаммов
Работе по идентификации бактерий предшествовало изучение культуральных свойств, то есть характера роста микроорганизмов на питательной среде, а именно формы, размера колоний, наличия пигмента, способность к росту при определенной температуре и концентрации углекислого газа и кислорода, на среде определенного состава. Определены морфологические свойства культур и тинкториальные свойства, в виде мазка из колонии, окрашиванию по Граму и некоторые биохимические свойства, а именно наличие ферментов оксидазы, каталазы. Все выделенные штаммы являются неподвижными, грамположительными, неспорообразующими, каталазонегативными палочками.
В дальнейших исследованиях была использована система API (фирма «bioMrieux») адаптированная для стандартизации традиционных методов идентификации. Использованы система идентификации API 20 E , а именно API 20E, API 20NE, APICHL, APICHE, включающая стрипы (биохимические тесты) (рис 4.) и базу данных.
Для приготовления суспензии использовали стерильный изотонический раствор. Концентрация микроорганизмов в суспензии определяли по оптическому стандарту мутности, производства Российского Государственного института медицинских и биологических препаратов им. Л.А. Тарасевича. Инкубация тест систем проводится в обычных термостатах. Температура (370 С) и время инкубации (12-24 ч.), указанные в инструкции фирмы-изготовителя, выдерживались максимально точно. Несоблюдение этих параметров является одной из наиболее частых причин неправильной идентификации культуры.
В рамках инновационной концепции API для получения окончательных результатов произведены вычисления для числовой идентификации, и по предоставленной фирмой компьютерной программе для проведения идентификации, проведено сопоставление штаммов с базой данных фирмы. В результате определены видовые принадлежности исследованных микроорганизмов: Lactobacillus plantarum ВНИИПБТ 578/26 ВГНКИ-08.02.54 - тонкие длинные палочки размером 0,6-0,9х1,5 мкм. Клетки расположены одиночно, попарно или собраны в цепочки. Аэротолерантные. На МРС агареобразует слегка выпуклые непрозрачные колонии бежевого цвета R-формы, диаметром около 1 мм.
Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii ВКМ В-103/27 ВГНКИ-08.02.57 - палочки размером 0,5-1,5 мкм, полиморфные иногда образующие короткие изогнутые цепочки; иногда имеют вид кокков. Аэротолерантные. Главный продукт метаболизма – пропионовая кислота. На агаризованной среде Кребса образует мелкие выпуклые блестящие колонии желто-кремового цвета с ровными краями, диаметром до 2 мм.
Lactobacillus acidophilus ВКМ 1660/08 ВГНКИ-03.04.10 - крупные неподвижные толстые палочки c угловатыми концами размером 0,8-1,0х1,3-1,8 мкм. Клетки расположены одиночно, попарно или собраны в короткие цепочки. Аэротолерантные. Продуцент DL-формы молочной кислоты, с преобладанием L-формы На МРС агаре образует выпуклые непрозрачные чечевицеобразные колонии.
Lactobacillus plantarum 314 ВКМ В 578 - палочки размером 0,9-1,2х3-8 мкм.
Клетки расположены одиночно или попарно. Грамположительные.
Неспорообразующие. Аэротолерантные. Сбраживает фруктозу, галактозу, глюкозу (кислота), мальтозу, манит, рибозу, сахарозу, целлобиозу со слабым газообразованием. Не сбраживает рамнозу, глюкозу с выделением СО2.Образует выпуклые непрозрачные колонии кремового цвета в виде плотных чечевичек. В двухсуточной культуре дает сильное равномерное помутнение среды.
Lactobacillus casei subsp. сasei 17 ВКМ 536 - крупные неподвижные толстые палочки c угловатыми концами размером 0,8-1,0х1,3-1,8 мкм. Клетки расположены одиночно, попарно или собраны в короткие цепочки.
Грамположительные. Неспорообразующие. Аэротолерантные. Сбраживает до кислоты без газообразования фруктозу, сахарозу, лактозу, галактозу, глюкозу, мальтозу, галактозу. Слабо ферментирует арабинозу, ксилозу, рамнозу, раффинозу, манит, сорбит. Продуцент DL-формы молочной кислоты, с преобладанием L-формы. В двухсуточной культуре дает равномерное помутнение среды. На МРС бульоне наблюдается активный пристенный и придонный рост.
