СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОГО БЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК C12P21/00 C12N1/16 A23K1/00 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способам получения кормового белка из стоков животноводческих ферм, в которых жидкую фракцию стоков используют в качестве питательной среды для культивирования дрожжей. Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве при производстве кормов.

Переработка жидкой фракции стоков в кормовые белки позволяет не только обеспечить сельскохозяйственных животных и птиц кормами, но и частично ее утилизировать. Оставшаяся от жидкой фракции сточная вода, а также твердая фракция стоков должны быть также утилизированы. В настоящее время с ростом объемов производства сельскохозяйственных животных и птиц, продуктов их переработки, а также при строительстве таких предприятий вблизи населенных районов встает проблема утилизации стоков и улучшение экологической обстановки.

Таким образом, при разработке способов получения кормовых белков из указанных стоков стоит комплексная задача получить качественные кормовые белки и обеспечить полную утилизацию стоков.

По европейским требованиям сброс сточных вод в открытые водоемы или повторное их использование допускается только в том случае, если состав сточных вод приближается к составу питьевой воды по содержанию азота и фосфора, близкому к нулю, и по показателю ХПК (химическое поглощение кислорода), не превышающему 150 мг O₂/л. Твердая фракция стоков должна быть переработана в безвредное для почвы органическое удобрение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения кормового белка из стоков животноводческих ферм, включающий разделение стоков на жидкую и твердую фракции, культивирование дрожжей Candidf utilis на жидкой фракции, содержащей источник углерода, в условиях аэрации и перемешивания при pH 4,0 6,5 и температуре 24 34^oC с последующим выделением целевого продукта (пат. США N 3846558, МПК A 23 K 1/00, публ. 1974 прототип).

В качестве источника углерода в жидкую фракцию дополнительно вводят пекарские дрожжи и сахар.

После окончания процесса культивирования образующуюся дрожжевую суспензию разделяют на биомассу дрожжей (кормовой белок) и сточную воду.

Биомасса содержит следующие аминокислоты, мас. в сухом состоянии: лизин 1,03; гистидин 0,36; аргинин 0,91; аспарагиновая кислота 1,51; пролин 0,82; глицин 0,98; аланин 1,16; валин 0,88; метионин 0,34; изолейцин 0,75; тирозин 0,63; фенилаланин 0,83; триптофан 0,1; лейцин 1,44.

Биомасса после термообработки может использоваться в качестве кормовой добавки для сельскохозяйственных животных и птиц.

Нами было установлено, что при культивировании дрожжей на жидкой фракции свежих стоков добавлением источника углерода сточная вода содержит допустимые количества азота и фосфора (мг/л -5, P-3), но имеет высокий показатель ХПК 300 мг O₂/л, и поэтому возникает проблема ее дополнительной очистки. Твердая фракция, выделенная из стоков, для ее утилизации должна быть дополнительно переработана в органические удобрения. В патенте указано, что культивирование дрожжей осуществляют при pH 4,0 6,5. Однако, при Ph близких к 6,0 возникает вероятность роста естественной бактериальной микрофлоры стоков, pH оптимум для которой составляет 6,0 7,5. Кроме того, в способе используют дорогостоящие пищевые продукты (сахар и пекарские дрожжи), что делает способ экономически невыгодным.

Таким образом, способ по прототипу не обеспечивает полную утилизацию стоков и является дорогостоящим.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение полной утилизации стоков и удешевление процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения кормового белка из стоков животноводческих ферм, включающем разделение стоков на жидкую и сгущенную фракции, культивирование кормовых дрожжей Candida utilis на жидкой фракции стоков в условиях аэрации и перемешивания при pH 4,0 6,5 и выделение целевого продукта в виде биомассы дрожжей, технологический процесс дополняется тем, что сгущенную фракцию стоков подвергают спиртовому сбраживанию с помощью дрожжей-сахаромицетов с последующим отделением жидкой части суспензии, которую используют как дополнительный источник питания при культивировании кормовых дрожжей.

