СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БАРДЫ В КОРМОПРОДУКТ Российский патент 2010 года по МПК A23K1/06 C12N1/20 

Предлагаемое изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано при производстве кормов.

Известны способы переработки послеспиртовой барды в кормопродукт, включающие выделение твердой фазы, выпаривание фугата и получение гранулированного корма (DDG и DDGS) (1).

Однако эти методы очень энергозатратны, дороги в реализации, а полученный кормопродукт не имеет высокой кормовой ценности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ переработки барды, разработанный ООО «ФМТ» и ООО «СПС-Наладка» (2).

Блок-схема данного способа приведена на фиг.1.

Горячая послеспиртовая барда из бардоприемника 1 поступает на теплообменник (2) и далее в аппараты ферментативного гидролиза (3), где охлажденную барду перемешивают с раствором ферментного препарата АМТ Энзим УР402 и осуществляют ферментативный гидролиз клетчатки. Далее барда через напорную емкость 4 поступает на декантерные центрифуги (5) для разделения на два потока: жидкую фазу (фугат) и фракцию влажных взвешенных частиц (кек).

Фугат после смешивания с растворами питательных солей в сборнике (6) поступает в ферментер первой ступени (7-1), куда подают чистую культуру дрожжей, представляющую собой специально выращенные дрожжи.

В ферментере первой ступени осуществляют аэробное непрерывное культивирование дрожжей со скоростью роста 0,15-0,25 час^-1.

На первой степени дрожжами потребляется 70-80% утилизируемых компонентов фугата. Утилизацию оставшихся 30-20% утилизируемых компонентов фугата осуществляют в ферментере второй ступени (7-2) при скорости роста дрожжей 0,06-0,12 час^-1.

Вспененную дрожжевую суспензию из ферментера первой ступени подают на флотатор (8), где происходит отделение биомассы дрожжей от дрожжевой бражки, которая дальше поступает в ферментер второй ступени. Вспененная дрожжевая суспензия из ферментера второй ступени также подается во флотатор (8)

Из флотатора флотоконцентрат подается на сепараторы (9) и далее на барабанный вакуум-фильтр (10), где происходит обезвоживание дрожжей до остаточной влажности 65-75%.

Последрожжевая бражка подается на локальные очистные сооружения.

Дрожжи подают в шнековый смеситель (11), куда одновременно подают кек с декантера. После перемешивания смесь кека и дрожжей обезвоживают в роторно-трубчатой печи до остаточной влажности 8%.

Недостатками данного способа являются:

- необходимость использования дорогостоящих ферментных препаратов для осуществления гидролиза целлюлозосодержащих компонентов барды,

- сложность аппаратурно-технологической схемы, так как операции ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих компонентов барды и последующая ассимиляция растворенных компонентов барды и продуктов гидролиза осуществляются последовательно и в разных аппаратах,

- в качестве питательной среды используется только фугат барды, что снижает производительность технологических линий, реализующих данный способ.

Предлагаемый способ позволяет устранить указанные выше недостатки.

Указанная цель достигается тем, что в качестве питательной среды используют нативную барду, а ассимиляцию растворенных компонентов барды и деструкцию целлюлозосодержащих компонентов барды осуществляют одновременно путем аэробного культивирования бактерий Cellulomonas effuse, при этом отбор кормопродукта для последующего обезвоживания начинают при достижении концентрации клеток бактерий Cellulomonas effuse в культуральной жидкости значений КОЕ в 1 мл от 2×10¹⁰ до 2×10¹¹

На фиг.2 приведена блок-схема предлагаемого метода.

Горячая барда поступает из бардоприемника (1) на теплообменник (2) для охлаждения. Охлажденная нативная барда поступает в ферментер (3), куда одновременно подают необходимые для роста микроорганизмов питательные соли, воздух для аэрации и перемешивания.

