СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ БИОКОНВЕРСИЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Российский патент 2000 года по МПК A23K1/00 

Область техники
Изобретение относится к кормопроизводству, в частности к технологии получения кормовых добавок из органических отходов, и может быть использовано в комбикормовой промышленности и непосредственно в сельских хозяйствах.

Предшествующий уровень техники
Разработки по изучению переработки органического сырья сводятся к поиску экономически выгодных и экологически приемлемых технологий получения продуктов с заранее заданными свойствами. Решение проблемы рационального использования многотоннажных отходов сельского хозяйства ведет к сбережению природных ресурсов, расширению кормовой базы животноводства, значительному уменьшению загрязнения окружающей среды.

Известен способ получения кормовой добавки для жвачных животных, включающий увлажнение и гидробарометрическую обработку соломы. С целью повышения перевариваемости кормовой добавки перед гидробарометрической обработкой солому дополнительно смешивают с жидким пометом птиц в количестве, обеспечивающем массовое соотношение сухая солома : сухой помет (10:1) - (1:1), причем влажность смеси доводят до 40 - 60% (А. с. СССР N 1530162, МКИ A 23 K 1/12. 1989 г.).

Недостатком этого метода является необходимость предварительного высушивания соломы, что требует введения в технологический процесс дополнительной стадии, а значит и использования дополнительного технологического оборудования. Если же высушивание соломы осуществлять естественным путем, то это приводит к значительным затратам времени. Кроме того, гидробарометрическая обработка смеси делает необходимым применение в данном процессе оборудования для очистки отходящих вод, что ведет к удорожанию получаемой кормовой добавки.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки отходов животного происхождения, включающий смешивание их с добавками и последующую осушку смеси, причем с целью сокращения длительности процесса и снижения потерь питательных веществ в качестве добавок используют природный цеолит, предварительно измельченный до размера частиц 0,5 - 3,0 мм и нагретый до 150 - 200^oC, а смешивание осуществляют путем периодического нанесения отходов на нагретый цеолит до достижения относительной влажности полученной массы 40 - 55% и содержания цеолита в готовом продукте 10 - 40% от общей массы (А. с. СССР N 1461397, МКИ A 23 K 1/10, 1988 г.).

Недостатком этого способа является то, что его практическая реализация требует использования разогретого до температуры 150 - 200^oC цеолита. Во-первых, это приводит к усложнению аппаратурного оформления технологической установки, а значит к удорожанию конечного продукта; во-вторых, использование столь высоких температур вызывает и гибель мезофильных бактерий. Проведение процесса при такой температуре делает невозможным влияние мезофильных бактерий на конечный результат, что ухудшает питательную ценность получаемой кормовой добавки. Кроме того, присутствие в конечном продукте цеолита (до 40%) также не ведет к повышению питательности корма.

Сущность заявляемого изобретения
Задачей, решаемой при создании предлагаемого изобретения, является переработка органических отходов путем их биоконверсии в высокоценную кормовую добавку за счет обогащения исходной смеси биологически активными веществами, что приводит также к интенсификации биоконверсионного процесса.

Технический результат изобретения - улучшение характеристик кормовой добавки, используемой в рационе крупного рогатого скота, свиней, птиц, выражающееся в высокой питательной ценности.

Технический результат достигается тем, что способ получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов включает следующие операции: измельчение отходов, приготовление исходной смеси из органических отходов и торфа, загрузку смеси в реактор, продувку ее кислородсодержащим газом в продольном и поперечном направлениях, протекание биоконверсионного процесса в две стадии при повышенной температуре с последующим охлаждением смеси до температуры окружающей среды, при этом в исходную смесь дополнительно вводят биошрот от производства амилоризина. Органические отходы дополнительно включают в свой состав подстилочный материал (солома, опилки и т.д. - до 30%). Компоненты измельчают (с гранулометрическим составом от 0,1 до 20 мм). В качестве биологически активных веществ используют биошрот от производства амилоризина - твердые отходы поверхностного культивирования плесневого гриба Aspergillus oryzae на питательной среде, включающей пшеничные отруби, солодовые ростки и древесные опилки.

