Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1. Виды отходов и некоторые области их применения 8
1.2. Характеристика пивной дробины и проблемы ее утилизации 16
1.3. Применение пивной дробины в сельском хозяйстве и пищевой промышленности 23
2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 27
2.1. Материал и методы исследований 27
2.2. Результаты исследований и их обсуждение 39
2.2.1. Физико-химическая характеристика консервированной и стабилизированной пивной дробины 39
2.2.1.1. Технологические этапы консервации 39
2.2.1.2. Влияние химических консервантов на состав пивной дробины 41
2.2.1.3. Технология сушки пивной дробины и изменение ее состава в процессе хранения 49
2.2.2. Биотрансформация пивной дробины 54
2.2.2.1. Трансформация пивной дробины под влиянием амилосубтилина ГЗх 54
2.2.2.2. Изменения состава пивной дробины под влиянием эффективных микроорганизмов 59
2.2.3. Влияние биотрансформированной и стабилизированной пивной дробины на рост, развитие цыплят и качество некоторых продуктов питания 73
2.2.3.1. Опыты на цыплятах-бройлерах 73
2.2.3.2. Характеристика качества хлеба и колбасных изделий после добавления муки пивной дробины 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
ВЫВОДЫ 100
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 102
ПРИЛОЖЕНИЯ
- Виды отходов и некоторые области их применения
- Технологические этапы консервации
- Изменения состава пивной дробины под влиянием эффективных микроорганизмов
Введение к работе
Актуальность темы. Утилизация органических отходов сельского хозяйства и промышленности - одна из важнейших проблем современности. На нынешнем этапе развития общества, видимо, только биотехнологическая конверсия отходов может обеспечить, с одной стороны, выравнивание экологических нагрузок производств на окружающую среду, а с другой - получение практически значимых веществ различного назначения (кормовой и пищевой белок, ценные целевые продукты, биологически активные соединения и т.д.).
Одним из плотных отходов является пивная дробина, интерес к изучению которой в последнее время резко возрос [47, 89, 94, 185]. Это связано с тем, что на пивоваренных предприятиях России ежегодно образуется около 2 млн. тонн сырой пивной дробины, которая содержит большое количество питательных веществ и легко поддается переработке [165, 167, 191]. Она становится все более востребованой как кормовая добавка к рационам сельскохозяйственных животных и птицы [77, 126, 209]. Пивная дробина и продукты ее трансформации используются в производстве пищевых продуктов, в качестве субстрата для биотехнологических процессов, она является источником получения ксилита, глюкозы, глутамата натрия и др. [66, 134].
Однако широкое использование свежей пивной дробины ограничено из-за ее быстрой порчи, сложности транспортировки и необходимости применения больших объемов для удовлетворения потребностей организма животных. Это основные причины того, что на свалках скапливается огромное количество пивной дробины, которая загнивает, выделяет в атмосферу продукты, значительно нарушающие экологию и является источником различных микотоксинов. Исходя из этого, разработка вопросов консервации, стабилизации и трансформации, а также расширения областей применения био- трансформированной пивной дробины представляет весьма актуальную задачу.
Цель и задачи исследований. Разработать адекватные методы консервации, стабилизации, биотрансформации пивной дробины и последующего применения ее в качестве биодобавки к кормам или пищевым продуктам. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Изучить влияние химических консервантов, ферментного препарата и микроорганизмов-пробиотиков на изменение качества сырой пивной дробины.
Разработать технологию сухой пивной дробины и оценить физико-химические сдвиги ее в процессе хранения.
Оценить кормовую значимость биотрансформированной пивной дробины для организма цыплят-бройлеров.
Разработать технологию получения муки из пивной дробины и использовать ее в качестве биодобавки при производстве хлеба и колбасных изделий.
Научная новизна. Впервые проведена стабилизация нативной пивной дробины химическими консервантами в анаэробных условиях. Под действием кислотной смеси, бензойной кислоты и бензоата натрия органолептиче-ские и физико-химические характеристики сырой пивной дробины не изменяются на протяжении трех месяцев хранения.
Высушенная при различных температурных режимах (60-65 С и 100-105 С) пивная дробина в течение длительного времени сохраняет основные физико-химические показатели, характеризующие ее питательную значимость.
Впервые осуществлена биотрансформация пивной дробины амилосуб-тилином ГЗх и микроорганизмами-пробиотиками. Установлено, что под их влиянием усиливается протеинизация и липидизация пивной дробины, а также разложение «сырой» клетчатки. Показано, что биотрансформированная, особенно пробиотиком, пивная дробина, как добавка к основному рациону, увеличивает живую массу тела цыплят-бройлеров и позитивно влияет на метаболические изменения.
