СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК A23K1/14 C07K1/30 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к технологиям приготовления корма из растительных продуктов.

Известен способ выделения белка из подсолнечного шрота путем экстрагирования белка в щелочном растворе, пропуская экстракт через ультрафильтрующие мембраны, и осаждения белка кислотой, все операции проводили в атмосфере инертных газов (Источники пищевого белка/ Под. ред. В.Н.Сайфоры. М.: Колос, 1979. С.108).

Однако данный способ невозможно использовать при промышленном получении белковых веществ из шрота, так как для его реализации требуется дорогостоящее оборудование (блок для ультрафильтрации, устройство для обеспечения пропускания инертного газа), все это значительно удорожает технологию и конечный продукт. Кроме того, вызывает сомнение, что при этих условиях возможно получения белка из шрота с высоким выходом. Все это исключает возможность использования этой технологии для получения белкового концентрата из шрота подсолнечника, используемого в кормопроизводстве.

Известен способ получения белка из шрота подсолнечника, включающий экстракцию белка из шрота подсолнечника раствором, содержащим хлористый натрий, затем раствором, содержащим гидрооксид натрия, отделение нерастворимого осадка, осаждение раствором соляной кислоты, высушивание на распылительной сушилке воздухом, а нерастворимый осадок шрота высушивают и используют на корм животным. (Технология пищевых производств / Под ред. Ковальской Л.П.. М.: Колос, 1997. С.462, 463).

Однако в известном способе белок из шрота экстрагируется в несколько стадий: сначала водным раствором хлористого натрия, а затем гидрооксидом натрия, что приводит к большим потерям при использовании нескольких экстрагентов в связи с многоступенчатостью процесса и требует большого количества технологических растворов. Кроме того, применение агрессивных реагентов затрудняет использование указанных методов в производстве. Одним из вариантов для исключения агрессивных реагентов из технологий является использование электроактивированной воды.

Известен способ использования электроактивированной воды для обработки биологических объектов, например инкубационных яиц (Метод. реком. по применению электроактивированной воды в производстве мяса бройлеров / Под ред. В.И.Филоненко, В.Г.Шоля. - Загорск, 1990. С.34. - прототип), включающий обработку биологического объекта электроактивированной минерализованной водой в катодной зоне диафрагменного электоролизера путем погружения его в раствор, рН которого находится в пределах 9,5-11,0, с последующим погружением в анолит со значением рН от 2,0 до 1,2 и выдерживания в этой жидкости.

Однако в известном способе католитом невозможно обрабатывать биологический объект без удаления его из катодной зоны диафрагменного электролизера, так как это нарушает биологические качества объекта. В то же время в нашем случае биологический объект можно обрабатывать непосредственно в диафрагменном электролизере, что уменьшает число технологических операций. Кроме того, для нашего биологического объекта нет необходимости использовать такие высокие значения водородного показателя, как в прототипе. Это позволяет уменьшить время обработки и уменьшить расход необходимого для этого электричества. С сокращением времени обработки снижается температура рабочего раствора, увеличение которой отрицательно влияет на экстракцию белка в раствор, так как вызывает его коагуляцию.

Известен способ получения белкового концентрата, включающий обработку биологического объекта электроактивированной минерализованной водой в катодной зоне диафрагменного электролизера, в качестве биологического объекта используют белковосодержащее сырье, например шрот или жмых подсолнечника, и обрабатывают в течение 2-4 мин до рН 7-8, затем удаляют обработанный раствор из электролизера, экстрагируют белок в течение 40-60 мин, фильтруют и доводят экстракт раствором минеральных кислот до изоэлектрической точки белков, а полученный осадок сушат и измельчают (Патент РФ №2195836, кл. А 23 К 1/00, 10.01.2003, бюл. №1 - прототип).

Однако в известном способе используется один источник сырья, что не позволяет получать качественную и сбалансированную по аминокислотному составу добавку. Кроме того, высокие затраты энергии на единицу массы продукции делают ее дорогостоящей. В результате получения добавки по предлагаемому способу образуется большое количество отходов (сточных вод), не используемых в производстве, что загрязняет окружающую среду и также увеличивает себестоимость добавки.