На первой стадии наблюдается развитие всех форм микроорганизмов, первоначально присутствовавших в смеси и осуществляющих ее активное разложение, причем активность микроорганизмов возрастает за счет введения биошрота от производства амилоризина. На второй стадии фермент целлюлоза достигает максимальной активности, что приводит к деградации целлюлозосодержащих компонентов смеси. Тепловая энергия, выделяющаяся в процессе биоконверсии целлюлозы, необходима для пастеризации компонентов смеси и уничтожения патогенной микрофлоры. После этих двух основных технологических стадий биоконверсионного процесса проводят постепенное охлаждение смеси до температуры окружающей среды. В этот период наблюдается стабилизация продукта биоферментации по свойствам.

Процесс биоконверсии основан на создании условий, благоприятных для развития определенных видов микроорганизмов, которые первоначально содержатся в исходной смеси. В процессе развития микрофлора продуцирует определенные продукты метаболизма (ферменты, аминокислоты, витамины, углеводы и др.), содержание которых в многокомпонентной смеси позволяет активизировать определенный биохимический процесс. Особенностью микробиологических процессов являются узкие температурные пределы развития микробной популяции, что и обусловливает температурные режимы каждой стадии. Отклонение температуры более чем на 1-3^oC от приведенных граничных значений для каждой стадии приводит к серьезным нарушениям процесса биоконверсии, а значит к изменению химического состава готового продукта. Изменение временных интервалов стадий биоконверсионного процесса приводит также к изменению условий развития микроорганизмов, а следовательно, меняет состав готового продукта, особенно по содержанию протеина и жира.

Аэробные условия развития, достигаемые при помощи барботажа воздухом через объем смеси, способствуют развитию аэробной группы микроорганизмов. Анаэробные условия проведения процесса приводят к увеличению микроорганизмов, использующих минеральный азот, мобилизующих глюкозу, энтеробактерий и всех видов анаэробных бактерий. Использование торфа при приготовлении исходной смеси преследует две цели: во-первых, торф является влагопоглощающим материалом (это важно, поскольку средняя влажность экскрементов колеблется от 65 до 88%), во-вторых, торф сам выступает в качестве сырья в процессе биоконверсии.

Предлагаемая добавка (биошрот от производства амилоризина) отличается тем, что в ней имеется большое количество микроэлементов и первичных метаболитов, которые могут использоваться микроорганизмами, присутствующими в торфе, навозе, подстилочном материале для процессов разложения и биосинтеза. Использование данного биологически активного вещества улучшает качество готовой продукции (кормовой добавки), т.е. насыщает ее биологически активными веществами - ферментами, белками, микроэлементами. Кроме того, применение биошрота от производства амилоризина интенсифицирует сам процесс биоконверсии органических отходов, о чем свидетельствует нарастание коэффициентов минерализации (отношение количества микроорганизмов, разлагающих минеральный азот, к количеству микроорганизмов, использующих органический азот).

Получение кормовой добавки биоконверсией органических отходов путем приготовления исходной смеси, включающей измельчение ее компонентов до гранулометрического состава от 0,1 до 20 мм, введение торфа в соотношении органические отходы : торф - 40:60% - 50:50% и обогащение биошротом от производства амилоризина, с последующей биоконверсией, осуществляемой в две стадии, первая из которых (стадия инкубации) протекает в течение 68 - 72 часов при температуре 36 - 39^oC, а вторая (стадия пастеризации) - 45 - 49 часов при температуре 75 - 90^oC, причем обе стадии носят как аэробный характер (в момент продувки), так и анаэробный (при отсутствии продувки), при этом после окончания второй стадии осуществляется постепенное охлаждение смеси до температуры окружающей среды (15 - 30^oC), является новым, по сравнению с прототипом.

Проведение процесса биоконверсии в две стадии: стадия инкубации и стадия пастеризации - позволяет наилучшим образом использовать все колонии бактерий, содержащихся в навозе, птичьем помете и торфе, для получения готового продукта со стабильным и достаточно богатым по минеральным веществам, витаминам, белкам и аминокислотам составом. Предварительное обогащение загрузочной смеси биошротом от производства амилоризина позволяет еще больше повысить питательность готового продукта.

Краткое описание чертежей
Для пояснения способа получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов на чертеже изображен биореактор (общий вид).

Лучший вариант осуществления изобретения
Биореактор для осуществления способа получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов состоит из корпуса 1, внутри которого размещена барботажная сетка 2, закрытого сверху крышкой 3. Через эту крышку 3 проходит приспособление 4 для вытягивания барботажной решетки 4. Биореактор устанавливают на подставку 5 в термостат, а контроль за температурой осуществляют по термометру 6, Для продувки смеси кислородсодержащим газом установлены барботажные трубки 7 - продольная аэрация, 8 - поперечная аэрация (см. чертеж).