На МРС агаре образует выпуклые непрозрачные колонии, иногда чечевицеобразные.
При изучении биохимических профилей с использованием тест-системы API 50CHL была проанализирована биохимическая активность штаммов с использованием набора из 49 субстратов.
Установлено, что штаммы видов L. plantarum и L. casei утилизируют наибольшее число субстратов, включая моносахара – гексозы (галактоза, фруктоза, манноза и др.), пентозы (арабиноза, рибоза), дисахариды (целлобиоза, мальтоза и др.), гликозиды (арбутин, амигдалин), глюкозиды (эскулин, салицин), сульфатированные олигосахариды (метил--D-маннопиранозид) и многоатомные спирты (сорбит, маннит).
Штаммы L. plantarum, L. caseii и L. acidophilus 1660 утилизируют 12 субстратов, включая гексозы, N-ацетилглюкозамин, глюкозиды (салицин) и дисахариды.
Полученные данные также позволили подтвердить таксономический статус изученных штаммов. Необходимо отметить, что при анализе биохимической активности исследованные штаммы разделились по признаку утилизации сахаров. Это объясняется тем, что микроорганизмы относятся к двум разным биохимическим группам: виды L. casei и L. acidophilus относятся к группе гомоферментативных лактобацилл, а вид L. plantarum – к группе факультативно-гетероферментативных лактобацилл. Метаболизм сахаров у представителей этих групп принципиально отличается: в первом случае генетически детерминирован гликолитический путь, во втором – пентозофосфатный. Гомоферментативные лактобациллы неспособны сбраживать пентозы, а гетероферментативные микроорганизмы обладают двумя путями метаболизма сахаров, при этом сбраживание гексоз происходит по гликолитическому пути, а пентоз – по окислительному пентозофосфатному. При достаточном количестве гексоз их сбраживание идет по гликолитическому пути, а при снижении количества гексоз наличие в питательной среде пентоз индуцирует синтез фосфокетолазы.
По результатам изучения межштаммовых взаимоотношений исследуемые штаммы были разделены нами на три условные группы: штаммы с сильной антагонистической активностью, штаммы – слабые антагонисты и штаммы со средней антагонистической активностью.
К группе штаммов с сильной антагонистической активностью нами были отнесены штаммы L. plantarum 578 и L. casei. Указанные микроорганизмы подавляют по семь (L. plantarum) и восемь штаммов (L. casei). Высокий уровень антагонизма этих бактерий по отношению к представителям этого же рода ограничивает их применение при реализации принципа совместного культивирования как при периодическом, так и при непрерывное способе.
Наиболее слабые антагонистические свойства проявил штамм L. delbrueckii. В ходе опыта развитие этого штамма подавлялось семью другими штаммами. Использование в составе комплексных заквасок данного штамма нецелесообразно, так как низкая устойчивость к действию бактериоцинов родственных бактерий приведет к скорой гибели этого микроорганизма.
К группе со средней антагонистической активностью нами были отнесены штаммы: L. plantarum 314 и L. acidophilus 1660. Все эти микроорганизмы биосовместимы с большим количеством штаммов и являются антагонистами небольшого количества штаммов (1-3 штамма). Взаимоотношения бактерий этой группы относятся к синергидным, т.е. имеет место один из вариантов полезных межбактериальных взаимодействий: мутуализм, комменсализм или нейтрализм.
Данные о межштаммовых взаимоотношениях микроорганизмов, полученные нами, позволили выделить группу бактерий рода Lactobacillus, наиболее перспективных в отношении совместного культивирования.
Наибольший интерес из изученной группы лактобактерий представляют штаммы L. plantarum и L. acidophilus. Эти микроорганизмы обладают выраженным антагонизмом по отношению к условно-патогенным микроорганизмам и устойчивостью к спектру антибактериальных средств, недетерминированной плазмидами [6]. Высокая степень биосовместимости этих штаммов, установленная нами впервые в описанном опыте, определила целесообразность их использования для совместного культивирования в составе мультиштаммовых пробиотиков.
Изучение эффективности методов очистки, осветления и фильтрации культуральных жидкостей, полученных на основе различных видов вторичного сырья
На предыдущем этапе исследований, на основании подобранных оптимальных составов питательных сред для получения кормовых и пищевых добавок, обладающих защитными и пробиотическими свойствами и уточненных параметров культивирования, получены культуральные жидкости на основе смешанного брожения.
