Способ получения гранулированной кормовой добавки Российский патент 2023 года по МПК A23K10/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к способу получения гранулированной кормовой добавки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Кормовая добавка представляет собой продукт, предназначенный для введения в пищу в качестве добавки к обычному рациону для восполнения недостатка суточной нормы потребления определенного соединения. Добавление в пищу сельскохозяйственных животных кормовых добавок, содержащих аминокислоты, для улучшения показателей животных, содержащихся в животноводческом хозяйстве, является обычной практикой.

Поскольку аминокислоты кормовых добавок, которые получают микробиологической ферментацией, находятся в жидкой питательной среде наряду с другими побочными продуктами, для повышения содержания аминокислот при получении кормовых добавок применяют различные способы. Например, для повышения содержания аминокислот, водный раствор аминокислот, сконцентрированный очисткой до высокой концентрации, смешивают с ферментативной жидкой питательной средой для получения гранул. Однако, поскольку водный раствор с высоким содержанием основных аминокислот отличается гидрофильностью и полярностью, готовые гранулированные продукты обладают высокой гигроскопичностью, которая вызывает агломерацию гранул. Агломерация затрудняет операции технологической обработки, которые производят на предприятии, производящем комбикорма. Кроме того, для повышения содержания основных аминокислот также применяют ряд способов очистки для удаления примесей из ферментативной жидкой питательной среды и кристаллизацию в присутствии соляной кислоты. Для этого, однако, требуется проведение нескольких способов очистки, а необходимые применяемые реагенты чаще всего отбрасывают в виде отходов, что приводит к экономическим и экологическим проблемам.

Соответственно, необходимо создать экономически выгодный способ получения композиции гранулированной кормовой добавки, имеющей высокое содержание основных аминокислот и низкую гигроскопичность.

Документ предшествующего уровня техники

Патентный документ

Патентный документ 0001 опубликованная корейская патентная заявка No. 10-2019-0081448

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения состоит в предоставлении способа получения гранулированной кормовой добавки, где способ включает стадии получения водного раствора основной аминокислоты (стадия а); и введение диоксида углерода в водный раствор основной аминокислоты для получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b), где водный раствор основной аминокислоты получен из ферментативной жидкой питательной среды, получаемой при ферментации культуры микроорганизмов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлена стадия получения гранулированной кормовой добавки, имеющей высокое содержание основных аминокислот, согласно одному из аспектов изобретения;

На фиг. 2 представлен способ нейтрализации водного раствора аминокислот с использованием барботажной колонны;

На фиг. 3 представлен способ нейтрализации водного раствора аминокислот с использованием циркуляционной абсорбционной колонны; и

На фиг. 4 представлен способ нейтрализации водного раствора аминокислот с помощью абсорбционной колонны непрерывного действия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Каждое из описаний и воплощений, приведенных в настоящем документе, также может относиться к другим описаниям и воплощениям. Так, все комбинации различных элементов, описанных в настоящем документе, включены в объем изобретения. Кроме того, объем изобретения не ограничен конкретным описанием, приведенным ниже.

Один из аспектов изобретения может относиться к способу получения гранулированной кормовой добавки, где способ включает стадии получения водного раствора основной аминокислоты (стадия а); и введение диоксида углерода в водный раствор основной аминокислоты для получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b); и при этом водный раствор основной аминокислоты получен из ферментативной жидкой питательной среды, полученной из культуры микроорганизмов.

В способе получения гранулированной кормовой добавки согласно одному из аспектов изобретения полученная гранулированная кормовая добавка может иметь высокое содержание основных аминокислот, и при этом основные аминокислоты могут быть нейтрализованы введением диоксида углерода для снижения полярности основных аминокислот. Соответственно, благодаря этому можно получить эффект снижения повышенной гигроскопичности, образования агломератов и слеживания, которые представляют собой проблемы, обусловленные полярностью основных аминокислот.

Употребляемый в документе термин «кормовая добавка» может относиться к веществу, которое добавляют в корм для повышения продуктивности или для улучшения здоровья целевого организма. Кормовая добавка может быть получена в различных формах, известных в данной области техники, и может быть применена индивидуально или в комбинации с существующими известными кормовыми добавками. Композиция кормовой добавки может быть добавлена в корм в подходящем отношении смешивания, и отношение смешивания может быть легко определено специалистами в данной области техники на основании здравого смысла и опыта в данной области. Композиция кормовой добавки может быть добавлена в корм для животных, примеры которых включают, без ограничений, цыпленка, свинью, обезьяну, собаку, кошку, кролика, корову, овцу, козу и т.д.

Употребляемый в документе термин «основная аминокислота» может относиться к одной или более аминокислоте, выбранной из группы, состоящей из лизина, аргинина и гистидина. Основная аминокислота может представлять собой одну или более аминокислот, выбранных из группы, состоящей из L-лизина, L-аргинина и L-гистидина. Основная аминокислота может присутствовать в виде соли или свободной аминокислоты лизина, аргинина или гистидина. Неограничивающие примеры солей могут представлять собой сульфат, гидрохлорид или карбонат. Основная аминокислота легко связывается с водой и может быть полярной.

Употребляемый в документе термин «водный раствор основной аминокислоты» может относиться к продукту, полученному ферментативной жидкой питательной среды, включающей основные аминокислоты. В частности, водный раствор основной аминокислоты может быть получен способами фильтрования, очистки и концентрирования продукта ферментации, полученного культивированием бактериального штамма, продуцирующего основные аминокислоты.

