Российская академия наук Институт биологического приборостроения с опытным производством 1

Биотехнологическое оборудование + Продуцент (грибы, бактерии, дрожжи) Субстрат (растительное и зерновое сырьё) = Полезный продукт: биотопливо (спирты), белок, жиры, витамины микробного происхождения БИОТЕХНОЛОГИЯ - наука о методах и технологиях производства различных ценных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов (микроорганизмов, растительных и животных клеток), частей клеток (клеточных мембран, рибосом, митохондрий, хлоропластов) и процессов. БИОТЕХНОЛОГИЯ - промышленное использование биологических процессов и форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами. 2

Растительное сырье как субстрат отличается сложным составом, основная масса компонентов нерастворимы в воде, нативное сырье содержит ингибирующие компоненты Возобновляемое растительное сырье как субстрат микробиологических технологий 3

Структурная схема технологических процессов комплексной переработки растительного сырья (на примере древесины лиственницы) 4

Зерновое сырье ЗЕРНО КрахмалКлетчаткаБелки влага - 15, крахмал , белки - 15, сахар - 3, жиры ,5, клетчатка - 2, зола - 2, гемицеллюлоза - 8 5

ГЛУБОКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЗЕРНА - переход на новый уровень развития экономики зернового комплекса

Основная объективно действующая движущая сила в создании технологий и производств глубокой переработки зерна – несоответствие содержания основных питательных веществ цельного зерна и прямых продуктов его переработки (мука, крупа) потребностям технического и пищевого применения. Например, в спиртовой промышленности сырьем, непосредственно участвующим в производственном процессе, является в основном крахмал, а белковые вещества (особенно водонабухающие) и клетчатка служат балластом. В пищевой и комбикормовой промышленности избыточное количество углеводов (крахмала) по сравнению с оптимальном в диетологическом смысле, вынуждает производителей вносить в рецептуры продуктов дополнительные источники белков БУЖ1:6-7:0,2 1:100:

Схема комплексной переработки зернового растительного сырья Схема комплексной переработки зернового растительного сырья.

Важной причиной интереса к глубокой переработки пшеницы служит тот факт, что продукты такой переработки могут присутствовать на альтернативных рынках с большей ценой по сравнению с традиционными рынками (мука, крупа) Клейковина в виде «пшеничного мяса» 0,3 кг Крахмал техническое применение Рынок биополимеров, загустителей 0,5 кг Мука 1 кг Цена 10 руб/кг Цена клейковины 80 руб за кг влажной формы Цена крахмала 16 руб за кг Общая стоимость продуктов 80*0,3 + 16*0,5 32 руб

Основным сырьем для создания индустрии глубокой переработки зерна для условий РФ является пшеница. В середине 80-х годов прошлого века СССР закупал 45 млн т пшеницы в год, а теперь Россия находится в числе крупнейших экспортеров зерна в мире. Экспорт в сезоне гг может достигнуть млн тн. Эти кардинальные перемены породили и серьезные изменения в структуре внутреннего рынка. В последние годы доля пшеницы в производстве зерновых в России увеличилась до двух третей. Страна постепенно идет к монокультурности. В абсолютном выражении прирост производства зерновых произошел исключительно за счет пшеницы. При такой структуре потенциал для экспорта других зерновых серьезно ограничен. При этом серьезные пертурбации произошли и в географической структуре производства – доля Юга России возросла с 26% до 35%. В перспективе, если не будут созданы мощности по глубокой переработке пшеницы в других регионах, для которых логистические издержки экспортных поставок велики, то именно Юг будет определять динамику производства пшеницы. (по материалам агентства «Совэкон»)