Для проведения процесса получения кормовой добавки из органических отходов готовят смесь (исходный субстрат) из навоза и торфа, взятых в пропорции 50: 50% - 40:60%. Для реактора с полезным объемом 1,75 дм³ необходимо 1540 г смеси, компоненты тщательно перемешивают и пропускают через шнековую мельницу. Полученное сырье снова перемешивают и измельчают до получения практически монодисперсной системы. Далее полученную смесь обогащают биошротом от производства амилоризина в количестве 0,06 - 0,2 мас.% (1 - 3 г), снова перемешивают и загружают в корпус биореактора 1 на барботажную сетку 2 и закрывают крышкой 3. Биореактор устанавливают на подставку 5 в термостат и термостатируют до температуры 36 - 39^oC (контроль осуществляется по термометру 6), продувают воздухом через барботажные трубки 7, 8. После этого начинается двухстадийный биоконверсионный процесс.

Первую стадию (стадию инкубации) проводят при температуре 36 - 39^oC с продувкой воздухом через каждые 24 часа, при продолжительности процесса в течение 68 - 72 часов. На второй стадии (стадии пастеризации) проводят нагревание исходной смеси до 75 - 90^oC с продувкой воздухом через каждые 12 часов. Продолжительность процесса 45 - 49 часов. После этих двух основных технологических стадий биоконверсионного процесса проводят постепенное охлаждение смеси до температуры 22 - 28^oC. Контроль за протеканием биоконверсионного процесса осуществляют с периодичностью в 3 часа и использованием специального пробоотборника с привлечением методов микробиологического и химического анализа.

Пример 1
Проверка эффективности воздействия биошрота от производства амилоризина проводилась на смеси 50% торфа и 50% навоза. В один из ферментеров в смесь не добавлялся биошрот от производства амилоризина. В другой ферментер добавлялся биошрот от производства амилоризина. В таблицах 1 и 2 приведены сравнительные данные влияния биошрота на содержание биологически активных веществ в конечном продукте (кормовой добавке) после 5 суток биоконверсии и изменение численности некоторых микроорганизмов.

Введение биошрота от производства амилоризина привело к повышению питательности получаемой кормовой добавки (количество жиров, протеина и т.д.), активизации микрофлоры и интенсификации процесса биоконверсии.

Для проведения процесса получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов готовят смесь (исходный субстрат) из навоза и торфа, взятых в пропорции 50:50%. Для реактора с полезным объемом 1,75 дм³ необходимо 1540 г смеси, компоненты тщательно перемешивают и пропускают через шнековую мельницу. Полученное сырье снова перемешивают и измельчают до получения практически монодисперсной системы. Далее полученную смесь обогащают биошротом от производства амилоризина в количестве 0,06 мас.% (1 г), снова перемешивают и загружают в корпус биореактора 1 на барботажную сетку 2 и закрывают крышкой 3. Биореактор устанавливают на подставку 5 в термостат и термостатируют до температуры 36 - 39^oC (контроль осуществляется по термометру 6), продувают воздухом через барботажные трубки 7, 8. После этого начинается двухстадийный биоконверсионный процесс.

Первую стадию (стадию инкубации) проводят при температуре 36 - 37^oC с продувкой воздухом через каждые 24 часа, при продолжительности процесса в течение 68 - 70 часов. На второй стадии (стадии пастеризации) проводят нагревание исходной смеси до 75 - 80^oC с продувкой воздухом через каждые 12 часов. Продолжительность процесса 45 - 46 часов. После этих двух основных технологических стадий биоконверсионного процесса проводят постепенное охлаждение смеси до температуры 22 - 30^oC. Контроль за протеканием биоконверсионного процесса осуществляют с периодичностью в 3 часа и использованием специального пробоотборника с привлечением методов микробиологического и химического анализа,
Пример 2
Проверка эффективности воздействия биошрота от производства амилоризина проводилась на смеси 60% торфа и 40% навоза. В один из ферментеров в смесь не добавлялся биошрот от производства амилоризина. В другой ферментер добавлялся биошрот от производства амилоризина. В таблицах 1 и 2 приведены сравнительные данные влияния биошрота на содержание биологически активных веществ в конечном продукте (кормовой добавке) после 5 суток биоконверсии и изменение численности некоторых микроорганизмов.