Установлено, что использование муки пивной дробины при выпечке хлеба ржаного и изготовлении колбасных изделий позволяет сократить затраты на исходном сырье, не изменяя качества готовых изделий.
Практическая значимость. Разработаны технологические этапы стабилизации, консервации и сушки сырой пивной дробины. Разработаны и утверждены технические условия 9184-001-00493497-2006 на получение муки из пивной дробины. Включение муки пивной дробины в рецептуру хлеба ржаного и колбасных изделий существенно повышает рентабельность производства, расширяет ассортимент продуктов питания с биодобавками без изменения их органолептических и физико-химических свойств.
Впервые осуществлена биотрансформация пивной дробины ферментным препаратом и эффективными микроорганизмами. Использование такой пивной дробины в рационе цыплят-бройлеров позволяет не только уменьшить расход кормов и, следовательно, затрат на их приобретение, но и увеличить продуктивность птицы, в том числе за счет улучшения метаболических процессов. Полученные результаты используются в образовательном процессе при подготовке студентов-биотехнологов, они будут полезны при написании монографий и методических указаний. Материалы диссертации нашли применение в ряде хозяйств Саратовской области и подтверждены соответствующими актами о внедрении научных исследований.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Характеристика органолептических и физико-химических свойств пивной дробины в динамике ее консервации и высушивания.
Особенности биотрансформации пивной дробины под действием эффективных микроорганизмов и ферментного препарата.
3. Влияние биотрансформированной пивной дробины на рост, развитие и метаболизм цыплят-бройлеров.
4. Оценка использования муки пивной дробины при изготовлении хлеба ржаного и вареных колбасных изделий.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены: на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов системы АПК (Саратов, 22-24 ноября 2003 г), Международной научно-практической конференции «ЭМ-технология - сельскому хозяйству» (Саратов, 11-13 ноября 2003 г), Всероссийской научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Саратов, 24-26 ноября 2004 г; 23-25 ноября 2005 года; 4-8 декабря 2006 года), научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского ГАУ по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы (Саратов, 4-8 февраля 2005 года; 4-8 февраля 2006 года).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, 2 из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, заключения, выводов и списка литературы, включающего 256 источников, в том числе 48 зарубежных. Работа изложена на 142 страницах и иллюстрирована 15 рисунками, 22 таблицами, содержит 10 приложений.
Виды отходов и некоторые области их применения
В июне 1998 года принят Федеральный закон "Об отходах производства и потребления", действует ряд нормативных актов по обращению с отходами. Согласно статье 16 Федерального закона от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ "Об охране окружающей среды", негативное воздействие на окружающую природную среду является платным. При этом обращает внимание тот факт, что приро-допользователь платит дважды: за размещение негативно воздействующих на окружающую среду отходов на свалке и за вывоз на полигон. Порядок исчисления и взимания платы за негативное воздействие на окружающую среду установлен рядом законодательных актов Российской Федерации [177]. Следовательно, государство обращает весьма серьезное внимание на проблему утилизации различных отходов.
Если еще недавно отходы не утилизировались, нанося огромный вред окружающей среде, то сейчас предпринимаются многочисленные попытки использования их в разнообразной хозяйственной деятельности человека [28, 83, 249]. Особое внимание уделяется вопросам переработки органических отходов. Они состоят, главным образом, из смесей органических соединений, которые особенно опасны, так как могут оказывать вредное воздействие на человека: при хранении или переработке выделять токсичные продукты, взрыво- и пожароопасные газы и.т.п. [48, 91]. Одной из наиболее перспективных технологий переработки органических отходов является получение биогаза [31, 56, 64, 106, 114, 203, 212, 213, 227, 229, 231, 232]. В основе его производства лежит метод анаэробного сбраживания, осуществляющийся в специальных биогазовых установках. Во время сбраживания развивается микрофлора, которая последовательно разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием синтрофных и метанобразующих бактерий превращаются в газообразные продукты - метан и углекислоту [240]. Остаток, образующийся при анаэробной переработке отходов, содержит значительное количество питательных веществ и может быть использован в качестве удобрения. Приведем лишь один пример. По данным Л.Л. Никифорова и др. [129], А.Ю. Мартынова и др. [117] анаэробное сбраживание наиболее приемлемо для переработки органических отходов как с точки зрения гигиены и охраны окружающей среды, так и обеззараживания и устранения патогенных микроорганизмов. Анаэробная переработка отходов мясокомбината позволила получить метан (СН4) и удобрение для внутрипочвенного внесения, которое увеличивало урожайность зерновых на 15-20 %. Использованная технология оказалась рентабельной даже для малых предприятий перерабатывающей промышленности.