Соотношение основных питательных веществ в пшеничном сырье, промежуточных результатах переработки и в конечных продуктах потребления Углеводы Белки Жиры Крахмал ~ 70% Прочие ~ 2- 5% Клейковина 8 - 9% Прочие < 4% < 2% Мука пшеничная Углеводы Белки Жиры Клетчатка < 10 % Прочие < 2% Клейковина 75% < 2% Клейковина товарная Углеводы Белки Жиры Крахмал > 85 % < 0,8% < 0,5% Крахмал сортовой Углеводы Белки Жиры Крахмал > 85 % < 0,8% < 0,5% Пищевое и техническое применение крахмала Углеводы Белки Жиры Крахмал % Прочие < 5% > % 2-7 % Пищевые и кормовые продукты СырьеПереработка Конечные продукты

Субъективным фактором сегодняшнего интереса к глубокой переработке пшеницы служит то, что технологические решения проектов по ее глубокой переработке имеют длительную, более чем 30 летнюю успешную историю в мире, и практически не имеются в РФ. Сейчас сформированы инжиниринговые и консалтинговые группы по продвижению имеющихся технологических решений на рынок РФ (GEA, AlfaLaval, Roquette, Cargill и др.). Глубокая переработка пшеницы, заключающаяся в выделении и использовании ее компонентов, давно является крупной мировой отраслью производства. Суммарные объемы глубокой переработки пшеницы исчисляются десятками миллионов тн в год. Для РФ это относительно новое перспективное направление, хотя разработки в этом направлении у нас в стране имеют историю с х годов 20 –го века. Опытные регламенты на суточную переработку пшеницы 30 тн разработаны в НИИ Крахмалопродуктов. Инвестиции в технологии глубокой переработки зерна, наверное, окупились за более чем 30 летнюю практику работы заводов. Рынки по продуктам глубокой переработки зерна сформированы и основные участники определены. Теперь для иностранных игроков можно технологию предлагать и в РФ. До сегодняшнего дня в РФ реализован только один крупный проект по глубокой переработке пшеницы – компания Каргилл г. Ефремов.

Примерная схема технологических решений

Все перечисленные технологические решения формируют 3 основных производственных потока: Водонерастворимые углеводы – крахмал Соответствует требованиям конечных потребителей по составу компонентов (слайд6)Водонерастворимые углеводы – крахмал Соответствует требованиям конечных потребителей по составу компонентов (слайд6) 1 Водонабухающий комплекс белков и углеводов (клейковина с клетчаткой)Водонабухающий комплекс белков и углеводов (клейковина с клетчаткой) Не соответствует требованиям конечных потребителей по составу компонентов, является полуфабрикатом (добавкой – улучшителем)Не соответствует требованиям конечных потребителей по составу компонентов, является полуфабрикатом (добавкой – улучшителем) 2 Водорастворимый комплекс белков и углеводовВодорастворимый комплекс белков и углеводов Соответствует требованиям конечных потребителей по составу компонентов, но почти всегда, по целому ряду причин, является отходом производства (в лучшем случае кормовой добавкой). 3

Решением задачи устранения несоответствия компонентов конечных продуктов схем глубокой переработки пшеницы может служить схема с двумя потоками продуктов – углеводнобелкового и крахмала

Решением задачи замещения использования сухой клейковины в хлебопекарных предприятиях может служить схема получения концентрата «живой» клейковины непосредственно на самом предприятии с использованием осадительной центрифуги

Сравнение оценок емкости рынка и объема требуемой переработки пшеницы для схем 3-х и 2х фазного потока Крахмал > тыс. тн/год Пищевые цели 500 тыс. тн/год Технические цели > тыс. тн/год Сырье для крахмалопаточной и микробиологических производств > тыс. тн/год (переспектива при реализации программы ТП «БиоТех2030») Сухая клейковина 200 тыс. тн/год Хлебопекарная промышленность 100 тыс. тн/год Прочее 100 тыс. тн/год Кормовая добавка Весь произведенный объем Объем переработки будет сдерживаться емкостью рынка сухой клейковины. Суммарный возможный объем переработки может составить величину тн. пшеницы/год Крахмал > тыс. тн/год Пищевые цели 500 тыс. тн/год Технические цели > тыс. тн/год Сырье для крахмалопаточной и микробиологических производств > тыс. тн/год (переспектива при реализации программы ТП «БиоТех2030») Углеводно-белковый концентрат >8 000 тыс. тн/год Хлебопекарная промышленность > тн/год Функциональное питание > тн/год Комбикорма > тн/год Зависимость объема переработки от емкости рынка сухой клейковины отсутствует. Суммарный возможный объем переработки может составить величину > тн. пшеницы/год