Известно устройство для обработки соломы на корм. Устройство содержит емкость со щелочной средой, емкость с кислой средой и расположенную между ними полупроницаемую перегородку. Электроды расположены соответственно в емкостях с кислой и щелочной средой и соединены с источником постоянного тока. Эластичные камеры установлены с помощью реек на противоположных от электродов стенках емкостей. Передние стенки камеры выполнены подвижными с возможностью возвратно-поступательного движения в направлении полупроницаемой перегородки. Солому загружают в емкости со щелочной средой, извлекают, дают стечь воде и погружают в емкость с кислой средой. Одновременно в емкость со щелочной средой помещают новую порцию соломы. При этом следят за поддержанием уровня сред в емкостях путем увеличения или уменьшения эластичных камер с помощью подвижных реек, закрепленных на вертикальных опорах, связанных с тележками, перемещаемых на направляющих посредством вращения винтов (А.С. СССР №1400594, МКИ А 23 К 1/12, Бюл. №21 от 06.07.1988).

Однако известное устройство не позволяет получить качественную добавку из-за низкого качества сырья и невозможности использования сырья с более высоким содержанием белка. Кроме того, сложность конструкции увеличивает себестоимость добавки и затрудняет ее использование на практике.

Известно устройство для обработки соломы на корм, включающее две емкости со щелочной и кислой средами, причем оно снабжено расположенной между двумя емкостями полупроницаемой перегородкой, а каждая емкость снабжена электродами и источником постоянного напряжения, разноименные полюса которых связаны с электродами (А.С. СССР №1161065, МКИ А 23 К 1/12, Бюл. №22 от 15.06.1985 - прототип).

Однако известное устройство не позволяет получить качественную добавку, сбалансированную по аминокислотному составу, так как данное устройство не предполагает комбинацию различного сырья. Кроме того, использование данной конструкции не обеспечивает объединение технологических растворов, что увеличивает количество агрессивных отходов производства. Низкая производительность конструкции не позволяет одновременно обрабатывать несколько видов сырья, а значит увеличивает время и себестоимость получаемой при этом добавки.

Известные способы и устройства не позволяют получать качественную белковую кормовую добавку, сбалансированную по аминокислотному составу, с низкой себестоимостью при малом времени производства и с небольшим количеством агрессивных отходов.

Техническим решением задачи является повышение качества и улучшение аминокислотного состава добавки, снижение ее себестоимости и выхода белковых веществ за счет одновременного экстрагирования различного сырья в камерах.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения белковой кормовой добавки из растительного сырья, включающем обработку шрота подсолнечного католитом, удаление полученного раствора из катодной части диафрагменного электролизера, экстракцию белка, фильтрацию, доведение экстракта до изоэлектрической точки белков, сушку осадка, измельчение, причем обработку шрота подсолнечного католитом проводят до рН 9-11, одновременно обрабатывают анолитом сою до рН 3-5 в анодной зоне диафрагменного электролизера, при этом католит и анолит циркулируют с одинаковой скоростью, а экстракцию проводят в течение 7 минут под действием электрического тока, затем отключают электрический ток и проводят экстракцию еще 30 минут, полученные белковые растворы из подсолнечного шрота и сои объединяют.

Заявленный способ реализуется с помощью устройства, включающего две камеры с электролитами, соединенные полупроницаемой перегородкой, каждая камера снабжена электродами и источником постоянного напряжения, разноименные полюса которых связаны с электродами, причем устройство снабжено двумя камерами для экстракции растительного сырья, соответственного шрота и сои, сборной камерой и насосами с трубопроводами для циркуляции рабочих растворов, соединенными с камерами электролизера и сборной камерой для экстрактов.

Заявленный способ получения белковой кормовой добавки из растительного сырья отличается составом белковосодержащего сырья, что улучшения качественных характеристик концентрата, иными параметрами рабочих растворов, что повышает выход белковых веществ за счет более полной экстракции и обеспечивает снижение количества токсичных сточных вод.

Заявляемое устройство для получения белковой кормовой добавки из растительного сырья отличается иными параметрами конструкции, обеспечивающими возможность одновременной обработки нескольких видов сырья, более высокой производительностью и снижением энергоемкости.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение поставленной задачи и не выявлены при изучении данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию "изобретательский уровень".