Представим известные фазы биодеградации органических отходов при метановом брожении [13]. Как видно из таблицы 1, деградация органических веществ - это многоступенчатый процесс, в котором углеродные связи постепенно разрушаются под действием различных групп микроорганизмов.
Технологические этапы консервации
Как известно, консервация - это система различных технических мер для защиты какого-либо объекта (материала), применяемых либо перед его длительным хранением, либо для придания стойкости против гниения и другой порчи. В сельском хозяйстве для сохранения сочной растительной массы применяется несколько сотен химических консервантов и ассортимент их постоянно увеличивается. Однако химическое консервирование пивной дробины - потенциально эффективной кормовой добавки, еще не исследовано. Для решения этой проблемы нами в качестве консервантов пивной дробины апробированы минеральные (кислотная смесь) кислоты, органическая (бензойная) кислота и антибактериальная соль (бензоат натрия). Основные технологические этапы химического консервирования пивной дробины представлены на рисунке 3.
Сначала нами детально была проанализирована нативная (свежая) дробина. Затем ее разделили на четыре части: контрольная - необработанная пивная дробина; 1 опытная партия - пивная дробина, обработанная разведенной кислотной смесью (50 % соляной и 50 % серной кислоты) в дозе 65 мл на 1 кг; 2 опытная партия - дробина, обработанная сухой бензойной кислотой, в дозе 3 г на 1 кг; 3 опытная партия - дробина, обработанная сухим бензоатом натрия, в дозе 5 г на 1 кг. В наших опытах дозы химических препаратов были адаптированы к таковым же, которые используются при консервации трудноси-лосуемых кормов. Полученные партии пивной дробины тщательно перемешивали, помещали в эксикаторы, создавали в них анаэробные условия и сохраняли в темном месте при комнатной температуре (20-25 С). Химический анализ дробины проводили через 30 и 90 дней после закладки ее в эксикаторы.
Изменения состава пивной дробины под влиянием эффективных микроорганизмов
В последнее время все большее внимание для трансформации кормов привлекают микроорганизмы-пробиотики. Они, взятые в различных сочетаниях и ассоциациях, имеют мультиэнзимный набор, способны эффективно, целенаправленно модифицировать разные компоненты рационов. Кроме того, про-биотики сельскохозяйственного назначения, как правило, легко доступны и не дороги. Одним из таких современных пробиотиков является консорциум эффективных микроорганизмов (ЭМ), основной препарат которых называется «Байкал ЭМ1».
При проведении этих экспериментов пивная дробина была разделена на 4 партии: 1 - контрольная, 2 - опытная, обработанная препаратом в разведении 1:10, 3 - опытная, обработанная препаратом в разведении 1:100 и 4 - опытная, обработанная препаратом в разведении 1:1000. Раствор эффективных микроорганизмов вводили в нативную пивную дробину из расчета 10 % от ее массы. Затем все партии пивной дробины помещали в анаэробные условия и выдерживали в темном месте при температуре 20-25 С. По истечению 3, 10 и 30 суток эти партии исследовались нами по показателям, приведенным выше.
Установлено, что через 3 дня после обработки биопрепаратом содержание молочной кислоты во всех исследуемых партиях изменялось еще неравномерно. Во 2-й партии пивной дробины оно повышалось, а в 3 и 4 партиях, напротив, уменьшилось (табл. 11). Что касается уксусной кислоты, то ее содержание в пивной дробине, обработанной пробиотиком, первые два срока исследования соответствовало контрольному значению. Однако, ситуация существенно изменилась к 30-му дню опыта: в контрольной партии концентрация ацетата увеличилась примерно в 1,5 раза, а в опытных она была статистически достоверно низкой, чем в контроле, оставаясь практически на исходном уровне. Следует подчеркнуть, что содержание масляной кислоты во всех партиях пивной дробины оставалось на первоначальном уровне и соответствовало требованиям, согласно которым уровень масляной кислоты в кормах не должен превышать 0,1 %.
Похожие диссертации на Разработка технологии стабилизации, биотрансформации и применение пивной дробины