В результате стала возможной полная утилизация стоков за счет того, что твердая фаза, отделенная от сброженной суспензии сахаромицетов является готовым органическим удобрением, содержащим необходимые для почвы обогощающие ее компоненты, а сточные воды, полученные после выделения целевого продукта (биомассы дрожжей) удовлетворяют европейским требованиям не только по содержанию азота и фосфора (как по прототипу), но и по показателю ХПК, который составляет 150 мг O₂/л и менее (т.е. уменьшается в 2 раза и более). Такая сточная вода может быть повторно использована или сброшена в водоемы. Тем самым решается вопрос экологической безопасности производства. Указанный эффект уменьшение показателя ХПК сточной воды, является неожиданным, а сохранение благоприятной экологической ситуации при производстве кормовых белковых препаратов на основе дрожжей является актуальной задачей данного типа производства.

В предлагаемом способе для получения кормовых белков используют стоки животноводческих ферм, например свиноводческих, птицеферм и мясоперерабатывающих предприятий или их смеси, которые содержат необходимые элементы для культивирования дрожжей и которые разделяют на сгущенную и осветленную фракции. В сгущенную часть можно вводить дополнительные источники микроэлементов, например куриный помет, шахтные воды, молочную сыворотку и другие, и помещают в бродильный чан и подвергают спиртовому сбраживанию в известных для таких процессов условиях: при pH 3,0 8,0 и температуре 15 - 35^oC. Для начала процесса брожения в среду добавляют сахаромицентные дрожжи. Процесс брожения заканчивается через 2 3 суток. Затем сброженные стоки разделяют на твердую и жидкую фракции. Твердая фракция представляет собой готовое органическое удобрение и без дополнительной переработки вывозится на поля.

Жидкую фракцию направляют в ферментатор для культивирования дрожжей. Содержание твердых частиц в жидкой фракции нежелательно, так как они загрязняют образующуюся биомассу токсичными веществами, но допустимо до 0,9% Оптимальное содержание этанола в культуральной среде составляет 2 3 г/л. Возможно культивирование дрожжей в присутствии меньших и больших качеств этанола, но это приведет к замедлению роста культуры. Если в жидкой фракции в процессе брожения образуется этанол в количестве большем, чем оптимальное, то перед ферметацией ее разбавляют жидкой фракцией свежих стоков.

Для получения кормового белка используют дрожжи вида Candida utilis, которые выращивают на осветленной фракции стоков. Возможно применение других штаммов дрожжей. Культивирование дрожжей осуществляют в условиях аэрации и перемешивания при pH 4,0 6,5 и температуре 25 35^oC. Использование дополнительного компонента жидкой части сброженной сахаромицетами сгущенной фракции стоков в дальнейшем при культивировании дрожжей подавляет рост естественной бактериальной микрофлоры при pH близких к 6,0 и дополняет культуральную добавочными питательными компонентами. После окончания процесса культивирования образующуюся дрожжевую суспензию разделяют известными приемами, например коагуляцией, сгущением, на биомассу дрожжей (кормовой белок) и сточную воду. Кормовой белок можно использовать в виде дрожжевой суспензии или в сухом виде после термообработки. Сточная вода содержит допустимые количества азота и фосфора и имеет показатель ХПК не более 150 мг O₂/л. Она может быть использована для смыва навоза (помета и т.д.) в этих же хозяйствах или сброшена в открытый водоем.

Ниже приведен конкретный пример осуществления предлагаемого изобретения.

Пример
Свиноферма, содержащая 10000 голов свиней с водопоглощением 20 л на голову в сутки, имеет 200 м³ стоков в сутки, содержащих 8 т навоза. Стоки содержат вещества, мг/л:
Аммонийный азот 500
Фосфаты 600
Нитриты 11,8
Нитраты 12,5
и имеют показатель ХПК 17900 мг O₂/л. Стоки разделяют отстаиванием на сгущенную и жидкую фракцию.

Сгущенную фракцию стоков направляют в бродильные чаны, где после смешивания их с закваской, приготовленной на основе сахаромицетных дрожжей, подвергают спиртовому сбраживанию, поддерживая температуру 25±3^oC и pH 6±2. Процесс брожения заканчивается через 3 суток.

Затем сброженную массу насосом перекачивают в сепаратор, где разделяют на жидкую и твердую фракции с влажностью 20% Твердая фракция представляет собой готовое органическое удобрение, которое без дополнительной переработки вывозится на поля.

