« Производство кормовых дрожжей для животных и птицы с использованием безопасной ресурсосберегающей технологии из отходов животноводческих комплексов с разработкой экстракционного оборудования » Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» (ФГБОУ ВПО ВСГУТУ) Баторова Ирина

Приоритетное развитие животноводства является одним из основных направлений реализации программы «Развитие агропромышленного комплекса и сельских территорий в Республике Бурятия на 2011–2017 годы и на период до 2020 года», что предопределяет решение таких важных проблем, как: -создание прочной кормовой базы для животноводства; -переработка органического сырья, получаемого на предприятиях АПК (навоз, помет, торф, солома и др.), в высокоэффективные биологически активные вещества, добавки и удобрения, как основы для повышения развития животноводства, его продуктивности и плодородия почв и урожайности сельско-хозяйственных культур с одновременным обеспечением охраны окружающей природной среды. Приоритетное развитие животноводства является одним из основных направлений реализации программы «Развитие агропромышленного комплекса и сельских территорий в Республике Бурятия на 2011–2017 годы и на период до 2020 года», что предопределяет решение таких важных проблем, как: -создание прочной кормовой базы для животноводства; -переработка органического сырья, получаемого на предприятиях АПК (навоз, помет, торф, солома и др.), в высокоэффективные биологически активные вещества, добавки и удобрения, как основы для повышения развития животноводства, его продуктивности и плодородия почв и урожайности сельско-хозяйственных культур с одновременным обеспечением охраны окружающей природной среды.

Системный подход к животноводческим предприятиям позволяет представить предприятие в виде замкнутой системы: «внешняя среда - животноводческое предприятие – почва – внешняя среда». Реализация любого крупного инвестиционного проекта на уровне хозяйства без учета связей в системе «внешняя среда – животноводческое предприятие – почва – внешняя среда» не даст ожидаемых результатов. Например, игнорирование экологического подхода к утилизации органических отходов неизбежно обусловит резкое снижение качества продукции растениеводства, опасное загрязнение грунтовых, поверхностных вод, воздушного бассейна, заболеваемость животных и населения. Системный подход к животноводческим предприятиям позволяет представить предприятие в виде замкнутой системы: «внешняя среда - животноводческое предприятие – почва – внешняя среда». Реализация любого крупного инвестиционного проекта на уровне хозяйства без учета связей в системе «внешняя среда – животноводческое предприятие – почва – внешняя среда» не даст ожидаемых результатов. Например, игнорирование экологического подхода к утилизации органических отходов неизбежно обусловит резкое снижение качества продукции растениеводства, опасное загрязнение грунтовых, поверхностных вод, воздушного бассейна, заболеваемость животных и населения.

Технологические схемы получения питательной смеси Экстрагирован ие водой 1:2 при T=60°C, τ=20 мин., рН=5,5-6,0 Шлам Птичий помет Экстракт Стерилизация T=150°C, 1 атм, τ=30 мин. Стерилизация T=150°C, 1 атм, τ=30 мин. Концентрирование На удобрение Шлам на выращивание дрожжей Стерилизация Целлюзосодержащие отходы Гидролиз T=140°C, τ=60 мин, 100гр. на 1 л. Гидролиз T=140°C, τ=60 мин, 100гр. на 1 л. Гидролизат Стерилизация T=150°C, 1 атм, τ=30мин Стерилизация T=150°C, 1 атм, τ=30мин Гидролиз T=140°C, τ=60 мин, 100гр. на 1 л. Гидролиз T=140°C, τ=60 мин, 100гр. на 1 л.

Технологическая схема культивирования микроорганизмов Упаковка, маркировка Сушка дрожжей Концентрирование Подача воздуха Питательные соли Ферментация при t= °С, Р=0,1 мПа и τ = 48 часов Гидролизат Проверенная культура Хранение Шлам