Способ получения белковой кормовой добавки из растительного сырья реализуется следующим образом.

Способ получения белковой кормовой добавки осуществлялся в лаборатории кафедры биотехнологии, биохимии и биофизики Кубанского государственного аграрного университета. Подсолнечниковый шрот и семена сои измельчали на лабораторной мельнице "Пируэт". В анодную и катодную части диафрагменного электролизера ЭЛХА-008 заливали водопроводную воду и подавали постоянный электрический ток. За счет принудительной циркуляции оба технологических раствора (анолит и католит) обрабатывали сырье массой 100 г. При этом раствор католита, циркулировавший через подсолнечный шрот, а анолита через соевую муку, обеспечивали переход белков из сырья в растворимое состояние. Максимальная экстракция достигалась при 7-минутной обработке подсолнечного шрота католитом с рН 10, а соевой муки аналитом с рН 4. Обработка сырья проводилась одновременно. Далее электрический ток отключали и проводили экстракцию 30 минут. Затем белковые растворы объединялись, обеспечивая нейтрализацию технологических растворов, что приводило белки, находящиеся в растворе, к изоэлектрическим точкам, при этом они переходили в нерастворимое состояние. Осадок белка отделяли фильтрованием, сушили в сушильном шкафу и измельчали на лабораторной мельнице. Выход белковой добавки из сои и подсолнечного шрота 15,1%.

Полученная белковая кормовая добавка из подсолнечного шрота и соевой муки не содержала в своем составе токсичных соединений. Содержания протеина, некоторых аминокислот, а также величина энергозатрат и выход белка в предлагаемой добавке представлены в таблице.

Таблица
Химический состав добавки, а также ее выход и энергоемкость по белкуПоказательКонцентрацияЭнергоемкость по белку, кВт5800Выход добавки, %15,1Протеин, %70,1Лизин, мг/кг2,01Метионин + цистеин, мг/кг1,21

Как видно из таблицы, в предлагаемой добавке уровень белка высокий, а затраты энергии незначительны. Кроме того, полученная по предлагаемому способу добавка сбалансирована по незаменимым аминокислотам лизину и метионину за счет того, что в качестве сырья для ее приготовления используется несколько источников. Соя содержит в своем составе высокое содержание лизина и низкое содержание метионина, семена подсолнечника наоборот. Благодаря комбинации белков из этого сырья происходит балансирование белка по этим показателям. Так, в полученном из подсолнечного шрота концентрате содержание лизина составило только 1,3 мг/кг, что ниже на 0,7 мг/кг концентрата по предлагаемому способу. Кроме того, в отличие от прототипа, при получении белковой добавки по предлагаемому способу образуемые сточные воды нейтральны по кислотности и низкотоксичны для окружающей среды. Кроме того, они могут быть повторно использованы для экстракции. Предлагаемая технология упрощена в сравнении с прототипом, так как не требует ввода минеральных кислот, что также повышает экологичность способа получения белковой добавки.

Для получения белковой кормовой добавки из растительного сырья обработанный подсолнечным шротом раствор католита имеет рН 9-11. Если значение водородного показателя будет менее 9, то растворимость белков шрота в рабочем растворе будет низкая, что уменьшит выход добавки. Если значение водородного показателя будет более 11 ед., то в результате этого будет происходить процесс омыления остаточного количества масел и неферментативного окисления хлорогеновой кислоты, что значительно ухудшает качество конечного продукта. Исходя из этого, оптимальное значение водородного показателя составляет 10 ед. Анолит, получаемый после обработки сои, должен иметь рН 3-5 ед. При значении водородного показателя менее 3 увеличивается время обработки, и расход электроэнергии будет завышен. Увеличение рН выше 5 ед. влечет за собой снижение растворимость белка в рабочем растворе. Исходя из этого, оптимальное значение водородного показателя составляет 4 ед.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство для осуществления способа получения белковой кормовой добавки из растительного сырья.