Продукт ферментации может быть получен путем культивирования бактериального штамма ферментацией; ферментация может быть выполнена в виде периодического способа с подпиткой (способа с подпиткой), периодического способа или повторяющегося периодического способа с подпиткой (повторяющегося способа с подпиткой). Применяемая для ферментации среда может быть оптимизирована в соответствии с условиями, необходимыми для продуцирующего штамма.

Концентрация водного раствора основной аминокислоты может составлять от приблизительно 450 г/л до приблизительно 650 г/л, например, от приблизительно 500 г/л до приблизительно 600 г/л или от приблизительно 520 г/л до приблизительно 580 г/л. Показатель рН водного раствора основной аминокислоты может составлять от приблизительно 10 до приблизительно 11. Удельная плотность водного раствора основной аминокислоты может составлять от приблизительно 1,10 до приблизительно 1,15. Чистота водного раствора основной аминокислоты может составлять от приблизительно 90% масс. до 100% масс.

Основная аминокислота легко связывается с водой и может быть полярной. Таким образом, если гранулированная кормовая добавка имеет высокое содержание основных аминокислот, то полярность гранул в целом повышается, приводя к проблемам повышенной гигроскопичности и агломерации. Однако гранулированная кормовая добавка, получаемая описанным выше способом получения, может иметь высокое содержание основных аминокислот и не создавать описанных выше проблем, поэтому такая добавка может иметь определенные преимущества при транспортировке и хранении, при том что концентрация основных аминокислот в кормовой добавке находится в вышеуказанном диапазоне. Гранулированная кормовая добавка согласно одному из аспектов изобретения может включать от 50% масс. до 90% масс., например, приблизительно от 55% масс. до 89,5% масс., приблизительно от 60% масс. до 89% масс., приблизительно от 65% масс. до 88,5% масс., приблизительно от 70% масс. до 88% масс., приблизительно от 75% масс. до 87% масс., приблизительно от 76% масс. до 86% масс., приблизительно от 77% масс. до 85% масс., приблизительно от 78% масс. до 84% масс. или приблизительно от 79% масс. до 80% масс., основных аминокислот в расчете на общую массу гранул. Согласно способу получения гранулированной кормовой добавки, гранулированная кормовая добавка, обладающая свойством высокого содержания, может быть получена с использованием водного раствора аминокислот, полученного очисткой и концентрированием ферментативной жидкой питательной среды.

В способе получения согласно изобретению выбор типа бактериального штамма, продуцирующего основные аминокислоты, не имеет ограничений, при условии, что штамм способен продуцировать основные аминокислоты в рамках объема изобретения. Конкретные примеры штаммов могут включать штаммы рода Corynebacterium.

Кроме того, условия, в которых бактериальный штамм продуцирует основные аминокислоты, могут быть созданы таким образом, чтобы продуцируемое количество основных аминокислот было высоким, но их количество, аккумулируемое в бактериальном штамме, было низким.

Продукт ферментации может быть отфильтрован, и, в частности, микроорганизмы могут быть отделены от продукта ферментации с помощью мембраны. Затем ферментативную жидкую питательную среду, из которой удалены микроорганизмы, можно пропустить, например, через колонку с ионообменной смолой, в результате чего удаляют примеси с очисткой основных аминокислот. Способ концентрирования очищенных основных аминокислот может быть проведен посредством концентрирования ферментативной жидкой питательной среды, включающей основные аминокислоты, например, вакуумным способом и/или способом сушки.

Термин «водный раствор нейтрализованной аминокислоты» может относиться к нейтрализованной форме водного раствора основной аминокислоты. В частности, кроме водного раствора аминокислоты, водный раствор нейтрализованной аминокислоты может дополнительно включать или Другими словами, водный раствор нейтрализованной аминокислоты может представлять собой водный раствор аминокислоты, нейтрализованной добавлением или

На стадии получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b), нейтрализация может быть проведена введением диоксида углерода в водный раствор основной аминокислоты. Диоксид углерода может включать диоксид углерода, полученный в процессе ферментации микроорганизмов. В частности, диоксид углерода может включать диоксид углерода, полученный на стадии получения водного раствора основной аминокислоты (стадия а). При введении диоксида углерода в водный раствор аминокислоты, в водный раствор включаются ионы или что приводит к нейтрализации основных аминокислот. Поскольку в этом способе может быть применен диоксид углерода, полученный в результате ферментации, то могут быть снижены выбросы диоксида углерода и произведена рециркуляция ресурсов.

Кроме того, поскольку традиционный способ нейтрализации водных растворов аминокислоты соляной кислотой может быть пропущен, способ очистки может быть упрощен.

После проведения стадии получения водного раствора основной аминокислоты (стадия а) способ получения гранулированной кормовой добавки может дополнительно включать стадию получения концентрированной ферментативной жидкой питательной среды посредством концентрирования ферментативной жидкой питательной среды, полученной путем культивирования микроорганизма (стадия а-2).

