УСТАНОВКА ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ МИКРОБНЫМ БЕЛКОМ Российский патент 2020 года по МПК A23N17/00 C12M1/00 

Изобретение относится к промышленной биотехнологии получения кормовых добавок на основе растительного сырья (солома, древесные опилки, лузга, початки кукурузы, отруби и др.) и более конкретно для получения кормовой добавки на основе обогащения дробленой соломы белком метан окисляющих бактерий и может быть использовано 8 аграрном секторе, в пищевой и медицинской промышленности.

Кроме указанного применения, установка может использоваться для получения инокулята, применяемого в твердофазных процессах производства биологически активных веществ, метана, утилизации отходов, плодовых тел высших грибов и др.

Компоненты (солома + белок) активно участвуют в метаболизме животных.

Солома позволяет структурировать и разбавлять энергию корма, содержит целлюлозу, которая расщепляется в рубце животных под действием ферментов, делая ее удобоваримой и имеющей то же значение энергии, что и крахмал.

Белок метан окисляющих бактерий (гаприн) отвечает за жизненно важные процессы животных - размножение, рост, развитие, продуктивность, входит в состав ферментов, гормонов и иммунных тел.

Известны «Технологические основы выделения и концентрирования продуктов микробного синтеза», StudFiles. net>preview/2481880/page: 4/, а также «Устройства для выделения биомассы из бактериальных суспензий», https://yandex.ru/search/?lr=2178text. Выделение (концентрирование) продуктов микробного синтеза в известных устройствах может осуществляться непосредственно в ферментере или вне ферментера, из сливаемой суспензии.

Наиболее близкими аналогами являются устройства, выделение биомассы в которых осуществляется фильтрацией микробной суспензии через расширенную поверхность фильтрующего материала, нетканого полотна или полых волокон.

Существенным недостатком известных устройств является неизбежность применения ручного труда, заключающегося в периодическом съеме осажденной биомассы с поверхностей фильтрующего материала, промывке и стерилизации фильтрующего материала для повторного использования или замене фильтрующего материала при нарушении его фильтрующей способности, что не позволяет автоматизировать процесс фильтрации суспензий, снижает производительность и повышает себестоимость реализуемых процедур.

Известен Пресс-экструдер (Патент РФ №2353522) для получения кормов, состоящих из нескольких питательных компонентов.

Пресс-экструдер содержит цилиндрический корпус с загрузочным бункером, шнек с лопастями и выходную матрицу с фильерой.

Пресс-экструдер работает следующим образом: исходное сырье из загрузочного бункера, посредством вращения лопастей шнека, перемешивается и заполняет всю полость цилиндрического корпуса до матрицы с фильерой, разделяется на отдельные потоки, а затем выдавливается наружу через выходную матрицу с фильерой.

В результате повышается эффективность процесса экструзии за счет исключения операции предварительного смешивания компонентов корма, улучшаются гомогенизация и качество продукта.

Целевое назначение пресс-экструдера - это формирование пластичного сырья в высокотемпературном режиме с последующим продавливанием полученной массы через профильную фильеру, что позволяет решить только часть поставленной задачи, так как пресс-экструдер не наделен функциями смачивания сырья, использования сырья в качестве фильтра и отвода отжатой жидкости.

За прототип заявляемого изобретения выбран «Шнековый пресс для извлечения сока» (Патент РФ №1521611), целевое назначение и конструктивное исполнение которого наиболее близко к решению поставленной задачи.

Шнековый пресс содержит: цилиндрический перфорированный корпус, загрузочный бункер, транспортирующий и прессующий шнеки, патрубок для отвода мезги и сборник сока.

При работе шнекового пресса сырье подается в загрузочный бункер, захватывается витками транспортирующего шнека и медленно продвигается им в цилиндр к прессующему шнеку. На этом участке отбирается сок с наименьшим содержанием взвесей. Прессующий шнек транспортирует мезгу в камеру, где отбирается оставшийся в мезге сок, отжатая мезга выводится через выходной патрубок пресса, а очищенный сок стекает и собирается в сборнике сока.

Шнековый пресс, также как и пресс-экструдер, обеспечивает частичное решение поставленной задачи, добавляя возможность отвода жидкой фракции из мезги через перфорированную поверхность цилиндрического корпуса в сборник сока.

Каждый приведенный аналог содержит разобщенные признаки, применение которых в составе заявляемой установки требует дополнительных решений, заключающихся в обеспечении асептического слива микробной суспензии из ферментера, концентрирования биомассы в объеме растительного сырья и автоматизации процессов, объединяющих культивирование микроорганизмов с получением кормовой добавки.

Цель изобретения.

Повышение производительности установки и питательной ценности кормовой добавки, при снижении затрат производственного процесса.