Жидкую фракцию очищают в отстойнике до содержания твердых частиц 0,3% Жидкая фракция содержит этанола 2,7 г/л. Ее подают в ферментатор объемом 60 м³, добавляют туда 20 м³ жидкой фракции исходных стоков, туда же добавляют из засевного ферментатора Candida utilis ВСБ 651 (концентрация дрожжей 18 г/л по АСВ) и осуществляют процесс выращивания биомассы, поддерживая температуру 25 35^oC и pH 4,0 6,5, в условиях аэрации воздухом из расчета и перемешивания. Спустя 2 3 ч, когда концентрация биомассы в среде достигает 18 г/л (по АСВ), содержание азота и фосфора становится близким к 0, цикл выращивания считается законченным.

Из ферментатора дрожжевую суспензию направляют на отделение влаги до 50% -го ее содержания на сепараторе. После термообработки при 90^oC в течение 1 ч суспензию используют в качестве кормовой добавки к комбикормам. Для повышения срока хранения кормовой добавки суспензию высушивают до содержания влаги не более 12%
Полученные 6 т (по АСВ) кормового белка содержат 53% протеина. Аминокислотный состав протеина, (по АСВ): лизин 4,8; гистидин 1,8; триптофан 0,8; аспарагиновая кислота 4,8; аргинин 3,2; пролин 2,0; глицин 2,5; аланин 3,3; метионин 0,8; валин 2,8; изолейцин 2,8; лейцин 3,9; фенилаланин 2,5; тирозин 2,1; треонин 3,0; серин 3,0; глутаминовая кислота 5,8; цистин 0,6.

Полученный кормовой белок богат витаминами, содержит необходимые для жизнедеятельности организма животных минеральные элементы: калий, фосфор, магний, калий, натрий, железо, марганец, цинк.

Освобожденная от биомассы сточная вода в количестве 170 м³ содержит вредных веществ, мг/л: аммонийный азот 3; фосфаты 4,1; нитриты - 0,02; нитраты 1,3, и имеют показатель ХПК 130 мг O₂/л. Сточную воду направляют на свиноферму для повторного использования, дополняя недостающие 30 м³ воды до ежесуточного потребления (200 м³) из водоема.

Таким образом, в предлагаемом способе дорогостоящие пищевые продукты заменены на этанол, образующийся в стоках при спиртовом сбраживании. Это привело к удешевлению процесса. Кроме того, этот способ позволяет полностью утилизировать используемые стоки: твердая фракция стоков без дополнительной переработки может использоваться как органическое удобрение, а сточная вода по содержанию вредных веществ и по показателю ХПК удовлетворяет европейским требованиям для повторного использования и сброса в открытые водоемы. При этом полученный белок является ценной кормовой добавкой к рациону животных и птиц.

Использование: биотехнология, кормопроизводство, получение кормового белка из стоков животноводческих ферм, птицефабрик и мясоперерабатывающих предприятий или их смесей. Сущность изобретения: способ включает разделение стоков на жидкую и твердую фракции, культивирование дрожжей на жидкой фракции, содержащей источник углерода, в условиях аэрации и перемешивания при pH 4,0 - 6,5 с последующим выделением целевого продукта. Новым является то, что стоки перед отделением твердой фракции подвергают спиртовому сбраживанию и этанол, образующийся в стоках, используется как дополнительный источник питания кормовых дрожжей. Достоинством способа является то, что сточная вода по содержанию вредных веществ и по показателю ХПК удовлетворяет европейским требованиям для повторного использования и сброса в открытые водоемы. При этом полученный белок является ценной кормовой добавкой к рациону животных и птиц.

Способ получения кормового белка из стоков животноводческих ферм, включающий разделение стоков на жидкую и сгущенную фракции, культивирование кормовых дрожжей Candida utilis на жидкой фракции стоков в условиях аэрации и перемешивания при pH 4,0 6,5 и выделение целевого продукта в виде биомассы дрожжей, отличающийся тем, что при культивировании дрожжей в качестве дополнительного источника питания используют жидкую часть сброженной дрожжами-сахаромицетами сгущенной фракции стоков.