После доведения рН и температуры культуральной среды до оптимального для микроорганизмов уровня добавляют инокулят, представляющий собой специально селекционированную культуру микроорганизмов Cellulomonas effusa, обладающих способностью к деструкции целлюлозосодержащих компонентов барды. Далее проводят аэробное культивирование в течение времени, необходимого для достижения концентрации клеток бактерий значений КОЕ в 1 мл от 2×10¹⁰ до 2×10¹¹

После этого начинают процесс культивирования бактерий в режиме отъема-долива (непрерывный процесс).

В процессе культивирования микроорганизмы утилизируют не только растворенные компоненты барды, но и продукты ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих компонентов барды. А именно, в процессе жизнедеятельности используемые микроорганизмы вырабатывают комплекс целлюлаз, расщепляющих целлюлозосодержащие компоненты барды. Полученные продукты гидролиза, как и растворенные компоненты барды, ассимилируются микроорганизмами для построения биомассы клеток.

Параметр перехода с периодического режима культивирования на непрерывный, а именно значение КОЕ в 1 мл от 2×10¹⁰ до 2×10¹¹, получен экспериментально.

Нами было установлено, что только при этом значении концентрации клеток бактерий устанавливается равновесие между ассимиляцией растворенных компонентов барды и деструкцией целлюлозосодержащих компонентов барды.

Если концентрация клеток бактерий меньше указанного значения, то скорость деструкции целлюлозосодержащих компонентов снижается, что приводит к снижению скорости роста культуры и, как следствие, к ее вымыванию из ферментера.

Если концентрация клеток бактерий больше указанного значения, то скорость деструкции целлюлозосодержащих компонентов барды возрастает и, как следствие, возрастает концентрация растворенных углеводсодержащих компонентов барды. Повышение концентрации углеводов ингибирует процесс синтеза целлюлаз, что приводит нарушению стабильности процесса и вымыванию культуры.

Отбираемую из ферментера суспензию, содержащую полученную биомассу, сгущают на сепараторе или в вакуум-выпарной установке (4) и далее обезвоживают в сушилке (5).

Полученный кормопродукт содержит до 50% протеина и 3,5-9,0% клетчатки.

При использовании предлагаемого способа нет необходимости в использовании дорогостоящих ферментов, так как их получают в процессе культивирования самих микроорганизмов. При этом за счет биомассы этих микроорганизмов повышают содержание белка в кормопродукте.

Так как процесс культивирования и синтеза ферментов протекает одновременно и в одном аппарате, нет необходимости в использовании аппаратов ферментативного гидролиза и декантерных центрифуг, разделяющих ферментированную барду на фугат и кек (как в прототипе).

Культивирование микроорганизмов по предлагаемому способу осуществляют с использованием в качестве питательной среды нативной барды, а не только фугата, что позволяет значительно повысить выход высокобелкового кормопродукта из барды.

Таким образом, использование предлагаемого способа переработки барды позволяет существенно снизить капитальные затраты и затраты на сырье и утилиты, что снижает себестоимость получаемого кормопродукта.

Пример 1

Спиртовой завод мощностью 3000 дал спирта в сутки вырабатывает 350 м³ барды с содержанием 12240 кг растворенных и 12288 кг нерастворенных взвешенных компонентов барды.

Горячую барду из бардоприемника подают в теплообменник, где охлаждают до 34°С.

Охлажденную барду подают в ферментер объемом 250 м³ в количестве 160 м³, включают аэрацию и подают 400 кг (NH₄)₂SO₄ и 400 кг (NH₄)₂HPO₄, доводят рН среды до 7,0±0,2 40% раствором NaOH и подают инокулят - выращенные в стерильных условиях бактерии Cellulomonas effuse К-27 (см. табл.1).

При поддержании температуры и рН среды на уровне 30±1°С и 7,0±0,2 ед. рН соответственно и постоянной аэрации среды осуществляют культивирование в течение 10 часов до достижения концентрации клеток бактерий значений КОЕ в 1 мл от 2×10¹⁰ до 2×10¹¹.

