Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка технологической схемы получения кормовых дрожжей из свекловичного жома»

высшего профессионального образования

«Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина»

(ФГБОУ ВПО БелГСХА им. В.Я. Горина)

ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

Начальник НИЧ

к.с.х.н. _______________ А.Н. Ивченко

подпись, дата

старший преподаватель _______________ А.С. Колесников

подпись, дата

п. Майский, 2013

КОРМОВЫе Дрожжи, Дрожжевой кормоконцентрат, послеспиртовая барда, фугат, кек, аэробное Культивирование дрожжей, Ферментация, комбикорм.

Цель работы: изыскание перспективной технологии получения кормовых дрожжей из свекловичного жома, обеспечивающей улучшение технико-экономических показателей работы сахарного завода.

КРС – крупный рогатый скот;

ХПК – химическое потребление кислорода;

БПК – биологическое потребление кислорода;

DDGS – сухая барда;

DDG – продукт переработки твердой фазы барды;

КНМК – концентрат низкомолекулярных кислот;

РБВК – растительно-белковый витаминный концентрат;

НДС – налог на добавленную стоимость.


Введение

В настоящее время в стране существует дефицит протеина в кормах. В расчете на 1 кормовую единицу рациона чаше всего его приходится 80-90 г (по норме 100-110 г). Известно, что вследствие недостатка протеина в рационах ухудшаются перевариваемость и использование кормов, на 30-50% уменьшается продуктивность животных, снижается качество продукции и увеличиваются затраты кормов на единицу продукции. Поэтому в регулировании этого уровня большую роль играют различные кормовые добавки с повышенным содержанием протеина, включающего в себя незаменимые аминокислоты, макро- и микроэлементы, витамины [1].

Однако существующие источники получения кормовых дрожжей не в полной мере позволяют решить возникшую проблему. Поэтому необходимость в разработке технологий получения кормовых дрожжей из нетрадиционных источников становится актуальной. При внедрении разработанных технологий предпочтение отдается энергосберегающим, безотходным технологиям с использованием вторичных источников энергии. Важное значение имеет экологичность предлагаемых технологий.

На наш взгляд решить возникшую проблему позволит внедрение технологии получения кормовых дрожжей из свекловичного жома. Поскольку производство свекловичного жома в России возрастает с каждым годом, то возникает проблема его утилизации. Таким образом, предлагаем решить две проблемы применением технологии получения кормовых дрожжей из свекловичного жома.

При регулярном применении кормовых дрожжей увеличивается жирность и количество молока, сокращается падеж, сокращается период откорма, стимулируется функция размножения, улучшается качество меха и пера, увеличивается яйценоскость, улучшается качество яиц, увеличиваются привесы.
1 Состав, свойства и применение кормовых дрожжей
Кормовые дрожжи — специальная биомасса дрожжей на основе субстратов растительного (отходы целлюлозно-бумажного и крахмалопаточного производства) и нерастительного сырья (нефтяные фракции), выращиваемая на корм сельскохозяйственным животным, пушным зверям, птицам и рыбам. Кормовые дрожжи используют при производстве комбикормов, а также в качестве биодобавки в кормовые рационы.

Кормовой дрожжи – высокоценный белково-витаминный продукт. Микробный протеин, синтезируемый дрожжами, по усвояемости и содержанию аминокислот, превосходит протеин животного происхождения, повышает биологическую ценность белков других кормов. Белок кормовых дрожжей переваривается в организме животных на 95%. Сера и ее соединения, входящие в состав, участвуют в биологических процессах образования аминокислот. Ферментные системы дрожжей катализируют процессы усвоения аминокислот и синтеза белка. Фосфор и кальций, находящийся в составе дрожжей, способствуют нормальному развитию костного скелета. Витамины группы В, входящие в состав дрожжей, являются регуляторами метаболизма жиров. Противопоказаний к применению кормовых дрожжей не имеется. Передозировка кормовых дрожжей не вызывает побочных явлений. Применение продукта не влияет на сроки убоя животных и использование молока [2].

Вид кормовых дрожжей определяется штаммом гриба-продуцента и средой его выращивания. В качестве штаммов-продуцентов кормового белка используют микроскопические грибы родов Candida, Saccharomyces, Hansenula, Torulopsis и др. они представляют собой одноклеточные микроорганизмы (грибы), способные развиваться в питательной среде, которая содержит источники углеводного и минерального (N, Р, К, Mg, Са, Fe, Mn, Zn и т.д.) питания, а также растворенный кислород. В процессе роста биомассы в дрожжевой клетке происходит ферментативный синтез белка. Сырьем для питательных сред могут служить: углеводороды нефти (очищенные жидкие парафины), низшие спирты (этанол и метанол), гидролизаты древесных отходов (опилки, стружка, щепа), гидролизаты с/х отходов (солома, шелуха семян, кукурузная кочерыжка и т. п.), сульфитные щелока целлюлозно-бумажного производства, послеспиртовые барды гидролизно-и сульфитно-спиртовых производств. В зависимости от среды, в которой выращивали дрожжевую клетку, различают гидролизные, кормовые классические и белково-витаминный кормовой дрожжевой белок. Готовые кормовые продукты из разного сырья несколько различаются по цвету и структуре [3].

