«Наименование проекта» АССОЦИАЦИЯ АГРАРНЫХ ВУЗОВ ЦЕНТРА РОССИИ Руководитель проекта д.б.н., профессор Павловская Н.Е. Город …Орел……, 2014 год «Биоконверсия отходов агропром комплекса Орловской области в ценную вторичную продукцию»

ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТНУЮ ОБЛАСТЬ (ОПИСАНИЕ СИТУАЦИИ «КАК ЕСТЬ») Во всех странах имеются и постоянно накапливаются большие запасы малоиспользуемых или вообще неиспользуемых отходов сельского хозяйства, растениеводства, животноводства, зерноперерабатывающих и других производств, характеризующиеся низкой кормовой ценностью из-за наличия трудногидролизуемых полисахаридов и невысокого содержания усваиваемого белка, которые после соответствующей обработки могут приобретать кормовые свойства в 1,5-3,0 раза превосходящие фуражное зерно хорошего качества,. Биотехнология обладает обширными возможностями, так как ее методы выгоднее традиционных: они более производительны, используются при оптимальных условиях, экологически чисты, не требуют химических реактивов и т. д. Биотехнология создает рациональные и безвредные для человека и среды процессы конверсии продуктов сельского хозяйства в более ценные товарные формы. Кроме того, переход от традиционных способов переработки растительного сырья к биотехнологическим во многих случаях становится единственной возможностью для создания малоотходных технологий и экологически чистых производств. Из этого следует, что применение биотехнологии в сельскохозяйственном производстве – очень перспективное направление. Все чаще с целью получения полноценных сбалансированных кормов для сельскохозяйственных животных большое внимание уделяют микробиологическим методам. Грибы (высшие и низшие) являются ценными продуцентами белков, способными использовать в качестве субстрата мелассу, молочную сыворотку, сок растений, лигнин, клетчатку, целлюлозосодержащие отходы пищевой и деревообрабатывающей промышленности. Белки грибного мицелия по содержанию незаменимых аминокислот близки к белкам сои. Они богаты лизином, имеют высокую биологическую ценность и усвояемость. Для промышленного культивирования подобраны быстрорастущие штаммы грибов из родов Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Trichoderma. В биомассе этих грибов синтезируется 20 – 60 % белков от сухой массы. Актуальным является получение экологически чистых кормовых продуктов в рамках комплексной переработки малоиспользуемого сырья для решения проблем дефицита кормового белка, безвредных для человека средств защиты растений и т.д. Все более насущным становится вопрос о расширении кормовой базы, в частности, использование нетрадиционных энергетических и белковых источников, то есть повышение питательности целлюлозосодержащих отходов сельскохозяйственных производств обладающих низкой кормовой ценностью, но являющихся источником углеводов, в том числе соломы как недефицитного отхода растениеводства. Имеющиеся в открытой печати литературные данные подтверждают целесообразность переработки отходов сельскохозяйственного производства, в частности, соломы зерновых культур в ценные кормовые продукты с улучшенными питательными свойствами. Подобными исследованиями в разное время занимались многие ученые: Алимова Ф.К., Беловежец Л.А., Бойко И.И., Борисенков М.Ф., Вершинина В.Н., Громов С.И., Ездаков Н.В., Закордонец Л.А., Зафрен С.Я., Зелтиня М., Леснов П.А., Леснов А.П., Панфилов В.И., Перегудов С.С., Подгорская B.C., Саловарова В.П., Сушкова В.И., Тарабукин Д.В., Эрнст Л.К., Bailey M.J., Bisaria V.S., Doelle H.W., Kristensen J.B., Lijuan G., Mosier N., Murray M.Y., Toride Y., Santos A.L.F. Однако в их работах мало внимания уделено такому отходу сельскохозяйственного производства как солома зерновых культур, в частности, соломе яровой пшеницы и гречихи. В настоящее время для разрушения трудногидролизуемых полисахаридов в целлюлозосодержащем сырье чаще всего применяются химические методы. Данная технология является довольно дорогостоящей, не способствует улучшению питательных свойств сырья, а образующиеся в результате отходы загрязняют окружающую среду, в то время как переработка соломы зерновых с использованием микроорганизмов не только снижает содержание клетчатки, но и обогащает её протеином, витаминами, аминокислотами и пробиотическими компонентами. Основными продуцентами кормового белка в промышленном производстве являются кормовые дрожжи (Candida, Saccharomyces, Torulopsis), бактерии (Methylococcus, Pseudomonas, Alcaligenes, Achromobaster, Corinecteriu), одноклеточные водоросли (Chlorella, Scenedesmus, Spirulina), микроскопические грибы (Penicillium, Aspergillus, Fusarium). Сведений об использовании гриба Fusarium oxysporum, Trichoderma harzianum и комплексного препарата Байкал ЭМ-1 для комплексной переработки малоиспользуемого сырья, в частности, соломы зерновых культур при решении проблем дефицита кормового белка нами не найдено. На основании вышесказанного, представляется актуальным найти микроорганизмы-продуценты целлюлолитических ферментов, обладающие кормовой ценностью и разработать технологию переработки соломы зерновых ферментативным способом с последующим выращиванием на полученных гидролизатах этих микроорганизмов. Это позволит проводить гидролиз сырья и культивацию микроорганизмов для получения кормового продукта непосредственно в фермерском хозяйстве, используя отходы своего же производства. Использование отходов сельскохозяйственного производства с целью обогащения их микробным белком позволит решить экологические проблемы, возникающие при реализации технологий переработки, а также расширит сырьевую базу для получения кормовых продуктов. В настоящее время в аграрных регионах России проблема утилизации соломы зерновых культур в ценные продукты еще не нашла надлежащего инженерного воплощения. Для развития технологии глубокой переработки соломы зерновых культур необходим комплексный подход, учитывающий как недостатки известных технологий, так и потребности в продуктах вторичной переработки сырья. 2

ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТНУЮ ОБЛАСТЬ (ОПИСАНИЕ СИТУАЦИИ «КАК ЕСТЬ») Потенциал рынка в среднесрочной перспективе Перспективы развития отечественной кормовой индустрии находятся в прямой зависимости от общего состояния животноводства в стране, развитие которого в последнее время начало приобретать положительные тенденции роста, и особенно в секторе промышленного птицеводства и свиноводства, куда сейчас поступают значительные инвестиции. Использование кормовых добавок и высококачественных кормов повышает продуктивность животных, птицы и рыбы, и соответственно рентабельность хозяйств Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия предусмотрено существенное увеличение производства продукции животноводства. Производство скота и птицы (в живом весе) к 2012 году должно было составить 11,4 млн тонн, увеличившись по сравнению с 2006 годом на 42,9%. Рост продукции сельского хозяйства в большей степени будет обеспечен за счет роста объемов производства в животноводстве на основе создания принципиально новой технологической базы, использования современного технологического оборудования для модернизации животноводческих ферм. Кормовой белок В качестве кормовой добавки в животноводстве стали широко применять кормовой дрожжевой белок (кормовые дрожжи, кормовой белок) со второй половины XX в. Он существенно повышает биологическую ценность кормов, прежде всего за счет содержащихся в нем незаменимых аминокислот и витаминов. На российском рынке кормового белка по объёму натуральных продаж лидирует белковый концентрат метанового брожения. В 2011 г доля белкового концентрата от общего объёма продаж составила почти 90% (117 тыс т). На втором месте по объёму продаж – кормовые дрожжи с долей в 8% (10,3 тыс т). Соответственно доля продаж кормовых бактерий в России в 2011 г не превысила 3% (3,4 тыс т). Большая часть продаваемого в России белкового концентрата импортируется из-за границы. В 2011 г объём импорта белкового концентрата составил почти 123 тыс т. По данным ряда специалистов мировой дефицит белка кормов к началу XXI века оценивается в млн. т. в год. Применяемые в настоящее время в хозяйствах методы кормления животных не всегда позволяют в полной мере сбалансировать рационы по важнейшим показателям: энергии, протеину, минералам и витаминам, вследствие чего генетически заложенный потенциал продуктивности животных используется только на 50-60%. htm Одним из путей решения проблемы кормового белка является получение его микробиологическим путем. При этом продуцентами белка служат дрожжи, бактерии, низкие и высшие грибы и одноклеточные водоросли. Микроорганизмы отличаются высоким (до 60% сухой массы) содержанием белка, сбалансированного по аминокислотному составу. Кроме того, микроорганизмы содержат углеводы, липиды, витамины, макро- и микроэлементы. Важным достоинством производства кормового белка на основе микроорганизмов является использование сельскохозяйственных отходов, возможность организации промышленного производства, отсутствие сезонности и зависимости от погодно-климатических условий. Кормовые дрожжи получают на отходах деревообрабатывающей, кондитерской, молочной промышленности, сельского хозяйства, парафинов нефти (Воронков А.Б., Сизов А.И., Токарев Б.И.,1983,Выговская Е.Л.,1988). Для получения кормовых дрожжей на растительном субстрате (отходы древесины, солома, льняная костра, картофельная мезга, свекловичный жом и др.). наиболее эффективны дрожжи родов (Candida, Torulopsis, Saccharomyces). Растительное сырье, содержащее целлюлозу и гемицеллюлозу, подвергается кислотному гидролизу, в результате чего более половины полисахаридов гидролизуется до моносахаридов Fellows T.J., Worgan J.T., 1984; Friedrich J., Giterman A., Ferdich A., 1992;Ogden K, Tubb R.S. 1985). 3