Патенты на производство кормовых дрожжей

Птичий помет экстрагируют водой в соотношении 1:2 при температуре 60°С в течение 20 мин, при рН 5,5-6,0. Полученный шлам и экстракт стерилизуют в автоклаве при температуре 150°С в течение 30 мин и охлаждают в течение 20 мин. Экстракт концентрируют при температуре 40-50°С до содержания сухих веществ 60-70% и используют в качестве удобрения. Оставшийся после экстрагирования осадок птичьего помета - шлам подвергают гидролизу разбавленной до 1%-ной серной кислотой при температуре 140°С в течение 60 мин. Полученный гидролизат нейтрализуют известковым молоком или аммиачной водой и смешивают с гидролизатом соломы в соотношении 1:2 и направляют на выращивание дрожжей в ферментер. В ферментер вносят засевные дрожжи, питательные соли, содержащие азот, фосфор, калий и другие, необходимые для роста дрожжей элементы, а также вводят воздух для обеспечения кислородом процесса образования биомассы дрожжей и осуществления дыхания дрожжевых клеток. Выращивание дрожжей происходит при температуре 30-33°С в течение 48 часов. Выращенные дрожжи выводят из аппарата в виде дрожжевой суспензии, которая в дальнейшем проходит стадии флотации и сепарирования. Как правило, большинство витаминов не выдерживает температуру °С и выше. Поэтому в дальнейшем дрожжевой концентрат упаривают при температуре не более 80-85°С до содержания 22-25% сухого вещества. Сушку проводят до влажности 8-10%. Полученные дрожжи упаковывают и отправляют на склад.

Для проведения опытов по этой схеме была изготовлена установка для экстрагирования (извлечения) целевых компонентов из птичьего помета. Под экстракцией понимается извлечение соединений из жидкой или твердой фазы в жидкую фазу растворителя, называемого экстрагентом. При взаимодействии с экстрагентом в нем хорошо растворяются только извлекаемые компоненты и значительно слабее или практически вовсе не растворяются остальные компоненты исходной смеси. При экстракции из твердого тела имеются две фазы: жидкая и твердая. При экстракции из жидкости обе фазы жидкие. Экстракция из твердых тел имеет очень большое значение в производстве сахара, растительных масел, в витаминном производстве и т.д. Экстракция из жидкостей находит применение при производстве молочной кислоты и других пищевых кислот из ферментированных растворов. Также процессы экстрагирования широко используются в общественном питании, например, при варке и жарке продуктов, когда те или иные вещества из продукта переходят в воду или жир, при приготовлении многих напитков и многих других продуктов. Достоинствами экстрагирования являются низкие рабочие температуры, рентабельность извлечения веществ из разбавленных растворов, возможность разделения смесей, состоящих из близкокипящих компонентов, и азеотропных смесей, возможность сочетания с другими технологическими процессами (ректификацией, кристаллизацией), простота аппаратуры и доступность её автоматизации. Недостатком экстрагирования является физическая и моральная изношенность, низкая производительность, а также трудность полного удаления экстрагента из экстрагируемых веществ.

В лаборатории Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления разработали экстрактор для извлечения целевых компонентов. Технические и технологические решения изготовления установок защищены патентами.

Экспериментальная лабораторная установка Схема лабораторного экстрактора

Наружный корпус 1 и рабочая емкость 2 изготовлены из нержавеющей стали, основной процесс экстрагирования будет осуществляться в рабочей емкости. Для поддержания требуемого температурного режима в установке предусмотрен трубчатый электронагреватель 3. Рабочая емкость, заключенная в наружный корпус, плотно закрывается крышкой 4, закрепляется с четырех сторон болтами, создавая при этом внутреннее давление в емкости и соответственно уменьшая применение больших затрат на подогрев рабочей емкости 2. Уплотнитель 9 выполняет роль элемента, передающего вращение от мотор-редуктора к валу. Он также изготовлен из нержавеющей стали и имеет химически стойкую резину в области присоединения вала. Внутри имеется графитовый уплотнитель, который служит смазкой для передачи вращения от мотор-редуктора к валу и не пропускает пары, конденсат, а также инородные вещества извне. В основании вал 7 вставлен во фторопластовую втулку 10, установленную в отверстие внизу рабочей емкости. Втулка также как и уплотнитель не пропускает пары, конденсат и инородные вещества. Получение более чистого экстракта обеспечивает фильтр грубой очистки 13. Остальная мелкая фракция будет осаждаться в емкости для сбора и рециркуляции экстракта 14. Рециркуляция экстракта производится за счет центробежного насоса 11. Установка работает следующим образом. При включенном моторе-редукторе 15 в патрубок 5 загружается сырье и экстрагент. После смешения двухъярусной мешалкой 8, экстракт самотеком выгружается через патрубок 6 в отстойник экстракта 12 на фильтр грубой очистки 13, где извлеченный продукт избавляется от крупных примесей. Далее экстракт направляется в емкость для сбора и рециркуляции экстракта 14. Затем при необходимости мы сливаем полученный продукт или для более полного насыщения экстракта требуемым целевым компонентом направляем на рециркуляцию. Рециркуляция производится центробежным насосом 11 через патрубок 5. Достаточно насыщенный веществами экстракт удаляется из корпуса, мотор-редуктор выключается, открывается крышка и выгружается остававшийся шрот. После чего процесс повторяется заново.