Далее начинают культивирование в режиме отъем-долив, а именно из ферментера каждый час отбирают 12,3 м³ культуральной жидкости и в ферментер подают 12,3 м³ предварительно охлажденной барды с питательными солями.

Отбираемая из ферментера культуральная жидкость сгущается на вакуум-выпарке и далее обезвоживается на сушилке до остаточной влажности 8%.

Пример 2.

Спиртовой завод мощностью 3000 дал спирта в сутки вырабатывает 350 м³ барды с содержанием 12240 кг растворенных и 12288 кг нерастворенных взвешенных компонентов барды.

Горячую барду из бардоприемника подают в теплообменник, где охлаждают до 34°С.

Охлажденную барду подают в ферментер объемом 400 м³ в количестве 224 м³, включают аэрацию и подают 560 кг (NH₄)₂SO₄ и 560 кг (NH₄)₂HPO₄, доводят рН среды до 7,0±0,2 40% раствором NaOH и подают инокулят - выращенные в стерильных условиях бактерии Cellulomonas effuse К-29 (см. табл.2).

При поддержании температуры и рН среды на уровне 30±1°С и 7,0±0,2 ед. рН соответственно и постоянной аэрации среды осуществляют культивирование в течение 14 часов до достижения концентрации клеток бактерий значений КОЕ в 1 мл от 2×10¹⁰ до 2×10¹¹.

Далее начинают культивирование в режиме отъем-долив, а именно из ферментера каждый час отбирают 16,0 м³ культуральной жидкости и в ферментер подают 16,0 м предварительно охлажденной барды с питательными солями.

Отбираемая из ферментера культуральная жидкость сгущается на сепараторе, а затем на вакуум-выпарке и далее обезвоживается на сушилке до остаточной влажности 8%.

Список использованной литературы

1. Красницкий В.М., Арсеньев Д.В., Ежков А.В., Ежков А.А., Кузмичев А.В. Технология комплексной безотходной переработки зерна на спирт и кормопродукты для сельскохозяйственных животных // Ликероводочное производство и виноделие. - 2001, 311 (23), с.4-5.

2. Переработка послеспиртовой барды на кормоконцентрат, www.spnaladka.ru/images/barda.doc

Способ предусматривает подачу горячей барды из бардоприемника, ее охлаждение, получение питательной среды, ассимиляцию растворенных компонентов барды путем аэробного культивирования микроорганизмов и последующее обезвоживание полученного кормопродукта. В качестве питательной среды используют нативную барду. Используемые в способе микроорганизмы одновременно с ассимиляцией растворенных компонентов барды обладают способностью к деструкции целлюлозосодержащих компонентов барды. В качестве таких микроорганизмов используют бактерии Cellulomonas effusa. Отбор кормопродукта для последующего обезвоживания начинают при достижении концентрации клеток бактерий Cellulomonas effusa в культуральной жидкости значений КОЕ в 1 мл от 2×10¹⁰ до 2×10¹¹. Способ позволяет получить кормопродукт с высоким содержанием белка и низким содержанием клетчатки. Содержание белка составляет 50%, а клетчатки 3,5-9,0%. 2 ил., 2 табл.

Способ переработки барды в кормопродукт, включающий подачу горячей барды из бардоприемника, ее охлаждение, получение питательной среды, ассимиляцию растворенных компонентов барды путем аэробного культивирования микроорганизмов и последующее обезвоживание полученного кормопродукта, отличающийся тем, что в качестве питательной среды используют нативную барду, а ассимиляцию растворенных компонентов барды и деструкцию целлюлозосодержащих компонентов барды осуществляют одновременно путем аэробного культивирования бактерий Cellulomonas effusa, при этом отбор кормопродукта для последующего обезвоживания начинают при достижении концентрации клеток бактерий Cellulomonas effusa в культуральной жидкости значений КОЕ в 1 мл от 2·10¹⁰ до 2·10¹¹.