На данном этапе проводилось уточнение параметров и сравнение технологических режимов процесса (фильтрация, концентрирование и очистка) получения препаратов, обладающих защитными и пробиотическими свойствами в лабораторных условиях.
Для этих целей возможно использование таких методов, как ультрафильтрация, вакуум-выпаривание, очистка с помощью различных сорбирующих веществ, обратноосмотическое фильтрование, концентрирование на роторном испарителе.
При выборе метода и режима обработки сброженных растворов необходимо учитывать ряд факторов, таких как возможность проведения процессов в стерильных условиях, возможность обработки культуральных жидкостей, чувствительных к температуре и другим факторам, высокая эффективность концентрирования и очистки при меньших затратах электроэнергии.
Объектом очистки являлась культуральная жидкость, полученная на основе ферментированного яблочного сока. Это сложная многокомпонентная система с рН 3,1-3,6 и содержанием молочной кислоты до 16%. Примеси состоят из минеральных элементов органических кислот, азотистых веществ, веществ коллоидного характера и красящих веществ.
Существующие методы очистки культуральных жидкостей на основе молочнокислого и смешанного брожения, используемые в производстве, содержащие органические кислоты и их соли не обеспечивают высокого качества конечного продукта. Поэтому исследовали процесс очистки растворов с помощью метода ультрафильтрации, как наиболее перспективный для достижения заданных качественных характеристик.
В работе использовались ультрафильтрационные мембраны «Владипор» типа УПМ-100и УАМ-150.
Эффективность мембранного осветления устанавливали по показателю проницаемости (удельной производительности, G, л/м2 мембран), это количество пермеата, получаемого в единицу времени с единицы рабочей поверхности мембраны.
Ультрафильтрацию культуральной жидкостиы проводили на мембранной ячейке ФМ-02-1000, имеющей характеристику: максимальный объем 1000 мл, максимальное рабочее давление 0,5 МПа.
Рабочая фильтрующая поверхность мембраны составляла 100 10-4 м2. Фильтрация проходила при комнатной температуре, постоянном перемешивании (магнитная мешалка) и давлении 0,15 МПа, создаваемом компрессорной установкой.
Исследования были начаты с раствора молочной кислоты, полученной в промышленности на основе традиционного сахаросодержащего сырья (меласса).
Начальная проницаемость мембраны УПМ-100 при фильтрации образца молочной кислоты с содержанием сухих веществ 8,9% составила около 270 л/м2 ч и за 3 часа фильтрации упала в 2 раза, т.е. 135 л/м2ч.
Исследовали 3 образца культуральной жидкости, полученных в лабораторных условиях на различных питательных средах.
Образец № 1 – Культуральная жидкость, полученная путем ферментации питательной среды на основеяблочного сока, солодовых ростков, кукурузного экстракта; в технологическом процессе добавляется СаСО3.
Образец № 2 – Культуральная жидкость, полученная путем ферментации питательной среды на основеяблочного сока, дрожжевого автолизата и солей.
Образец № 3 – Культуральная жидкость, полученная путем ферментации питательной среды на основевиноградного сока и дрожжевого автолизата.
Все три образца культуральной жидкости были сконцентрированы в 10 раз по объему, данные анализа содержания органических кислот в пересчете на молочную и пермеата представлены в таб.38.
Для фильтрования образца № 3 применялась мембрана УАМ-150.
Как видно из таблицы, независимо от состава питательной среды начальная проницаемость мембраны УПМ-100 составляет в среднем 50 л/м2ч, а мембраны УАМ-150 - 30 л/м2ч.
Через 4 часа фильтрации проницаемость УПМ-100 уменьшается до 9 л/м2ч, что говорит о достаточно малом ресурсе данной мембраны до регенерации. Визуальный осмотр мембраны показал, что на мембране произошла сильная сорбция красящих веществ, приведшая к снижению проницаемости. Мембрана же УАМ-150 незначительно сорбирует красящие вещества, поэтому проницаемость ее выше.
Далее проводили исследования по изучению возможности концентрирования биомассы и ее дальнейшего использования.
