Способ получения молочно-растительной кормовой добавки Российский патент 2024 года по МПК A23K10/28 A23K10/30 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к получению кормовой добавки из молочной сыворотки для использования в рационах сельскохозяйственных животных и птицы.

При этом важной задачей отрасли является полная экологичная переработка всех ресурсов агропромышленного сектора, в том числе вторичных молочных и растительных ресурсов, таких как молочная сыворотка, яблочные выжимки, свекловичный и другие виды жома, растительный шлам и т.д.

В рамках программы импортозамещения разработка и внедрение технологий производства кормовых добавок с пребиотиками на базе собственных ресурсов имеет большое значение, поскольку рынок отечественных подобных продуктов практически отсутствует. Использование вторичного для решения поставленной задачи экономит ресурсы отрасли, увеличивает экономическую эффективность производства.

На кафедре прикладной биотехнологии СКФУ разработана целая серия кормовых добавок с функциональными свойствами на основе вторичного молочного сырья (молочной сыворотки, мелассы молочного сахара). При испытании на разных группах молодняка сельскохозяйственных животных и птицы они показали хорошие результаты. Это целая серия бифидогенных кормовых добавок (9 видов) под брендом «БИКОДО» и бифидогенный концентрат «Лактобел», в состав которых входит пребиотик – лактулоза, а также бифидоактивные кормовые добавки «БИКОДО+» и «БИКОДО- К+» (содержат бифидобактерии в активной форме и лактулозу), синбиотические добавки «Профилакт» (6 видов), которые содержат лактулозу, белковые гидролизаты животного или растительного происхождения и бифидобактерии [Панова, Н. М. Функциональные кормовые добавки на основе сыворотки / Н. М. Панова, А. Г. Храмцов, О. В. Меркулова // Молочная промышленность. – 2012. – № 7. – С. 70].

Общим недостатком описанных кормовых добавок является: сложность технологии, включающей использование вакуум-выпарной установки для сгущения и сушки, значительные энергозатраты на сгущение и сушку смесей, использование препаратов из пробиотических культур, выделенных из растений только местных природных источников, а так же необходимо дальнейшее изучение как состава, в частности биоэлементного, так и биодоступности нутриентов пастообразного и сухого вариантов опытных продуктов. Кроме того, в основу процесса положен химический синтез (изомеризация лактозы), что значительно отражается на качестве целевого продукта и эффективности его производства и использования.

Известен, также, способ получения кормового концентрата (смеси) из молочной сыворотки под названием «Ксона». Способ включает внесение в подкисленную молочную сыворотку мочевины в количестве 28% массы сухих веществ, сгущение смеси в вакуум-аппарате до требуемой концентрации, охлаждение, обогащение серой (в виде сульфата натрия) и при необходимости раскисление [Храмцов А.Г. Молочная сыворотка - 2 изд., М.: Агропромиздат, 1990, 240 с.]. Недостатком данного способа является то, что концентрат достаточно сложен по составу и в приготовлении. Относительно низкое качество из-за ограниченных возможностей по обогащению смеси азотом (мочевиной, а не белками).

Наиболее близким решением (прототипом) является способ получения молочно-растительной кормовой добавки, включающей смешивание свежей молочной сыворотки, жмыхов тыквенных культур, поваренной соли, бишофита порошкообразного при соотношении 1:4,0-4,5:0,06:0,12. Способ направлен на решение задачи снижения энергозатрат и повышение качества добавки. [RU 2363238 С1 МПК А23К 1/08 (2006.01), 15.04.2008]. Недостатком данного способа является сложность технологического процесса, высокая кислотность смеси и возможность ацидоза при ее скармливании, а также то, что при ежедневном и слишком длительном применении бишофита возможны раздражение тканей, аллергические реакции.

Задачей изобретения является разработка способа получения бифидогенной кормовой добавки на основе вторичного растительного сырья и молочной сыворотки.

Задача решается за счет того, что в качестве вторичного растительного сырья используют яблочные выжимки, которые смешивают с молочной сывороткой, выдерживают при заданной температуре, затем охлаждают, после чего вносят сухие дрожжи и ферментируют, а после ферментации в смеси устанавливают рН=6,0-6,3 и вносят фермент лактазы NOLA® Fit.