Употребляемый в документе термин «концентрированная ферментативная жидкая питательная среда» может относиться к продукту, полученному концентрированием ферментативной жидкой питательной среды, включающей основные аминокислоты, с помощью вакуумных способов и/или способов сушки. Концентрированная ферментативная жидкая питательная среда может быть получена концентрированием ферментативной жидкой питательной среды, которую получают культивированием бактериального штамма, продуцирующего основные аминокислоты, с помощью вакуума и нагревания без удаления бактерий и очисткой таким образом, что в результате общее содержание твердых веществ в ферментативной жидкой питательной среде составляет от приблизительно 50% масс. до приблизительно 60% масс., то есть содержание твердых веществ составляет от приблизительно 50% масс. до приблизительно 60% масс. Термин «содержание твердых веществ» может относиться к массе остатка, получаемого после полного удаления жидкости.

Кроме того, стадию а-2 можно выполнять одновременно со стадией а, после стадии а, перед стадией а. Например, способ может быть предназначен для получения концентрированной ферментативной жидкой питательной среды концентрированием ферментативной жидкой питательной среды без проведения процесса очистки, при получении водного раствора основной аминокислоты путем очистки и концентрирования ферментативной жидкой питательной среды, полученной культивированием бактериального штамма, вырабатывающего основные аминокислоты.

После проведения стадии получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадии b) способ получения гранулированной кормовой добавки может дополнительно включать стадию смешивания концентрированной ферментативной жидкой питательной среды и водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b-2).

Согласно одному из примеров воплощения изобретения, стадия смешивания концентрированной ферментативной жидкой питательной среды и водного раствора нейтрализованный аминокислоты может быть проведена таким образом, чтобы молярное отношение количества анионов к количеству аминокислот составляло более приблизительно 0,19 и 0,62 или менее.

После проведения стадии b, способ получения гранулированной кормовой добавки может дополнительно включать стадию смешивания концентрированной ферментативной жидкой питательной среды и водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b-2), что, таким образом, более экономически выгодным образом повышает чистоту аминокислот в гранулах.

Стадия получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b) способа получения гранулированной кормовой добавки может быть проведена с применением барботажной колонны, циркуляционной абсорбционной колонны или абсорбционной колонны непрерывного действия. В частности, на стадии b газ, содержащий диоксид углерода, может быть введен в водный раствор нейтрализованной аминокислоты с помощью указанного устройства.

Когда стадию получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b) проводят с применением барботажной колонны, время ее проведения может составлять приблизительно 1 час или более, например, от 1 часа до 15 часов, от 1 часа до 12 часов, от 2 часов до 15 часов, от 2 часов до 12 часов, от 3 часов до 15 часов, от 3 часов до 12 часов, от 3 часов до 11 часов или от 4 часов до 11 часов, но не ограничивается указанными значениями, и может быть выбрано в рамках диапазона рН водного раствора нейтрализованной аминокислоты от приблизительно 8,5 до приблизительно 9,5.

Когда стадию получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b) проводят с применением циркуляционной абсорбционной колонны, газ, содержащий диоксид углерода, может быть введен в абсорбционную колонну со скоростью, составляющей от приблизительно 700 л/мин до приблизительно 1500 л/мин.

Когда стадию b проводят с применением циркуляционной абсорбционной колонны, длительность ее проведения может составлять приблизительно 1 час или более, например, от 1 часа до 10 часов, от 1 часа до 6 часов, от 1 часа до 4 часов или от 1 часа до 3 часов, но не ограничиваться указанными значениями, и может быть выбрано в рамках диапазона рН водного раствора нейтрализованной аминокислоты от приблизительно 8,5 до приблизительно 9,5.

В одном из примеров воплощения изобретения циркуляционная абсорбционная колонна может представлять собой абсорбционную колонну тарельчатого типа.

Когда стадию получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b) проводят с применением абсорбционной колонны непрерывного действия, газ, содержащий диоксид углерода, может быть введен в абсорбционную колонну со скоростью, составляющей приблизительно от 300 л/мин до 1500 л/мин или приблизительно от 400 л/мин до 1200 л/мин.

Когда стадию b проводят с применением абсорбционной колонны непрерывного действия, ее можно выполнять до стабильного получения на выходе водного раствора нейтрализованной аминокислоты с заранее заданными физическими свойствами, и скорость введения газа, содержащего диоксид углерода, можно регулировать таким образом, чтобы диапазон рН водного раствора нейтрализованной аминокислоты составлял от приблизительно 8,5 до приблизительно 9,5, или диапазон чистоты водного раствора нейтрализованной аминокислоты составлял от приблизительно 82% масс. до приблизительно 89% масс.

Употребляемый в документе термин «стабильное состояние» также называемое «установившимся состоянием», относится к постоянному состоянию, при котором состояние материальной системы не изменяется с течением времени.

Стадия получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b) может быть выполнена при температуре, составляющей от приблизительно 35°С до приблизительно 65°С, от приблизительно 40°С до приблизительно 60°С или от приблизительно 45°С до приблизительно 55°С.

Величина рН водного раствора нейтрализованной аминокислоты может составлять от приблизительно 8,5 до приблизительно 9,5. Удельная плотность водного раствора нейтрализованной аминокислоты может составлять от приблизительно 1,18 до приблизительно 1,22. Чистота водного раствора нейтрализованной аминокислоты может составлять приблизительно 78% масс. или более, например, от приблизительно 78% масс. до приблизительно 91% масс., от приблизительно 78% масс. до приблизительно 89% масс., или от приблизительно 80% масс. до приблизительно 89% масс.