С этой целью на ультрафильтрацию передавались образцы культуральной жидкости, содержащей живые клетки бактерий, находящимися на разных стадиях развитии и в разных условиях культивирования.
В первой серии опытов культивирование консорциума молочнокислых и пропионовокислых бактерий осуществляли без нейтрализации образующейся молочной кислоты. Культуральную жидкость после 1, 3 и 5 суток культивирования передавали на ультрафильтрацию. Из каждых 500 мл раствора получали 50 мл концентрата биомассы и 450 мл прозрачного пермеата.
Часть концентрированной биомассы в этот же день использовали в качестве посевного материала (10%), остальную часть хранили в холодильнике при температуре + 50С и использовали как посевной материал в последующие дни. Результаты проведенных исследований показали, что как посевной материал можно использовать только концентрат культуры бактерий, полученный из сброженного раствора после первых суток культивирования и внесенных в новую питательную среду в тот же день – день получения концентрата.
Концентраты биомассы, полученные из культуральной жидкости 3-х и 5-х суток культивирования консорциума без нейтрализации молочной кислоты, были неактивными, т.к на состояние клеток видимо сказалось ингибирующее действие свободной не нейтральзованной молочной кислоты.
Концентраты биомассы, оставленные на хранение для последующего использования их в качестве посевного материала, также оказались неактивными. Видимо, в этом случае сказалось неблагоприятное действие низкой температуры хранения.
Проведение производственных испытаний
Кормовая белковая смесь
После отработки технологии в лабораторных условиях она была проверена в опытно-промышленных условиях на Лужковском спиртово-водочном заводе в 2002 г. Актом приемочных испытаний от 01.04.2002 г. технология была принята, нормативно-техническая документация согласована.
Перечень необходимого оборудования для осуществления способа включает типовые виды оборудования, выпускаемые промышленностью, часть емкостного оборудования может быть изготовлена на месте.
Технико-экономические расчеты и бизнес-план подтверждают экономическую эффективность производства обогащенного кормового белкового продукта из послеспиртовой барды.
В настоящее время технология производства кормовой белковой смеси под названием «Биобардин» реализована ООО «Битин» и ООО «Рязанские биотехнологии» на территории спиртового завода в Рязанской области.
Оборудование размещено в отдельно стоящем утепленном здании модульного типа, размером 30х18. Производственная мощность цеха по переработке послеспиртовой барды 100 т /сутки. Емкостное оборудование изготовлено на месте, остальное приобретено у отечественных заводов производителей.
Установка модуля, монтаж оборудования, коммуникаций, трансформаторной подстанции выполнены за шесть месяцев. Обеспечение производства бардой осуществляется через бардораздачу спиртзавода.
Производство кормовой белковой смеси «Биобардин» начато в 2003г. Разработан комплект нормативно-технической документации, включающий:
- Технические условия ТУ 9296-042-00334586-03 «Смесь кормовая белковая «Биобардин», согласованные с ФГУ «Всероссийский государственный научно-исследовательский институт контроля, стандартизации и сертификации ветпрепаратов», Департаментом животноводства и департаментом ветеринарии Минсельхоза РФ;
- Временное наставление по применению смеси кормовой белковой «Биобардин» по ТУ 9296-042-00334586-03 для животных и птиц (в порядке широкого производственного опыта), утвержденные Департаментом животноводства Минсельхоза РФ;
- Опытно-промышленный технологический регламент на производство кормовой белковой смеси «Биобардин» ОПТР 10- 024-00334586-03.
Производственная лаборатория аттестована ФГУ «Рязанский центр стандартизации и метрологии» на проведение контроля производства и готовой продукции (Свидетельство № 79). Получен сертификат соответствия № 0351332. выпускаемой продукции по данному технологическому процессу требованиям регламента и технических условий.
Управлением ветеринарии администрации Рязанской области выдано Ветеринарное удостоверение на выработку продукции, для реализации в торговой сети и на экспорт № 43-001180.
В октябре - декабре 2003г завершены производственные испытания серийной выработки белковой кормовой смеси «Биобардин» на предприятии ООО «Рязанские биотехнологии».
Протоколом производственных испытаний и Актом серийной выработки белковой кормовой смеси «Биобардин» на предприятии ООО «Рязанские биотехнологии» от 26.12.03г. подтверждено соответствие осуществляемого технологического процесса требованиям Опытно-промышленного технологического регламента и качества готовой продукции - требованиям Технических условий. Производство кормовой белковой смеси «Биобардин» продолжается в режиме серийного производства.