Поставленная цель достигается тем, что установка, содержащая «шнековый пресс» с загрузочным бункером растительного сырья, перфорированным корпусом цилиндрической формы, транспортирующим шнеком, сборником жидкости, патрубком для отвода отжатой растительной массы и прибором управления, дополнительно содержит:

- жидкостный коллектор, размещенный над цилиндрическим корпусом;

- питатели для распределенного ввода микробной суспензии по поверхности дробленой соломы, сообщенные с жидкостным коллектором и полостью цилиндрического корпуса;

- шлюзовую камеру со змеевиком для конденсации пара, подключенным через управляемый клапан к сети холодной водопроводной воды;

- сеть трубопроводов с управляемыми клапанами, соединяющими шлюзовую камеру с источником микробной суспензии (ферментером), источником водяного пара, атмосферой, жидкостным коллектором и сливной канализацией;

- обводной трубопровод с насосом, фильтром механической очистки жидкости и управляемым клапаном, соединяющим сборник жидкости с жидкостным коллектором.

При этом:

- цилиндрический корпус перфорирован отверстиями только в донной части;

- сборник жидкости выполнен в виде поддона и размещен под перфорированными отверстиями донной части цилиндрического корпуса;

- патрубок для отвода отжатой растительной массы выполнен в виде матрицы с профильной фильерой, а прибор управления выполнен в виде микропроцессорного контроллера.

На представленном рисунке показана схема установки.

Установка содержит: шлюзовую камеру 1; змеевик 2; цилиндрический перфорированный корпус 3 с загрузочным бункером 4, транспортирующим шнеком 5, профильной фильерой 6, перфорированным дном 7 и поддоном 8; коллектор 9 с питателями 10, выполненными из отрезков труб, концы которых соединены с коллектором и введены в полость цилиндрического корпуса под углом 30°-45°; фильтр 11 жидкости; насос 12 жидкости; клапаны 13-20; обводной трубопровод 21; прибор управления 22.

В исходном положении шлюзовую камеру 1 через управляемый клапан 13 сообщают с атмосферой, через клапан 14 подключают к источнику водяного пара, через клапан 15 - к ферментеру с микробной суспензией, через клапан 16 - к сети холодной воды, через клапаны 19, 20 - к сливной канализации. В загрузочный бункер 4 вносят сухую дробленую или чесаную солому.

С прибора 22 управления, в который заложена автоматизированная программа работы исполнительных устройств, включают вращение транспортирующего шнека 5, и цилиндрический корпус 3 заполняют дробленой соломой до профильной фильеры 6.

На приборе 22 задают:

Время продувки шлюзовой камеры 1 водяным паром.

Время охлаждения шлюзовой камеры 1.

Время загрузки шлюзовой камеры 1 микробной суспензией из ферментера.

Время разгрузки микробной суспензии из шлюзовой камеры 1.

Время фильтрации микробной суспензии.

Число оборотов транспортирующего шнека 5, обеспечивающего перезагрузку цилиндрического корпуса 3.

Применяют режим «Пуск».

С применением режима «Пуск» откроются клапаны 14, 19.

Через открытый клапан 14 в шлюзовую камеру 1, в течение заданного времени, будет поступать острый пар, промывая, пропаривая и вытесняя из камеры 1 воздух и образующийся конденсат пара через открытый клапан 19 в сливную канализацию.

По истечении продувки паром камеры 1 клапаны 14, 19 закроются.

Откроется клапан 16, через который холодная вода будет протекать через змеевик 2, обеспечивая конденсацию и падение давления пара в камере 1.

По истечении заданного времени клапан 16 закроется.

При достижении заданной концентрации клеток в микробной суспензии, культивируемой в ферментере, откроется клапан 15 и, в течение заданного времени, в созданных асептических условиях, шлюзовая камера 1 заполнится микробной суспензией из ферментера. Шлюзовая камера при этом выполняет функцию дозатора заданного объема микробной суспензии, сливаемой из ферментера.

По истечении заданного времени клапан 15 закроется.

Откроются клапаны 13, 17 и включится насос 12.

При работе насоса 12 микробная суспензия из камеры 1 будет вытесняться по обводному трубопроводу 21 через коллектор 9 и питатели 10, в течение заданного времени, в цилиндрический корпус 3, заполненный сухой дробленой соломой.

По истечении заданного времени разгрузки камеры 1 клапаны 13, 17 закроются, и повторится процедура пропаривания и охлаждения шлюзовой камеры 1, по завершении которой камера 1 будет находиться в режиме ожидания следующего заполнения из ферментера.

