Введение к работе
Актуальность работы: одна из приоритетных задач комплексной программы развития биотехнологий в Российской Федерации № 1853п-П8 в период с 2012 по 2020 гг. заключается в интенсификации производства кормов и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных. В 2010 году в животноводстве в качестве кормов было использовано 45 млн. т. зерна, из которых более 50% было скормлено в сыром виде, что свидетельствует о крайне низкой эффективности отечественного кормопроизводства. В настоящее время доля зерна в выпускаемых комбикормах составляет 70%, что в 1,6 раза выше соответствующего показателя для стран Европейского союза, а импорт важнейших кормовых аминокислот составляет 100%. При таком кормлении конверсия корма в получении животноводческой продукции существенно отстает от мировых показателей, что снижает конкурентоспособность российского животноводства. Для выхода из сложившейся ситуации комплексом мероприятий предусмотрено развитие производства белка, сбалансированного по аминокислотному составу, а также создание новых научно-технических заделов, совершенствующих технологии белкового производства и применения. Использование в кормах полноценного белка резко увеличит их качество и будет способствовать повышению производительности животноводческой сферы.
В мировой практике с целью увеличения ресурсов высокоценного белка большое внимание уделяется развитию производства сои. По своей ценности белок данной культуры приближается к белку животного происхождения, при этом из урожая зерна сои белка можно извлечь больше, чем из эквивалентного урожая любой другой культуры. Спрос на соевое зерно, жмых и шрот неуклонно растет, а от объемов производства и цен на сою во многом зависит не только состояние мирового сельского хозяйства, но и мировой продовольственный баланс. В связи с этим, комплекс научно-исследовательских мероприятий, направленных на создание перспективных ресурсосберегающих способов переработки сои, как сырья, имеющего исключительную ценность для кормовой и пищевой отраслей представляет актуальную задачу.
Степень разработанности темы: выработка высокобелковой кормовой основы из соевых семян за счет их интенсивной обработки в поле акустических ультразвуковых волн представляет перспективную альтернативу существующим способам подготовки сои. Обработка соевых семян по предложенной технологии при относительно низких эксплуатационных и энергетических затратах позволяет кардинально снизить в них активность антипитательных веществ и тем самым повысить кормовую ценность соевого белка. Одновременно с этим, вследствие низкой температуры процесса, удается избежать денатурации белка, благодаря чему сохраняется его высокая растворимость. Разработанная технология, новизна которой подтверждается патентами РФ № 115165 «Устройство для температурно-ультразвуковой обработки зерна» и № 130519 «Устройство для обработки зерна», прошла практическую проверку и принята в ФБГНУ «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации», что говорит о завершенности научно-исследовательской работы. Актуальность предлагаемой разработки подтверждается также приоритетными направлениями развития университета № 01201151795 – Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК и № 01201151793 – Ресурсосберегающие технологии безопасных пищевых продуктов.
Цель работы: повышение кормовых достоинств и усвояемости зерна сои путем комплексной обработки, обеспечивающей экстрагирование водорастворимых ингибиторов протеаз в поле ультразвуковых волн.
Задачи исследования:
-
Анализ физико-химических и биологических свойств соевых семян, определение основных факторов, влияющих на эффективность их подготовки к скармливанию и качество содержащегося в них белка;
-
Теоретическое обоснование основных режимных параметров взаимодействия соевых семян с жидкой средой в условиях интенсивного ультразвукового поля, определение закономерностей повышения эффективности технологии подготовки соевых семян к скармливанию;
-
Экспериментальное исследование влияния физико-химических и технологических показателей обработки соевых семян в условиях интенсивного ультразвукового поля на эффективность их подготовки к скармливанию и качество содержащегося в них белка;
-
Разработка математической модели с целью обоснования рациональных технологических режимов подготовки соевых семян к скармливанию и рекомендации предложенных технологических решений для использования на практике при выработке высокобелкового корма из соевых семян;
-
Разработка технологии и конструктивной схемы оборудования, позволяющей вести обработку в условиях интенсивного ультразвукового поля с целью повышения эффективности их подготовки к скармливанию, а также технико-экономическая оценка результатов исследования с производственной проверкой предложенной технологии.
Объект исследования: технологический процесс окисления фермента уреазы и экстрагирования водорастворимых ингибиторов протеаз в поле ультразвуковых волн.
Предмет исследования: технологические режимы процесса окисления фермента уреазы и экстрагирования водорастворимых ингибиторов протеаз в проточном экстракторе слоевого типа.
Научная новизна заключается в совершенствовании технологии переработки полножирного зерна сои в корм для сельскохозяйственных животных за счет его комплексной низкотемпературной подготовки с помощью водно-кислородной смеси в поле акустических ультразвуковых волн высокой интенсивности, что позволяет снизить в нем активность веществ антипитательной направленности с одновременным сохранением высокого качества запасного белка. Научная новизна проекта подтверждается патентами РФ № 115165 и № 130519.
Практическая значимость: в результате проведенных испытаний установлены математические закономерности содержания в зерне полножирной сои веществ антипитательной направленности при воздействии на него водно-кислородной смесью в поле акустических ультразвуковых волн высокой интенсивности с разработкой соответствующего метода подготовки и общей схемы технологического процесса и оборудования, позволяющих вырабатывать высокобелковую кормовую основу повышенной усвояемости.
Методика исследования включает теоретические исследования на основе положений биохимии, механики и физики. Экспериментальные исследования основаны на использовании стандартных и отдельно разработанных методик контроля качества, химического состава и реологических свойств семян с применением методов математического и статистического анализа.
Основные положения, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование технологического процесса переработки семян сои с целью повышения их кормовой ценности за счет окисления фермента уреазы и водного экстрагирования ингибиторов протеолитических ферментов;
результаты экспериментальных исследований, обосновывающие технологические параметры и конструктивные решения (подтверждены патентами РФ № 115165 и № 130519);
аналитические выражения для назначения технологических режимов, определения производительности технологии и устройства в зависимости от схемы обработки и физико-механических характеристик обрабатываемого сырья;
результаты производственных испытаний предложенной технологии.
Реализация результатов исследований: результаты комплекса научно-исследовательских мероприятий по низкотемпературной переработке зерна сои с целью повышения его кормовых достоинств внедрены на ФБГНУ «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации».
Апробация работы: основные положения диссертационных исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова» в 2009–2013 гг., Международной конференции «Вклад молодых ученых в развитие АПК», посвященной 125-летию со дня рождения Н. И. Вавилова в 2012 г., Конкурсе научно-инновационных работ молодых ученых, посвященном 100-летию университета в 2013 г., VIII Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций, г. Саратов, 2013 г.
Публикации: результаты исследований опубликованы в 10 научных работах общим объемом 2,29 печатного листа из которых 1,89 печатного листа принадлежит лично соискателю. Три работы объемом 0,85 печатных листов опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получено 2 патента на изобретения.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работы изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 43 рисунка и 10 приложений. Список литературы включает 142 наименования из которых 11 на иностранных языках.