После проведения стадии получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b) способ получения гранулированной кормовой добавки может дополнительно включать стадию гранулирования водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия с).

Кроме того, когда после проведения стадии b способ получения гранулированной кормовой добавки дополнительно включает стадию смешивания концентрированной ферментативной жидкой питательной среды и водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b-2), способ может дополнительно включать стадию гранулирования смеси концентрированной ферментативной жидкой питательной среды и водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия с-2) после проведения стадии b-2.

Стадия гранулирования (стадия с или с-2) может быть выполнена, например, непрерывным распылением водного раствора нейтрализованной аминокислоты или смешанного раствора в грануляторе и непрерывной подачей горячего воздуха таким образом, чтобы в результате образованные распылением частицы, имеющие размер в заданном диапазоне, образовывали псевдоожиженный слой. Для этого способа может быть использован обычный гранулятор для гранулирования в псевдоожиженном слое с циркуляцией и подобные устройства. Условия проведения гранулирования могут включать, без ограничений, например, скорость введения от приблизительно 5 мл/мин до приблизительно 10 мл/мин, давление в форсунке - приблизительно 1,2 кг/см² (приблизительно 1,2⋅10⁵ Па), и температуру от приблизительно 75°С до приблизительно 80°С.

В способе получения гранулированной кормовой добавки полученная гранулированная кормовая добавка может включать основную аминокислоту и анион, представленный следующей формулой 1, где молярное отношение аниона к основной аминокислоте может составлять более 0,1 и 0,52 или менее:

(в формуле 1 n равен 0 или 1).

В частности, анион, представленный формулой 1, может включать бикарбонат-ион или карбонат-ион

Анион может быть получен добавлением диоксида углерода к водному раствору, включающему основные аминокислоты. Диоксид углерода реагирует с ионами водорода в водном растворе, образуя карбонат-ионы, которые могут быть превращены в бикарбонат-ионы. В результате может быть снижена или доведена до нейтрального значения величина рН гранулированной композиции кормовой добавки. Таким образом, согласно одному из примеров воплощения изобретения, полученная гранулированная кормовая добавка может включать карбонат-ион, бикарбонат-ион или их смесь.

Употребляемый в документе термин «молярное отношение аниона к основной аминокислоте» также можно выразить как молярное отношение бикарбонат-иона или карбонат-иона к основной аминокислоте, такое как аминокислота или аминокислота.

Когда молярное отношение составляет 0,1 или менее, содержание бикарбонат-иона или карбонат-иона в гранулах снижено, что приводит к снижению нейтрализующего действия основных аминокислот, что выражается в повышении гигроскопичности или слеживании гранул. Когда молярное отношение превышает приблизительно 0,52, это приводит к снижению содержания целевого вещества в гранулах, но ценность продукта снижается незначительно. Другими словами, полученная гранулированная кормовая добавка может иметь улучшенную гигроскопичность по сравнению с гранулированными кормовыми добавками, не содержащими бикарбонат-ион или карбонат-ион.

Употребляемый в документе термин «гигроскопичность» относится к тенденции поглощать или удерживать воду. Поскольку обычная гранулированная кормовая добавка, в частности, композиция гранулированной кормовой добавки, включающая основные аминокислоты, имеет высокую гигроскопичность, это усиливает агломерацию, и, таким образом, снижает ценность продукта. Согласно изобретению, ценность получаемой кормовой добавки может быть повышена.

В частности, указанное молярное отношение может составлять от приблизительно 0,15 до приблизительно 0,5 или от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,45.

Молярное отношение может быть вычислено из результатов анализа способом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) после растворения гранул в воде, но выбор способа анализа не ограничен указанным.

Размер гранул получаемой гранулированной кормовой добавки может быть выбран в соответствии с применением в животноводческом хозяйстве.

Согласно одному из примеров воплощения изобретения, средний диаметр гранул может составлять от 0,1 мм до 3,0 мм, и, согласно другому примеру воплощения, он может составлять от 0,5 мм до 3,0 мм, однако, в объем изобретения также включены другие возможные варианты этой величины. Когда средний диаметр гранул составляет менее приблизительно 0,1 мм, степень слеживания может стать слишком высокой или может образовываться пыль. Когда средний диаметр гранул составляет более приблизительно 3,0 мм, может возникнуть проблема неравномерного смешивания при приготовлении кормов.

Гранулы могут иметь неправильную форму, например, сферическую форму.

Согласно одному из примеров воплощения изобретения, содержание основной аминокислоты может составлять от 50% масс. до 90% масс. в расчете на общую массу гранул.

Гранулированная кормовая добавка может подходить для применения в приготовлении кормов для животных. Например, кормовая добавка может быть смешана с кормовыми материалами как таковая в виде части предварительной смеси корма для животных или в виде предшественника корма для животных.

Гранулированная кормовая добавка может быть введена животным как таковая или в комбинации с другими кормовыми добавками в съедобном носителе. Кроме того, кормовая добавка может быть легко введена животным в виде наносимой на поверхность добавки или при непосредственном смешивании с кормом для животных или в виде композиции для перорального введения, вводимой отдельно от корма.

Другой аспект изобретения может относиться к гранулированной кормовой добавке, полученной описанным способом получения гранулированной кормовой добавки.

Гранулированная кормовая добавка представляет собой добавку, описанную выше.