Введении биошрота от производства амилоризина привело к повышению питательности получаемой кормовой добавки (количество жиров, протеина и т.д.), активации микрофлоры и интенсификации процесса биоконверсии.

Для проведения процесса получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов готовят смесь (исходный субстрат) из навоза и торфа, взятых в пропорции 40:60%. Для реактора с полезным объемом 1,75 дм³ необходимо 1540 г смеси, компоненты тщательно перемешивают и пропускают через шнековую мельницу. Полученное сырье снова перемешивают и измельчают до получения практически монодисперсной системы. Далее полученную смесь обогащают биошротом от производства амилоризина в количестве 0,2 мас.% (3 г), снова перемешивают и загружают в корпус биореактора 1 на барботажную сетку 2 и закрывают крышкой 3. Биореактор устанавливают на подставку 5 в термостат и термостатируют до температуры 36 - 39^oC (контроль осуществляется по термометру 6), продувают воздухом через барботажные трубки 7, 8. После этого начинается двухстадийный биоконверсионный процесс.

Первую стадию (стадию инкубации) проводят при температуре 38 - 39^oC с продувкой воздухом через каждые 24 часа, при продолжительности процесса в течение 70 - 72 часов. На второй стадии (стадии пастеризации) проводят нагревание исходной смеси до 80 - 90^oC с продувкой воздухом через каждые 12 часов. Продолжительность процесса 48 - 49 часов. После этих двух основных технологических стадий биоконверсионного процесса проводят постепенное охлаждение смеси до температуры 18 - 24^oC. Контроль за протеканием биоконверсионного процесса осуществляют с периодичностью в 3 часа и с использованием специального пробоотборника с привлечением методов микробиологического и химического анализа.

Промышленная применимость
Предлагаемый способ можно широко применять для переработки органических отходов, образующихся на больших животноводческих комплексах и птицефермах, в кормовую добавку с заданным и стабильным химическим составом. Причем данный способ применим при получении кормовой добавки из органических отходов как в лабораторных условиях, так и в промышленных (мелко и крупнотоннажных) производствах.

Изобретение предназначено для использования в кормопроизводстве, для получения кормовых добавок из органических отходов. Способ получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов включает следующие операции: измельчение отходов, приготовление исходной смеси из органических отходов и торфа, загрузку смеси в реактор, продувку ее кислородсодержащим газом в продольном и поперечном направлениях, протекание биоконверсионного процесса в две стадии при повышенной температуре с последующим охлаждением смеси до температуры окружающей среды, при этом в исходную смесь дополнительно вводят биошрот от производства амилоризина. Органические отходы дополнительно включают в свой состав подстилочный материал (солома, опилки и т.д. - до 30%). Компоненты измельчают (с гранулометрическим составом от 0,1 до 20 мм). В качестве биологически активных веществ используют биошрот от производства амилоризина - твердые отходы поверхностного культивирования плесневелого гриба Aspergillus oryzae на питательной среде, включающей пшеничные отруби, солодовые ростки и древесные опилки. Способ позволяет получить высокопитательную кормовую добавку за счет обогащения исходной смеси биологически активными веществами. 5 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов, включающий предварительное измельчение органических отходов с последующим их смешением и проведением процесса при повышенной температуре, отличающийся тем, что в смесь органических отходов дополнительно вводят торф и биошрот от производства амилоризина, процесс биоконверсии ведут в две стадии, первая из которых протекает в течение 68 - 72 ч, а вторая - в течение 45 - 49 ч, при этом температурный интервал проведения первой стадии равен 36 - 39^oC, а второй стадии - 75 - 90^oC с последующим охлаждением до температуры окружающей среды, при этом во время процесса биоконверсии смесь периодически продувают кислородсодержащим газом в продольном и поперечном направлениях. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органических отходов используют навоз с включениями подстилочного материала. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в исходную смесь вводят торф в соотношениях торф : навоз 50%:50% - 60%:40%. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в исходную смесь вводят биошрот от производства амлоризина в количестве 0,06 - 0,2 мас.% органических отходов и торфа. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после окончания процесса биоконверсии проводят охлаждение смеси до 15 - 30^oC. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед проведением биоконверсии компоненты смеси измельчают до гранулометрического состава от 0,1 до 20 мм.