Сливные отверстия питателей 10 направлены в сторону действия шнека 5 и равномерно распределены по поверхности дробленой соломы, что предотвращает засорение соломой сливных отверстий питателей 10 и обеспечивает равномерное смачивание соломы. Микробная суспензия, вытекающая из питателей 10, просачивается через объем дробленой соломы с разделением на фракцию биомассы, осажденную на множественных поверхностях дробленой соломы, и на жидкую фракцию (фильтрат), стекающую через перфорированное дно 7 в поддон 8. С закрытием клапанов 13, 17 откроется клапан 18.

Фильтрат из поддона 8, по образованному замкнутому контуру: поддон 8 → клапан 18 → фильтр 11 → насос 12 → коллектор 9 → питатели 10 → фильтр из дробленой соломы в корпусе 3 → поддон 8 будет протекать в течение заданного времени, обеспечивая более полное обогащение дробленой соломы биомассой метан окисляющих бактерий. По истечении времени фильтрации микробной суспензии насос 12 выключится, и клапан 11 закроется.

Включится привод шнека 5, под действием которого, в течение выполнения заданного числа оборотов шнека 5, солома, обогащенная микробной биомассой, перемешивается и отжимается от свободной жидкости при выдавливании через профильную фильеру 6, образуя сырой продукт - дробленую солому, обогащенную биомассой метан окисляющих бактерий, и одновременно замещается сухой дробленой соломой из бункера 4.

По истечении выполнения шнеком 5 заданного числа оборотов откроется клапан 20, и остаточная жидкость из поддона 8, в течение заданного времени, будет слита в канализацию, а клапан 20 закроется.

Указанные процедуры повторятся после очередной загрузки шлюзовой камеры 1 микробной суспензией, сливаемой из ферментера.

В результате осуществления настоящего изобретения в заявленной установке достигается технический результат изобретения - повышение производительности установки и питательной ценности кормовой добавки, при снижении затрат производственного процесса, что конкретно детализировано следующими положительными эффектами:

- Совмещение процесса культивирования микроорганизмов с процессом производства кормовой добавки и автоматизация совмещенного процесса обеспечивают существенное повышение производительности, качества, и снижение себестоимости кормовой добавки.

- Высокая производительность установки достигается автоматизацией совмещенного процесса.

- Высокое качество кормовой добавки достигается за счет использования микробной суспензии из ферментера, обладающей высокой ферментативной активностью.

- Снижение себестоимости, достигается исключением ручного труда и производственных потерь микробного белка за счет автоматизации совмещенных процессов.

- Асептические условия работы ферментера поддерживаются периодической промывкой и пропариванием шлюзовой камеры.

- Эффективность фильтрации микробной суспензии через объем сухой дробленой соломы достигается за счет распределенного ввода суспензии в сухую, уплотненную солому через питатели и за счет многократной рециркуляции фильтрата.

- Требуемые структура и влажность кормовой добавки достигаются подбором профильной фильеры.

- Многократная рециркуляция фильтрата через объем дробленой соломы обеспечивает очистку стоков в соответствии с требованиями санитарного надзора.

Изобретение относится к промышленной биотехнологии и может быть использовано для получения кормовых добавок на основе растительного сырья. Установка включает цилиндрический перфорированный корпус, загрузочный бункер, транспортирующий шнек, сборник жидкости, разгрузочный патрубок, прибор управления. Установка дополнительно содержит коллектор жидкости, питатели, обводной трубопровод с управляемым клапаном, фильтром механической очистки жидкости и насосом, шлюзовую камеру и змеевик. Использование изобретения позволит повысить и питательную ценность кормовой добавки при снижении затрат производственного процесса. 1 ил.

Установка для обогащения растительного сырья микробным белком, включающая цилиндрический перфорированный корпус, загрузочный бункер, транспортирующий шнек, сборник жидкости, разгрузочный патрубок, прибор управления, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит коллектор жидкости, размещенный над корпусом, питатели, выполненные из отрезков труб, концы которых соединены с коллектором и введены в полость цилиндрического корпуса под углом 30°-45°, обводной трубопровод с управляемым клапаном, фильтром механической очистки жидкости и насосом, посредством которых сборник жидкости сообщен с коллектором жидкости, шлюзовую камеру, сообщенную через управляемые клапаны с источником острого пара, источником микробной суспензии, обводным коллектором, атмосферой и сливной канализацией, змеевик, закрепленный в шлюзовой камере и сообщенный одним концом через управляемый клапан с источником холодной воды, а другим концом - со сливной канализацией, при этом корпус перфорирован только в донной части, сборник жидкости выполнен в виде поддона, закрепленного под донной частью корпуса и сообщенного через управляемый клапан со сливной канализацией, патрубок для отвода отжатого растительного сырья выполнен в виде профильной фильеры, а прибор управления выполнен в виде микропроцессорного контроллера.