Далее изобретение описано более подробно с помощью примеров его воплощения. Однако описанные примеры воплощения приведены лишь для иллюстрации, и объем изобретения не ограничен рассмотренными примерами воплощения.

ПРИМЕРЫ

Примеры 1-6 и сравнительные примеры 1-6

Получение гранулированной кормовой добавки с помощью барботажной колонны и характеристика (1) указанной добавки

На фиг. 1 представлена стадия получения гранулированной кормовой добавки, имеющей высокое содержание основных аминокислот, согласно одному из аспектов изобретения. Далее каждая стадия подробно рассмотрена на примере, показанном на фиг. 1.

1. Получение гранулированной кормовой добавки

1.1. Получение смешанного раствора аминокислоты

Как видно из составов, указанных в таблицах 1 и 2, получали водные растворы аминокислоты и концентрированные ферментативные жидкие питательные среды, и смешивали их, получая смешанные растворы, соответственно. В этом примере в качестве примера основной аминокислоты использовали L-лизин. Сначала очисткой ферментативной жидкой питательной среды, содержащей L-лизин, приготавливали каждый из водных растворов аминокислот. Для получения ферментативной жидкой питательной среды, бактериальный штамм рода Corynebacterium, который может продуцировать L-лизин, культивировали в 25 мл среды для посева при рН 7,0 и 30°С при скорости 200 об/мин в течение 20 часов. Среда для посева содержала в расчете на 1 л дистиллированной воды 20 г глюкозы, 10 г пептона, 5 г экстракта дрожжей, 1,5 г мочевины, 4 г KH₂PO₄, 8 г K₂HPO₄, 0,5 г MgSO₄⋅7H₂O, 100 мкг биотина, 1 мг тиамина-HCl, 2 мг пантотената кальция и 2 мг никотинамида. Материал для бактериального посева, полученный из культур для посева, инокулировали в концентрации 4% (об./об.) в продуцирующей среде при рН 7,0, и культивировали при достаточной аэрации и перемешивании при 30°С до полного израсходования введенной глюкозы, получая готовую ферментативную жидкую питательную среду. Продуцирующая среда содержала в расчете на 1 л дистиллированной воды 100 г глюкозы, 40 г (NH₄)₂SO₄, 2,5 г соевого белка, 5 г твердого остатка кукурузного экстракта, 3 г мочевины, 1 г KH₂PO₄, 0,5 г MgSO₄⋅7H₂O, 100 мкг биотина, 1 мг тиамина гидрохлорида, 2 мг пантотената кальция, 3 мг никотинамида и 30 г СаСО₃. По завершении культивирования концентрацию L-лизина в ферментативной жидкой питательной среде анализировали с помощью ВЭЖХ (Waters, 2478). Микроорганизмы удаляли из ферментативной жидкой питательной среды с помощью мембраны с размером пор 0,1 мкм. В способе разделения с помощью мембраны рН ферментативной жидкой питательной среды доводили до 4,0 и затем нагревали ее до 50°С. Ферментативную жидкую питательную среду после удаления микроорганизмов пропускали через колонку с катионообменной смолой, и находящийся в ферментативной жидкой питательной среде L-лизин адсорбировался на смоле колонки, что приводило к отделению L-лизина от других примесей. Адсорбированный L-лизин подвергали десорбции со смолы колонки с помощью аммиачной воды приблизительно 2н концентрации, извлекали, нагревали в вакууме и концентрировали, получая водный раствор L-лизина; концентрирование производили таким образом, чтобы концентрация твердого материала в водном растворе составляла от 50% масс. до 60% масс. После концентрирования концентрация L-лизина в водном растворе составляла 560 г/л, рН раствора составлял 10,2, удельная плотность раствора составляла 1,13, и чистота раствора составляла 99% масс.

На фиг. 2 представлен способ нейтрализации водного раствора аминокислоты, проводимый с применением барботажной колонны. Далее каждая стадия подробно рассмотрена на примере, показанном на фиг. 2.

После помещения 35 кг водного раствора L-лизина в резервуар для нейтрализации, в резервуар при температуре 50°С и расходе 1000 л/мин в течение 10 часов при перемешивании со скоростью 500 об/мин вводили газ, содержащий 5% об. диоксида углерода. Концентрацию L-лизина и концентрацию бикарбонат-иона или карбонат-иона в водном растворе L-лизина, нейтрализованного введением диоксида углерода, определяли способом ВЭЖХ (Waters, 2478). рН водного раствора нейтрализованного L-лизина составил 8,9, удельная плотность раствора составила 1,20, и чистота раствора составила 81,6% масс.

Концентрированная ферментативная жидкая питательная среда была получена нагреванием и концентрированием ферментативной жидкой питательной среды, полученной культивированием бактериального штамма рода Corynebacterium, как описано выше, без удаления микроорганизмов и без очистки. После концентрирования общее содержание твердых веществ в ферментативной жидкой питательной среде должно составлять от 50% масс. до 60% масс.

Водный раствор L-лизина или водный раствор нейтрализованного L-лизина смешивали с концентрированной ферментативной жидкой питательной средой в отношениях, указанных в таблицах 1 и 2, с получением смеси. Концентрации L-лизина и или в смесях анализировали способом ВЭЖХ (Waters, 2478). Результаты вычисления молярного отношения к L-лизину в смешанных растворах примеров 1-6 и сравнительных примеров 1-6 на основании полученных значений концентрации, представлены в таблицах 1 и 2, соответственно.