Такая конструкция мешалки позволяет лучше разрыхлять сырье с экстрагентом (извлекателем), при этом создается необходимая большая межфазная поверхность между экстрагентом и сырьем, что помогает в получении качественного выхода экстракта.

Экспериментальная часть Температура, °СВремя, минГидромодульЭффективность, % ,16790, ,3399, , ,16789, ,3398, , ,16795, ,3397, , ,16791, ,3399, , ,16788, ,3387, , ,16781, ,3380, , ,16789, ,3395, , ,16786, ,3382, , ,16783, ,3381, ,

Из зависимостей видно, что при температуре в 60° - 62°С, гидромодуле 1:2 (птичий помет:вода) и времени в 20 минут эффективность экстрагирования птичьего помета наиболее эффективна и составляет 96%.

Определение производительности методом Релея или теорией подобия

Зависимость неэкстрагированного сырья от проэкстрагированного сырья при выращивании дрожжей

Массовая доля протеина (в пересчете на абсолютное сухое вещество)не менее 31% Массовая доля жира (в пересчете на абсолютное сухое вещество)не более 3,2% Сырая клетчаткане более 7% Массовая доля золы (в пересчете на абсолютно сухое вещество)не более 10% Массовая доля влагине более 10% Живые клетки продуцентаотсутствуют Токсичностьотсутствует Общая бактериальная обсемененность (тысяч клеток в 1 г дрожжей)не более 150 Обменная энергия, ккал/кгне более 3648,76 Перевариемость органической массы71,79% - 88,9 % Внешний вид Порошок от светло-желтого до коричневого цвета. Запах приятный, свойственный дрожжам.

Аминокислотный состав кормовых дрожжей (% от сухой массы) Лизин, % от сухой массы1,99 Метионин, % от сухой массы0,6 Цистин, % от сухой массы0,7 Треонин, % от сухой массы1,37 Триптофан, % от сухой массы0,42

Экспериментальные данные на привес у молодняка Возраст в неделях Живая масса в конце недели, г Потребление корма в клетках, в сутки, г (+2 г кормовых дрожжей) цыплят Контрольная Средний привес

Экспериментальные данные проведенные на яйценоскость НЕДЕЛИ клетки 1 неделя2 неделя3 неделя4 неделя5 неделя6 неделя7 неделя8 неделя Среднее значение , ,2 3 Контрол ьная ,7

После проведенных экспериментов были сделаны выводы: 1.Скорлупа яиц чистая, без пятен крови и помета, и не повреждена. 2.Содержимое яиц не имеет посторонних запахов (гнилости, тухлости, и др.). 3.Чистоту скорлупы отобранных яиц проверяли визуально при ярком рассеянном свете. 4.Запах содержимого яиц определяли органолептически. 5.Плотность и цвет белка яиц 1-й и 2-й клетки - плотный и светло-прозрачный, не растекается; у 3-й клетки – белок немного разжижен. Определяли визуально путем выливания яйца на гладкую поверхность. 6.Яйца просвечивали на овоскопе типа И-11А. 7.Состояние и положение желтка – желток держит свою форму, прочный, контуры едва заметны, занимает центральное положение с легким отклонением в сторону. Целостность скорлупы определяли просвечиванием яиц на овоскопе путем их поворачивания, толщина скорлупы составила – 0,35, 0,38, 0,33 мкм. 8.Высоту воздушной камеры – 2 мм, диаметр 8-10 мм. Измеряли при помощи шаблона-измерителя при просвечивании яиц на овоскопе. 9.Категория яиц: 1-я клетка – отборная, 1 категория и 2 категория. 2-я клетка – отборная, 1 категория и 2 категория. 2-я клетка – отборная, 1 категория и 2 категория. 3-я клетка контрольная – 1 категория и 2 категория.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!