Сравнение удельных характеристик 3-х и 2-х фазной схем глубокой переработки пшеницы Стоимость оборудования приведенная к годовой производительности предприятия без капитальных затрат на инфраструктуру и здания. > 500 $ На 1 тыс. тн/год Минимально рентабельная суточная переработка (экспертная оценка) 300 тн пшеницы/сутки Потери сухих веществ в производственном процессе 2-5% Стоимость оборудования приведенная к годовой производительности предприятия без капитальных затрат на инфраструктуру и здания. < 300 $ На 1 тыс. тн/год Минимально рентабельная суточная переработка.

Конкурентоспособная биотехнология требует не только эффективные продуценты и биопроцессы, но она не возможна без аппаратных и программных средств реализации новых биотехнологических процессов. Недооценка важности разработки современного биотехнологического оборудования, на котором могут быть эффективно реализованы новые биотехнологические процессы – одна из причин отставания в развитии биотехнологии в РФ. Кроме того, разработки научных основ новых процессов, без апробации технологии на пилотном уровне, недостаточно для принятия бизнесом решения об инвестициях в промышленную реализацию проектов и поэтому научный результат «кладется на полку». Причины торможения инновационного развития биотехнологии 5

В 60-х годах ХХ века это знали и в ИБП РАН (ранее СКБ БП) в числе первых было сформировано направление по разработке и производству биотехнологического оборудования. Первые поколения биореакторов создавались для жидкофазного культивирования бактериальных и дрожжевых культур Биотехнологическое оборудование в ИБП РАН 6

Биотехнологическое оборудование Ока-01-МФ-10Т 10

Биотехнологическое оборудование Ока-01-МФ-100Т 11

Мультибиореакторный Комплект лабораторного оборудования для исследований биотехнологических процессов в совмещенном режиме 19

Совмещенное культивирование Myceliophtora thermophila с носителем 30

Совмещенное культивирование: жидкофазная стадия 31

Мультиферментационный Комплект биотехнологического оборудования для совмещенного культивирования микроорганизмов 35

Оценка количества предприятий возможных к размещению на территории РФ при использовании 3-х и 2-х фазной схем глубокой переработки зерна При условии минимальной возможной переработки 300 тн пшеницы сутки и прогнозируемого рынка сухой клейковины в тн/год (выход 10 % от веса пшеницы) количество производств в РФ можно оценить величиной 20. Необходимо при таком объеме производства иметь ж/д хозяйство и станцию очистных сооружений. Минимальная оценка затрат на создание производств составляет величину 100 млн. уе. 20 При условии типового модуля с мощностью переработки 10 тн пшеницы сутки и прогнозируемого рынка углеводно-белковых концентратов тыс. тн количество производств в РФ можно оценить величиной более (при выходе концентрата в 55% от веса муки). Отсутствует при таком типе и объеме производства необходимость иметь ж/д хозяйство и станцию очистных сооружений. Минимальная оценка затрат на создание производств составляет величину около 1 млн. уе. > 3000

Перспектива использования разработок ИБП РАН 1. Производство и поставки биотехнологического оборудования для научных исследований, учреждений образования и биотехнологической промышленности. 2. Комплектная поставка оборудования и технологий для переработки зернового сырья: - комплексная переработка зернового сырья; - производство продуктов функционального питания. 3. Разработка технологических процессов для комплексной переработки лигноцеллюлозного сырья: - предобработка и комплексная переработка древесины; - получение кормов; - получение жидких топлив.

Благодарю за внимание