Устройство состоит из двух кубических емкостей - анодной 1 и катодной 2, соединенных через полупроницаемую мембрану 3, в которые помещены угольные электроды 4, 5 и 6 - источник питания соответственно. Катодная емкость 1 соединена с реакционной емкостью для обработки подсолнечного шрота 7 через трубопровод 8 для циркулирующей прокачки католита с помощью насоса 9. Экстрагированный католитом белковосодержащий раствор, проходя через фильтр 10, с помощью насоса 11 подается по трубопроводу 12 в емкость для нейтрализации и осаждения белка 13. При этом анодная емкость 2 соединена с реакционной емкостью для обработки сои 14 через трубопровод 15 для циркулирующей прокачки анолита с помощью насоса 16. Экстрагированный анолитом белковосодержащий раствор, проходя через фильтр 17, с помощью насоса 18 подается по трубопроводу 19 в емкость для нейтрализации и осаждения белка 13 конусовидной формы.

Устройство работает следующим образом.

В емкости 1 и 2 подается водопроводная вода, а на электроды 4 и 5 подается постоянное напряжение. При этом происходит образование растворов католита и анолита, которые одновременно через систему трубопроводов 8 и 15 с помощью насосов 9 и 16 циркулируют через емкости 7 и 14, содержащие подсолнечный шрот и соевую муку соответственно. В результате циркуляции растворов через субстрат происходит переход белков в растворимое состояние. При достижении растворами необходимых параметров по рН подачу постоянного тока прекращают и выдерживают до окончания экстракции. По завершении процесса растворы католита и анолита, содержащие растворенный белок, фильтруют через фильтр 10 и 17. Затем с помощью насосов 11 и 18 по трубопроводам 12 и 19 растворы объединяются в емкости 13 для нейтрализации растворов и осаждения белка в изоточке. Затем осадок отделяют и сушат.

Предлагаемая конструкция устройства позволяет одновременно обрабатывать несколько субстратов (соевую муку и подсолнечный шрот). При этом экстракционные емкости, в которых происходит растворение белка, пространственно отделены от электролизной части устройства, что предотвращает залипание нерастворимых частей субстрата на электродах и образование местных перегревов. Наличие емкости для экстракции, где происходит объединение двух растворов, содержащих растворенный белок, обеспечивает нейтрализацию рабочих растворов и осаждение белка.

Изобретение относится к комбикормовой промышленности. Способ заключается в обработке шрота подсолнечного католитом, удалении обработанного раствора, экстракции белка, фильтрации, сушки осадка, измельчении, одновременно с обработкой шрота подсолнечного католитом осуществляют обработку анолитом сои, при этом католит и анолит циркулируют с равной скоростью. Устройство состоит из двух камер, соединенных полупроницаемой перегородкой, каждая камера снабжена электродами и источником постоянного напряжения, сборной камеры и насосов с трубопроводами. Способ и устройство позволяют сократить время производства и себестоимость добавки. 1 ил., 1 табл.

1. Способ получения белковой кормовой добавки из растительного сырья, включающий обработку шрота подсолнечного католитом, удаление полученного раствора из катодной части диафрагменного электролизера, экстракцию белка, фильтрацию, доведение экстракта до изоэлектрической точки белков, сушку осадка, измельчение, отличающийся тем, что обработку шрота подсолнечного католитом проводят до рН 9-11, одновременно обрабатывают анолитом сою до рН 3-5 в анодной зоне диафрагменного электролизера, при этом католит и анолит циркулируют с одинаковой скоростью, а экстракцию проводят в течение 7 мин под действием электрического тока, затем отключают электрический ток и проводят экстракцию еще 30 мин, полученные белковые растворы из подсолнечного шрота и сои объединяют.2. Устройство для осуществления способа получения белковой кормовой добавки из растительного сырья, включающее две камеры с электролитами, соединенные полупроницаемой перегородкой, каждая камера снабжена электродами и источником постоянного напряжения, разноименные полюса которого связаны с электродами, отличающееся тем, что устройство снабжено двумя камерами для экстракции растительного сырья, соответственно шрота и сои, сборной камерой и насосами с трубопроводами для циркуляции рабочих растворов, соединенными с камерами электролизера и сборной камерой для экстрактов.