ЦЕЛЬ И РЕЗУЛЬТАТ ПРОЕКТА Цель проекта: Цель: Рациональное использование растительных ресурсов и энергосбережение Способ достижения цели: Задачи: -Осуществить биотехнологическую переработку методом глубинной и твердофазной ферментации соломы злаковых культур и гречихи с использованием микроорганизмов для получения кормовой глюкозы и кормовых обогащенных белком добавок -Создать технико-экономическое обоснование для переработки навоза КРС, свинного и птичьего в биогаз и биоудобрения -Разработать схемы получения новых антибиотических веществ из растений и грибов (авенацина, гордецина, циклоспорина и др.) и обосновать экономически. -Создать новые экологически безопасные средств защиты сельскохозяйственных растений от болезней и вредителей на основе клеточных компонентов растений и грибов Результат проекта: Будет дана технологическая схема переработки отходов соломы злаковых культур и гречихи с целью получения вторичной ценной продукции (кормовых добавок, глюкозы, экологически безопасных средств защиты растений от болезней и вредителей, витаминов, антибиотиков, биогаза и биоэтанола, биоудобрения), научное обоснование создания устойчивых к болезням сортов зерновых и зернобобовых культур на основе ДНК-технологий. Требования к результату: 1. Лабораторная установка по изучению процессов экстракции Орел, ПАХП-ИПЭ 122, Лабораторная установка для исследования различных способов сушки Орел, ПАХП- СШ Хроматограф жидкостный градиентный «Стайер» ЗАО Аквилон, Россия 4. Биохимический анализатор «Clima MC-15» RAL, Испания Спектрофотометр «Мультискан Спектрум» Термо Фишер Сайентифик, Финляндия Ультрацентрифуга настольная с охлаждением, до об/мин, микрообъемная Sorvall MTX 150 Термо Фишер Сайентифик, Финляндия Муфельная печь ЭКПС-10 тип СНОЛ до 1300°С ОАО Смоленское СКТБ СПУ, Россия Шкаф сушильный ШС СПУ корпус - нержавеющая сталь до 350°С ОАО Смоленское СКТБ СПУ, Россия Термостат суховоздушый ТС-1/80 СПУ ОАО Смоленское СКТБ СПУ, Россия Термостат водный TW-2.03 ELMI, Латвия Магнитный смеситель на 4 позиции MS-01 ELMI, Латвия Шейкер орбитальный нетермостатируемый S-3.10L с комплектом аксессуаров ELMI, Латвия Шейкер качающий нетермостатирующий S-4 с комплектом аксессуаров ELMI, Латвия (2 шт) Шейкер орбитальный термостатируемый ST-3 ELMI, Латвия Центрифуга лабораторная, до 3500 об/мин, станд. пробирки СМ-6МТ с комплектом роторов ELMI, Латвия Центрифуга лабораторная, до об/мин, эппендорфы СМ-50 ELMI, Латвия Персональный вортекс V-3 ELMI, Латвия Весы аналитические Пипетки переменного объема с наконечниками Термо Фишер Сайентифик, Финляндия Пользователи результата: Коллективные, частные предприятия АПК 4

ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТНУЮ ОБЛАСТЬ (ОПИСАНИЕ СИТУАЦИИ «КАК БУДЕТ»)

ОСНОВНЫЕ БЛОКИ РАБОТ ПРОЕКТА Наименование Дли- тель- ность, дн. Начало Оконча- ние IIIIIIIVIIIIIIIV 1. Биоконверсия отходов агропром комплекса Орловской области в ценную вторичную продукци 2 года Осуществить биотехнологическую переработку методом глубинной и твердофазной ферментации соломы злаковых культур и гречихи с использованием микроорганизмов для получения кормовой глюкозы и кормовых обогащенных белком добавок Создать технико-экономическое обоснование для переработки навоза КРС, свинного и птичьего в биогаз и биоудобрения 1.3. Создать новые экологически безопасные средств защиты сельскохозяйственных растений от болезней и вредителей на основе клеточных компонентов растений и грибов Разработать схемы получения новых антибиотических веществ из растений и грибов (авенацина, гордецина, циклоспорина и др.) и обосновать экономически

ОСНОВНЫЕ БЛОКИ РАБОТ ПРОЕКТА Наименование Длит-- ть, дн. Начало Окон-е IIIIIIIVIIIIIIIVIIIIIIIV Создать новые экологически безопасные средств защиты сельскохозяйственных растений от болезней и вредителей на основе клеточных компонентов растений и грибов

ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТНУЮ ОБЛАСТЬ (ОПИСАНИЕ СИТУАЦИИ «КАК БУДЕТ») Текст слайда 8

ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТНУЮ ОБЛАСТЬ (ОПИСАНИЕ СИТУАЦИИ «КАК БУДЕТ») Уровень рентабельности производства кормовой добавки К.Д. 2 (солома пшеницы + Байкал ЭМ-1) составил 73,04%. Расчет экономической эффективности показал, что при кормлении цыплят-бройлеров, замена 10% фуражной пшеницы в комбикорме на кормовую добавку К.Д. 2 (солома пшеницы + Байкал ЭМ-1) в течение 28-ми дней позволило снизить расход фуражной пшеницы на одну голову на 238 г. Экономический эффект от использования кормовой добавки К.Д. 2 составил 1021,19 руб. на 1000 голов цыплят-бройлеров. Данный показатель рассчитан с учетом разницы в стоимости фуражного зерна и кормовой добавки (4,01 руб.), а также с учетом 100% сохранности поголовья при применении кормовой добавки К.Д. 2, полученной путем ферментативного гидролиза соломы яровой мягкой пшеницы с использованием микробиологического препарата Байкал ЭМ-1. Таким образом, полученные в работе результаты исследований и расчет экономической эффективности производства и применения кормовой добавки К.Д. 2 (солома пшеницы + Байкал ЭМ-1) позволяют рекомендовать замену в комбикорме для цыплят-бройлеров 10% фуражной пшеницы на данную кормовую добавку. Сырьевые ресурсы Орловской области, доступность технологии получения кормовых дрожжей из вторичных отходов, образующихся при переработке растительного сырья, определяют перспективу обеспечения отечественного кормопроизводства этими относительно дешевыми продуктами, высокоэффективными добавками для сельскохозяйственных животных и птицы. При производстве кормовых дрожжей образуется отход, состоящий из непрогидролизованной ферментационной массы, имеющий в своем составе ряд полезных макро- и микроэлементов (137,78 т). Экономическая оценка получения микроудобрения из данного вида отхода представлена в таблице, комплексная переработка вегетативной массы и соломы гречихи дает возможным получение ряд ценных востребованных продуктов на сумму годовой чистой прибыли в 262,2 млн. руб. и рентабельность производства 33,6% 9 Показатель Числовое значение Годовой объем непрогидролизованной массы от производства кормовых дрожжей, тонн 137,78 Годовое производство микроудобрения, кг Прямые затраты на годовой объем производства микроудобрения, млн. руб. Сушка, складирование, транспортировка, упаковка, млн. руб.6,7 Электроэнергия, вода, газ, бензин, млн. руб.20,8 Заработная плата с начислениями, млн. руб.4,8 Амортизация (нормативный срок – 10 лет), млн. руб.6,1 Прочие затраты (5 % от суммы прямых затрат), млн. руб.1,9 Итого прямых затрат, млн. руб.40,3 Себестоимость 1 кг микроудобрения, руб.1465,5 Рыночная цена микроудобрения, руб. за 1 кг 2000 Прибыль с продажи товара по оптовым ценам, млн. руб.55,0 Уровень рентабельности производства микроудобрения, %36,5 продукты прибыль от продаж, млн. руб. полная себестоимость продуктов, млн. руб. чистая прибыль, млн. руб. рентабельность производства, % рутин-сырец 2324,2173,760,525,8 биостимулятор + зерно 637,7473,4159,317,6 кормовые дрожжи 161,2133,527,733,6 микроудобрения 55,040,314,736,5 ИТОГО780,9262,233,6