Качество готовой продукции - сухой кормовой белковой смеси «Биобардин» характеризуется следующими показателями:
массовая доля сырого протеина (%) по св. 35,5-45,6;
массовая доля белка по Барнштейну (%) по св. 29-37,1;
массовая доля аммонийного азота (%) по с.в 0,04-0,05;
массовая доля жира (%) по св. 8,0-5,1;
массовая доля углеводов (%) по с.в.30,0-40,0; обменная энергия 12,6- 13,4 МДж,
кормовые единицы 1,29 - 1,37;
по содержанию микроэлементов: общее количество микроэлементов составляет 15600-21800 мг/кг, в том числе фосфора 4700-5900; калия 2445-3500; натрия 650-1500; кальция 4500-11600; магния 245-1000;железа 720-780; кобальта 3,3-4,9;
по аминокислотному составу: общее количество аминокислот составляет 30-44% по св. кормового продукта, в том числе (%): лизин + гистидин 1,92-2,21; метионин с цистином 1,15-1,46; треонин - 1,1-2,09, серин 1,2-2,1; глицин 1,1-2,0; пролин 2,1-3,14; фенилаланин + тирозин 2,1-3,20; аргинин 0,81-1,25; аспарагиновая кислота 2,09-5,00; глутаминовая кислота 5,69-14,84; изолейцин + лейцин 3,24-5,0 и аланин 1,37-2,53.
По содержанию витаминов мг/кг: токоферол (Е) 36,5-43,5; тиамин (Вг) 1,7-4,3; рибофлавин (В2) 6,5-7,7; пантотеновая кислота (В3) 30,0-53,5; холин (В4) 500-700; никотиновая кислота (В5) 21,5-90,2; пиридоксин (В6) 8,0-12,2; фолиевая кислота (В9 ) 14,3-19,3; цианкобаламин (В12) 11,0-34,4.
Содержание биологически активных веществ в обогащенном кормовом продукте может регулироваться в процессе ферментации.
Полноценность получаемого кормового продукта обусловлена, кроме содержания белков и аминокислот, содержанием важнейших микро- и макроэлементов и витаминов, биологически активных веществ.
Наличие в обогащенном кормовом продукте защитных веществ обеспечивает его способность сохраняться в течение длительного времени даже без высушивания. Так, обогащенный кормовой продукт нативный может сохраняться без порчи в течение 3-4 месяцев. Такое же длительное время храниться фильтрат обогащенной барды.
Это обусловлено тем, что продуценты консорциума микроорганизмов в процессе ферментации образуют биологически активные вещества, ферментные системы, продукты метаболизма, которые включаются в регулирование обменных процессов в организме животных, положительно влияют на иммунную систему, препятствуют росту и развитию микроорганизмов, вызывающих заболевания желудочно-кишечного тракта (сальмонеллез, дисбактериоз, микоз и микотоксикоз и другие), предотвращают образование токсинов.
Особенно важную роль играет синтезирование продуцентом витамина В12, который повышает усвоение корма и перевариваемость, а также стимулирует рост и привес молодняка сельскохозяйственных животных и птиц, позволяет им развиваться при отсутствии или недостаточности белков животного происхождения, повышает яйценоскость. В продуктах растительного происхождения В12 не содержится. Недостаток витамина В12 приводит к анемии, изменениям формулы крови.
Полученный после обработки спиртовой барды фильтрат содержит незначительное количество примесей, особенно органических, содержание сухих веществ 1,0 - 1,25% против 3,5-4,0% в фильтрате барды, массовая доля углеводов составляет 0,17-0,2% против 1,3 соответственно, значительно ниже содержание зольных элементов - 0,13% против 0,85%, жира 6 против 60мг/л соответственно. Фильтрация обработанной барды происходит без затруднений, так что основная доля влаги из кормового продукта удаляется механическим способом, что приводит к экономии теплозатрат на сушку кормового продукта.
Установлена возможность полного возврата получаемого фильтрата в спиртовое производство на замес с дополнительным улучшением качества затора (защита от закисания). Эта технология хорошо совмещается со спиртовым производством, обеспечивая комплексное использование сырья и безотходное производство.