Как видно из таблицы 1, примеры 1-6 показывают, что по мере снижения содержания L-лизина в водном растворе и его повышения в концентрированной ферментативной жидкой питательной среде молярное отношение НСО₃^-/L-лизин в смешанном растворе снижается.

Как видно из таблицы 2, сравнительные примеры 1-6 показывают отсутствие значительного изменения молярного отношения НСО₃^-/Е-лизин в смешанном растворе при изменении содержания L-лизина в водном растворе.

1.2. Получение гранулированной кормовой добавки

Каждый из полученных как указано выше в п. 1.1. смешанных растворов подвергали гранулированию. В частности, полученный смешанный раствор гранулировали, вводя раствор в гранулятор для гранулирования в псевдоожиженном слое с циркуляцией с расходом 5 мл/мин, и распылением раствора в грануляторе при 80°С и давлении в форсунке 1,2 кг/см² (приблизительно 1,2⋅10⁵ Па). Полученные гранулы сортировали просеиванием через сита, извлекая гранулы с размером в диапазоне приблизительно от 0,5 мм до 3,0 мм.

2. Характеристика гранулированной кормовой добавки

2.1. Анализ молярного отношения и содержания L-лизина в гранулах

Для проведения анализа молярного отношения и содержания L-лизина в гранулах, полученных согласно примерам 1-6 и сравнительным примерам 1-6, следовое количество гранул растворяли в 1 л деионизованной воды, затем проводили ВЭЖХ (Waters, 2478), и из полученных результатов вычисляли молярное отношение. Результаты вычислений представлены ниже в таблицах 3 и 4.

Как показано в таблицах 3 и 4, молярное отношение к L-лизину в гранулах по примерам 1-6 и в гранулах по сравнительным примерам 1-6 находилось в диапазоне от 0,1 до 0,52 и в диапазоне от 0,02 до 0,03, соответственно.

Кроме того, во всех примерах 1-6 и сравнительных примерах 1-6 содержание L-лизина составляло 78% или более, то есть было высоким.

2.2. Оценка гигроскопичности и слеживаемости

Для оценки гигроскопичности и слеживаемости гранул, полученных согласно примерам 1-6 и сравнительным примерам 1-6, 3 г каждого вида гранул помещали в одноразовую тарелку для взвешивания (mass plate) и выдерживали в течение 1 недели при 40°С и 60% относительной влажности, и затем изменение содержания влаги в гранулах определяли по изменению массы.

Кроме того, для количественной оценки агрегации (слеживаемости) гранул, поглотивших влагу, гранулы переносили в сито с размером отверстий 1,7 мм, и производили вибрацию с помощью вибрационного устройства (50 Гц, 5 минут), после чего измеряли массу гранул, прошедших через сито, для определения степени агломерации. Степень агломерации вычисляли по следующему уравнению:

Степень агломерации (%)=([общая масса гранул]-[масса гранул, прошедших через сито])/([общая масса гранул])×100

Результаты представлены в таблицах 5 и 6 ниже.

Как показано в таблицах 5 и 6, в примерах 1-6 наблюдается значительно более низкое содержание влаги и степень агломерации, чем в сравнительных примерах 1-6. В частности, если применяли только водный раствор L-лизина (сравнительный пример 1), то наблюдали самую высокую гигроскопичность. В композициях по сравнительным примерам 1-6 по мере повышения содержания L-лизина в водном растворе повышалась гигроскопичность гранул, что указывает на то, что полярность очищенного L-лизина повышает гигроскопичность гранул.

Напротив, в композициях по примерам 1-6, по мере повышения содержания L-лизина в нейтрализованном водном растворе, содержание влаги и степень агломерации снижаются. Другими словами, по мере повышения содержания в гранулах полярность L-лизина уменьшается, в результате чего гигроскопичность гранул может быть понижена. В частности, если молярное отношение в гранулах снижается до значения 0,1 или менее, то слеживаемость резко возрастает, то есть для устранения проблемы слеживаемости молярное отношение должно превышать 0,1.

Таким образом, свойства композиций по примерам 1-6 указывают на то, что, когда молярное отношение в гранулах составляет от более 0,1 до менее 0,52, может быть снижена гигроскопичность гранул, что приводит к уменьшению склонности к агломерации, вызываемой поглощением влаги.

Пример 7

Получение водного раствора нейтрализованной аминокислоты с применением барботажной колонны

Каждый из водных растворов L-лизина был получен из L-лизина, который использовали в качестве примера основной аминокислоты, так же, как описано в п. 1.1 для примеров 1-6, после чего каждый из водных растворов аминокислоты нейтрализовали с помощью барботажной колонны, показанной на фиг. 2. Более подробно, 35 кг водного раствора L-лизина помещали в резервуар для нейтрализации, и для получения каждого из водных растворов нейтрализованного L-лизина (водный раствор нейтрализованной аминокислоты) вводили газ, содержащий 5% об. диоксида углерода, при температуре 50°С и расходе 1000 л/мин при перемешивании со скоростью 500 об/мин в течение 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 4,0, 5,0 или 6,0 часов. Кроме водного раствора L-лизина, водный раствор нейтрализованного L-лизина дополнительно включал или Концентрацию или анализировали способом ВЭЖХ (Waters, 2478). Изменения физических свойств водного раствора L-лизина в зависимости от продолжительности введения диоксида углерода представлены в таблице 7.