БЮДЖЕТ ПРОЕКТА Наименование Бюджет проекта, тыс. руб. Бюджетные источники Внебюджетные источники фед.обл.мест ср-ва инв-ра собст. ср- ва средст- ва Ассоци ации ИТОГО

ПОКАЗАТЕЛИ СОЦИАЛЬНОЙ И БЮДЖЕТНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТА 11 1Социальная эффективность 1.1Социальная эффективность общественного производства показывает, насколько его развитие соответствует решению своей главной, конечной цели - служить потребителю, удовлетворять личные потребности каждого человека 1.2Переработка отходов производства приведет к снижению уровня безработицы; 1.3Повысит коэффициент рождаемости, уровень здравоохранения, качество и комфортность жизни 1.4Улучшит состояние и экологическую безопасность окружающей среды Бюджетная эффективность 2.1 Экономический эффект от использования кормовой добавки К.Д. 2 составил 1021,19 руб. на 1000 голов цыплят-бройлеров. Данный показатель рассчитан с учетом разницы в стоимости фуражного зерна и кормовой добавки (4,01 руб.), а также с учетом 100% сохранности поголовья при применении кормовой добавки К.Д. 2, полученной путем ферментативного гидролиза соломы яровой мягкой пшеницы с использованием микробиологического препарата Байкал ЭМ-1. Таким образом, полученные в работе результаты исследований и расчет экономической эффективности производства и применения кормовой добавки К.Д. 2 (солома пшеницы + Байкал ЭМ-1) позволяют рекомендовать замену в комбикорме для цыплят-бройлеров 10% фуражной пшеницы на данную кормовую добавку Предложенная комплексная биотехнологическая переработка отходов производства гречихи в биологически активные востребованные продукты (рутин, биостимулятор, кормовые дрожжи, микроудобрения), является прибыльным (годовая чистая прибыль 262,2 млн. руб.), рентабельным (33,6%) и экологически благополучным (безотходным) производством

КОМАНДА ПРОЕКТА ФИООсновное место работы, должность Роль в проекте 1. Павловская Н.Е. ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет», зав.кафедрой биотехнологии Руководитель 2. Гагарина И.Н.доцентисполнитель 3. Горькова И.В.доцентисполнитель 4. Гаврилова И.ЮСт.преп исполнитель 5. Костромичева Е.В.Ст.преп. 6. Дедков В.Н.Ст.преп.исполнитель 7. Бородин Д.Б.доцентисполнитель 8. Солохина И.Ю.Ст.преп.исполнитель 12

Руководитель проекта: ФИО тел.: Администратор проекта: ФИО тел.: е-mail: КОНТАКТНЫЕ ДАННЫЕ: ПАВЛОВСКАЯ Н.Е. 13