Таблица 1 – Технологические характеристики кормовых дрожжей разных групп

Тип кормовых дрожжей	Среда для культивирования дрожжевых клеток	Готовый кормовой продукт		Выход кормового белка на 1 т сухого сырья, кг
		Структура	Цвет
Гидролизные	Древесные и с/х отходы	Порошок, гранулы	Желтый, темно-желтый	240-450
Кормовые классические	Послеспиртовая барда	Чешуйчатый порошок, гранулы	Светло-коричневый, коричневый	260-400
БВК	Парафины нефти, низшие спирты, природный газ	Порошок, гранулы	Светло-желтый, светло-коричневый	600-800

Кормовые дрожжи выпускают в основном в виде порошков и гранул (рисунок 1).

Биомасса дрожжевых клеток состоит из 75 - 80% воды и 25 - 20% сухих веществ. Органические вещества дрожжей состоят из протеина, полисахаридов, безазотистых экстрактивных соединений и липидов. Наиболее ценным компонентом является протеин. Наибольшее количество протеина содержится в кормовых дрожжах, выращенных на зерно-картофельной и мелассной барде. Химический состав дрожжей зависит от состава перерабатываемого сырья, расы дрожжей, технологии производства, способа сушки [4]. Химический став кормовых дрожжей, полученных на различных видах барды, приведен в таблицы 2.

Кормовые сухие дрожжи, вырабатываемые на спиртовых заводах, содержат протеина не менее 45%, а усвояемого белка не менее 35%. По содержанию лизина и метионина (г/кг) дрожжи уступают только рыбной муке. В кормовых дрожжах содержится: лизина - 32,8 г/кг; метионина - 8,2 г/кг; триптофана - 6,3 г/кг.

Кроме основных веществ дрожжевые клетки содержат в небольших количествах различные биологически важные вещества, катализирующие процессы обмена, т. е. ферменты, окислительно-восстановительные системы, вещества роста, витамины, порфирины.

Биологическая ценность дрожжей обусловлена высоким содержанием витаминов группы В. По этому показателю дрожжи превосходят все кормовые продукты. Также в дрожжах в необходимых количествах содержатся витамины групп: А, Е, D, C. Оптимальное соотношение в дрожжах кальция и фосфора, обеспечивает прекрасное развитие крепкого костного скелета молодого поколения животных. Аминокислотный состав протеина кормовых дрожжей, превосходит количество протеина содержащегося в зерне пшеницы и других злаков. Витаминный состав дрожжей приведен в таблице 3.

Скармливать животным и птицам кормовые дрожжи в натуральном виде не рекомендуется, их можно употреблять в рацион питания лишь как белково-витаминную добавку. Значительные исследования и многолетняя практика по скармливанию дрожжей доказали их высокую эффективность использования. Опыты, проведенные при откорме свиней, показали, что введение в корм дрожжей в количестве 8-10 % от сухой массы общего корма повышает привес животных на 15-20 % и снижает затраты общих кормов на единицу привеса более чем на 10 %, сокращает продолжительность откорма свиней со 148 до 116 дней. Большую ценность представляют кормовые дрожжи для племенных свиноматок: улучшается их общее состояние, повышается молочность, снижается смертность поросят. Кормовые дрожжи можно успешно скармливать телятам и крупнорогатому скоту. Дрожжи могут заменить 20-30 % нормы цельного молока при вскармливании телят и обеспечить ежедневные привесы в 650-750 г. При выращивании телят 1 кг дрожжей заменяет 4-6 кг молока и позволяет получить дополнительно до 320 г телятины. Дрожжи повышают удои молока на 3-3,5 л в сутки и содержание жира в нем на 0,4-0,6 %.

Кормовые дрожжи являются ценным кормом для пушных зверей, заменяя на 30 % мясной корм. Систематическое скармливание дрожжей на зверофермах привело к повышению сопротивляемости животных заболеваниям и значительному улучшению качества меха.

Особенно эффективно использование кормовых дрожжей в птицеводстве. Птица очень нуждается в белковом корме, содержащем комплекс витаминов В. Особенно необходимы дрожжи при клеточном содержании птиц, а также при выращивании цыплят. Добавление кормовых дрожжей в рацион в количестве 5 % от общей массы корма увеличивает яйценоскость кур-несушек на 21-40 % (в зависимости от породы кур), а 10 % - на 26-51 %. Килограмм дрожжей, скормленный курам, дает возможность получить дополнительно более 30-40 яиц.

Кормовые дрожжи успешно используются при искусственном разведении рыбы, а также в пчеловодстве для подкормки пчел ранней весной [5].
2 Существующие технологии получения

кормовых дрожжей
Анализ существующих технологий получения кормовых дрожжей показывает, что основные этапы производства у всех технологий одинаковы. Отличаются технологии только дополнительными операциями, применяемыми для различных источников получения. Поэтому технологии получения кормовых дрожжей можно рассмотреть на примере технологии получения из послеспиртовой барды, так как это самая распространенная технология.