Как видно из таблицы 7, было подтверждено, что по мере увеличения продолжительности введения диоксида углерода снижаются рН и чистота водного раствора L-лизина, и повышается удельная плотность водного раствора и концентрация ионов в нем. Также было подтверждено, что когда продолжительность введения диоксида углерода в указанных выше условиях составляет до 6 часов, то получают водный раствор основной аминокислоты с высоким содержанием аминокислоты, имеющий чистоту 81,8%.

Примеры 8-13

Получение гранулированной кормовой добавки с помощью барботажной колонны и характеристика добавки (2)

1. Получение гранулированной кормовой добавки

Каждый из водных растворов L-лизина был получен из L-лизина, который использовали в качестве примера основной аминокислоты, так же, как описано в п. 1.1 для примеров 1-6, после чего все водные растворы нейтрализованной аминокислоты получали так же, как описано в примере 7, за исключением того, что газ, содержащий диоксид углерода, вводили в течение 1, 4, 5, 6, 10 или 20 часов с помощью барботажной колонны, показанной на фиг. 2. Затем каждый из водных растворов нейтрализованного L-лизина гранулировали, вводя их в гранулятор для гранулирования в псевдоожиженном слое с циркуляцией, со скоростью введения от 5 мл/мин до 10 мл/мин, и распыляли раствор в грануляторе при температуре от 75°С до 80°С и давлении в форсунке 1,2 кг/см² (1,2⋅10⁵ Па). Полученные гранулы сортировали просеиванием через сита, извлекая гранулы с размером в диапазоне приблизительно от 0,5 мм до 1,5 мм.

2. Характеристика гранулированной кормовой добавки

Гранулы, полученные, как указано в п. 1, растворяли в деионизованной воде (0,9 микроСименс/см), и концентрации L-лизина и бикарбонат-иона в гранулах определяли способом ВЭЖХ (Waters, 2478). Дополнительно степень агломерации оценивали визуально после выдержки гранул при температуре 40°С и 60% относительной влажности в течение 1 недели. Результаты представлены в таблице 8.

Как показано в таблице 8, в зависимости от глубины нейтрализации (снижения рН) содержание L-лизина в гранулах, полученных после нейтрализации L-лизина введением диоксида углерода, снижается, а содержание бикарбонат-ионов повышается. В частности, когда нейтрализация введением диоксида углерода протекает до достижения рН 9,0, получают гранулы с более высоким содержанием L-лизина по сравнению с использованием L-лизина гидрохлорида (содержание 79%), и при рН 8,5 были получены гранулы, имеющие такое же содержание L-лизина, что и при использовании L-лизина гидрохлорида. Однако, когда гранулы получают при достижении рН 9,3 или более, степень агломерации, обусловленная поглощением влаги, была ниже, чем при использовании L-лизина гидрохлорида; это указывает на то, что в диапазоне рН от 8,5 до 9,3 одновременно может быть достигнуто подходящее содержание L-лизина и решена проблема агрегации.

Пример 14

Получение водного раствора нейтрализованной аминокислоты с помощью циркуляционной абсорбционной колонны

Для повышения степени нейтрализации водного раствора аминокислоты при получении гранулированной кормовой добавки, все водные растворы нейтрализованной аминокислоты были получены с применением циркуляционной абсорбционной колонны. На фиг. 3 представлен способ нейтрализации водного раствора аминокислоты, в котором применяют циркуляционную абсорбционную колонну. Далее каждая стадия подробно рассмотрена на примере, показанном на ф. 3.

Каждый из водных растворов L-лизина был получен так же, как описано в п. 1.1 для примеров 1-6, после чего водные растворы нейтрализованного L-лизина получали введением газа, содержащего диоксид углерода. Более подробно, 35 кг водного раствора лизина, нагретого до 50°С, подвергали циркуляции в абсорбционной колонне, пропуская его сверху вниз по абсорбционной колонне при расходе 60 кг/час, в это же время подавая в нижнюю часть абсорбционной колонны газ, содержащий 5% об. диоксида углерода, с расходом 1000 л/мин. Применяли абсорбционную колонну тарельчатого типа, содержащую структурированную насадку (ТРТ Pacific; площадь поверхности 250 м²/м³) диаметром 158,4 мм и высотой 6400 мм (12 колонок).

В результате было подтверждено, что для достижения водным раствором L-лизина величины рН, составляющей 8,9, необходимо 2 часа. Другими словами, когда диоксид углерода вводят в циркуляционную абсорбционную колонну, благодаря большей площади контакта газ-жидкость, чем в барботажной колонне, применяемой в примерах 1-13, основная аминокислота может быть нейтрализована приблизительно в 3 раза быстрее, чем в барботажной колонне.

Пример 15

Получение водного раствора нейтрализованной аминокислоты с применением абсорбционной колонны непрерывного действия

Для осуществления непрерывного получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты с заранее заданными физическими свойствами, подходящего для применения в получении гранулированной кормовой добавки, водный раствор нейтрализованной аминокислоты получали с применением абсорбционной колонны непрерывного действия. На фиг. 4 представлен способ нейтрализации водного раствора аминокислоты с применением абсорбционной колонны непрерывного действия. Далее каждая стадия подробно рассмотрена на примере, показанном на фиг. 4.

Каждый из водных растворов L-лизина был получен так же, как описано в п. 1.1 для примеров 1-6, после чего водные растворы нейтрализованного L-лизина получали введением газа, содержащего диоксид углерода. Более подробно, водный раствор L-лизина (концентрация 560 г/л, рН 10,2, удельная плотность 1,13, чистота 95% масс.), нагретый до 50°С, подавали с расходом 30 кг/ч, контролируя скорость введения газа, содержащего 5% диоксида углерода. Зависимость физических свойств водного раствора L-лизина, извлекаемого из абсорбционной колонны непрерывного действия в стабильном режиме, от скорости подачи газа представлены в таблице 9.

В результате, как видно из таблицы 9, по мере повышения скорости введения газа, содержащего диоксид углерода, рН и чистота водного раствора L-лизина, извлекаемого в стабильном режиме, снижаются, а концентрация бикарбонат-ионов повышается. В частности, когда расход газа составлял 1000 л/мин, рН извлекаемого водного раствора L-лизина составлял 8,8, концентрация бикарбонат-ионов составляла 122 г/л, и чистота составляла 80%, то есть соответствовала высокому содержанию, как и в случае использования L-лизина гидрохлорида. На основании приведенных выше результатов можно заключить, что при применении абсорбционной колонны непрерывного действия, регулируя скорость введения газа, можно получать водный раствор нейтрализованной аминокислоты, имеющий требуемую величину рН или чистоты.

Полезный эффект изобретения

Применение способа получения гранулированной кормовой добавки согласно одному из примеров воплощения изобретения позволяет получать гранулированную кормовую добавку, имеющую высокое содержание основных аминокислот, которая, однако, не обладает гигроскопичностью и склонностью к агломерации, обусловленной присутствием основных аминокислот. Кроме того, поскольку в способе получения гранулированной кормовой добавки согласно одному из примеров воплощения изобретения может отсутствовать стадия применения соляной кислоты, которую обычно применяют для нейтрализации основных аминокислот, имеется возможность упростить способ и решить технологические проблемы, вызываемые применением соляной кислоты.

Изобретение относится к кормовой промышленности и представляет собой способ получения гранулированной кормовой добавки, который включает следующие стадии: получение водного раствора основной аминокислоты (стадия a); и введение диоксида углерода в водный раствор основной аминокислоты для получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b), и гранулирование водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия c), где водный раствор основной аминокислоты получен из ферментативной жидкой питательной среды, полученной из культуры микроорганизмов. Изобретение позволяет упростить способ и решить технологические проблемы, вызываемые применением соляной кислоты. 16 з.п. ф-лы, 4 ил., 9 табл., 15 пр.

1. Способ получения гранулированной кормовой добавки, который включает следующие стадии:

получение водного раствора основной аминокислоты (стадия a); и введение диоксида углерода в водный раствор основной аминокислоты для получения водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b), и гранулирование водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия c), где водный раствор основной аминокислоты получен из ферментативной жидкой питательной среды, полученной из культуры микроорганизмов.

2. Способ по п. 1, в котором диоксид углерода включает диоксид углерода, образованный на стадии a.

3. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию получения концентрированной ферментативной жидкой питательной среды концентрированием ферментативной жидкой питательной среды (стадия a-2), полученной при проведении стадии a.

4. Способ по п. 3, дополнительно включающий после проведения стадии b стадию смешивания концентрированной ферментативной жидкой питательной среды и водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия b-2).

5. Способ по п. 4, дополнительно включающий после проведения стадии b-2 стадию гранулирования смешанного раствора, полученного из концентрированной ферментативной жидкой питательной среды и водного раствора нейтрализованной аминокислоты (стадия c-2).

6. Способ по п. 1, в котором бактериальный штамм представляет собой бактериальный штамм рода Corynebacterium.

7. Способ по п. 1, в котором pH водного раствора основной аминокислоты составляет от 10,0 до 11,0.

8. Способ по п. 1, в котором чистота водного раствора основной аминокислоты составляет от 90% масс. до 100% масс.

9. Способ по п. 1, в котором удельная плотность водного раствора основной аминокислоты составляет от 1,10 до 1,15.

10. Способ по п. 1, в котором основная аминокислота представляет собой одну или более кислот, выбранных из группы, состоящей из лизина, аргинина и гистидина.

11. Способ по п. 1, в котором на стадии b применяют барботажную колонну, циркуляционную абсорбционную колонну или абсорбционную колонну непрерывного действия.

12. Способ по п. 1, в котором стадию b проводят при температуре от 35°C до 65°C.

13. Способ по п. 1, в котором pH водного раствора нейтрализованной аминокислоты составляет от 8,5 до 9,5.

14. Способ по п. 1, в котором удельная плотность водного раствора нейтрализованной аминокислоты составляет от 1,18 до 1,22.

15. Способ по п. 1, в котором гранулированная кормовая добавка включает основную аминокислоту и анион, представленный следующей формулой 1, и молярное отношение количества аниона к количеству основной аминокислоты составляет более 0,1 и 0,52 или менее,

Формула 1

H_nCO3⁽²⁻ⁿ⁾⁻

(в формуле 1 n равен 0 или 1).

16. Способ по п. 1, в котором средний диаметр гранул составляет от 0,1 мм до 3,0 мм.

17. Способ по п. 1, в котором содержание основной аминокислоты составляет от 50% масс. до 90% масс. в расчете на общую массу гранул.