Послеспиртовая барда является отходом спиртового производства. Утилизация послеспиртовой барды связанна с экологическими проблемами. Поэтому существует технология переработки барды в кормовые дрожжи. Барда содержит весь белок зерна, поэтому обладает достаточно высокой питательной ценностью. Россия и многие зарубежные страны широко применяют переработку барды [6].

Фирмы «Альфа-Лаваль», «Atlas-Stord» и др. используют, в основном технологию «упаривания фугата» в выпарных станциях. Значительные энергетические затраты на процесс выпарки, а также цена на выпарные станции формируют полную стоимость технологии в размере нескольких миллионов евро. Более того, данная технология связана с множеством экологических проблем. Это не может отрицательно сказаться на окончательной себестоимости конечной продукции.

Чтобы снизить стоимость необходимо заменить технологию выпаривания аэробной микробиологической переработкой барды в концентрированные кормовые дрожжи. В России существует множество заводов, которые получают сухие кормовые дрожжи из послеспиртовой барде. Применяемое заводское оборудование используется крайне неэффективно, так как оно требует огромного расхода энергетических затрат. Оплата энергоресурсов является большой частью себестоимости продукции. Эта тенденция наблюдается из года в год. Решения экологических проблем, также увеличивают затраты предприятия на производство[7].

Предприятия, которые планируют перерабатывать барду в кормовые дрожжи, сталкиваются с проблемой выбора наиболее оптимальных производственных операций технологического процесса. Схема с выпарными станциями для получения «Сухой барды (DDGS)» и схема с получением кормовых дрожжей являются основными технологическими схемами переработки барды.

Основная трудность утилизации послеспиртовой барды это переработка жидкой фазы - «фугата». На спиртзаводе мощностью 3000 дал образуется до 350 м³/сутки. «Фугат» содержит вещества, которые загрязняют окружающую среду (ХПК и БПК «фугата» более 80 000 мг О₂/л).

Рассмотрим основные операции предложенных схем, выявим их преимущества и недостатки. Проведем сравнительный анализ существующих технологических схем.

Схемы с выпарными станциями для получения «Сухой барды (DDGS)»

Самой распространенной технологией в мире, является технология «упаривания фугата» на выпарных станциях. Шведская компания «Альфа-Лаваль», датская фирма «Atlas-Stord», ряд китайских и российских компаний используют именно эту технологию. Утилизация «выпара» требует наличие стационарных очистных сооружений, которые не каждый завод может себе позволить, поэтому нередко происходит ухудшение экологической обстановки.

Однако данная технология полностью укомплектована серийным оборудованием. Налажен рынок запасных частей и оборудования под данную технологию. Кроме того, рынок по реализации и применению сухой барды постоянно требует увеличения производства продукции не только для применения в сельском хозяйстве, но и во многих других отраслях [8,9].

В России только один спиртзавод («Спиртзавод Буинский» Татспиртпром) реализует полный цикл переработки барды в «DDGS. Остальные спиртзаводы («Уржумский», «Корыстово» и др.) реализуют технологический процесс по усеченному циклу переработки барды в продукт «DDG». Такой цикл предусматривает только переработку твердой фазы барды – «кек», а жидкая - «фугат» сливается в канализацию[10].

Технологическая схема аэробной микробиологической переработки жидкой фазы с получением концентрированных кормовых дрожжей позволяет снизить стоимости оборудования с одновременным снижением эксплутационных затрат. В России некоторые заводы («Береговской», «Мариинский», «Мамадышский» и др.) производят сухие кормовые дрожжи из послеспиртовой барды.

Специалисты ООО «СпиртПриборСервис-Наладка» совместно с ООО «АМТ» предложили новый подход к решению проблемы комплексной переработки барды. Суть подхода заключается в следующем. Послеспиртовая барда разделяется на жидкую и твердую фазы на центрифугах. Кормовые дрожжи выращиваются на фугате. Для сушки продукцию используют камерные контактные сушилки.

Данная технология позволяет перерабатывать послеспиртовую барду в сухой дрожжевой кормоконцентрат (ДКК) – смесь твердой фазы барды, с выращенными на основе фугата кормовыми дрожжами. Биологическая ценность и усвояемость дрожжевого кормоконцентрата (ДКК) значительно превосходит эти показатели сухой барды «DDGS». Свойства и питательная ценность соответствует кормовым дрожжам первой категории по ГОСТ 20083–74 [11,12].

Значительная экономия энергоресурсов по предложенной схеме получается за счет предварительного механического отжатия жидкости из фугата. Также, применение в качестве сушильного оборудования роторно-трубчатой сушильной печи, позволит снизить затраты на сушку готового продукта, так как энергопотребление у нее в 4-6 раза ниже, чем применяемых ранее сушилок распылительного типа.