Технический результат от применения способа заключается в том, что способ позволяет получить бифидогенную кормовую добавку, высокой функциональной ценности, при этом способ доступен и прост в осуществлении.

Сущность изобретения заключается в том, что свежую или восстановленную творожную сыворотку очищают, пастеризуют любым известным способом, нагревают до температуры 65 °С и смешивают с яблочными выжимками в соотношении 5:1. Далее смесь выдерживают в течение 4 часов при температуре 65-70 °С, охлаждают до 22-25 °С и вносят 0,3% от массы сухих дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Полученную смесь тщательно перемешивают в течение 10-15 минут и оставляют при доступе воздуха и указанной температуре на 16 часов для гидролиза пектина, с периодическим перемешиванием по 10-15 минут каждые 2 часа. По истечении времени гидролиза в смеси устанавливают рН=6,0-6,3 путём введения гидроксида аммония и вносят 0,04% от массы смеси фермент лактазы NOLA® Fit. После чего смесь снова перемешивают 10-15 минут и выдерживают при температуре 22-25 °С в течение 6 часов для гидролиза лактозы с периодическим перемешиванием по 10-15 минут каждые 2 часа. Готовый продукт пастеризуют при температуре 85-90 °С в течение 5-8 минут, охлаждают до 20 °С, фасуют и доохлаждают до 6-8 °С в холодильной камере. Готовый продукт хранят при температуре 6-8 °С, срок хранения составляет 15 суток. Допустимо замораживание и хранение продукта при температуре -18 °С в течение 3 месяцев.

Полученный продукт представляет собой текучую кашеобразную массу от светло-коричневого до темно-коричневого цвета, с яблочным запахом. Кормовая добавка имеет комплексный состав, который включает в себя клетчатку, яблочный пектин, пребиотики – пектиновые олигосахариды, азотистые соединения, витамины группы В, минеральные компоненты (таблица 1).

Компоненты добавки, указанные в способе, по отдельности используются в рационах кормления животных, однако, состав предлагаемой кормовой добавки и способ его получения из доступных источников информации неизвестны.

Молочная сыворотка используется для производства жидких, сгущенных и сухих кормовых добавок. Ее применение позволяет получать кормовые продукты/добавки невысокой стоимости, высокой минеральной питательности, имеющий значительный уровень водорастворимых витаминов, незаменимых аминокислот и т.д. Объемы молочной сыворотки в РФ значительны и полноценное ее использование является актуальным вопросом. В предлагаемом способе творожная сыворотка используется в роли питательной среды оптимальной рН для роста дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Проблема содержания молочного сахара нежелательного для кормления животных и птицы решается в заявленном способе путём ферментативного гидролиза ферментом лактазы NOLA® Fit, получаемого с использованием селекционного штамма Bacillus licheniformis.

Ценность яблочных выжимок заключается в том, что в их состав входят пектиновые вещества, клетчатка, гемицеллюлоза, белок, сахара (в основном, фруктоза), минеральные и органические кислоты, железо, марганец, кобальт, цинк, медь, другие макро- и микроэлементы, витамины группы В, незначительное количество жира, а также две формы стерина, относящиеся к фитостеринам. В 1 кг яблочного жома содержится 30 мг меди и 650 мг железа, которое улучшает процесс кроветворения [Юрусова А.В. Ветеринарно-санитарная оценка качества и безопасности молока коров при использовании многокомпонентной фитокормовой добавки/Юрусова А.В.//дис. ... кандидата биологических наук / Всерос. науч.-исслед. ин-т ветеринар. санитарии, гигиены и экологии (Всерос. науч.-исслед. ин-т ВСГЭ) РАСХН. Москва, 2015]. Наибольшую ценность яблочных выжимок представляют входящие в их состав пектиновые вещества. Они состоят из пектозы (протопектин), растворимого пектина и полигалактуроновой (пектиновой) кислоты. При гидролизе ферментами или разбавленными кислотами нерастворимая часть пектинов (протопектин) переходит сначала в растворимый пектин, а затем в полигалактуроновую кислоту.

Технологическое решение заявленного способа направлено на получение комплекса галактозосодержащих пребиотиков путем гидролиза природного галактозосодержащего полимера (пектина) ферментами дрожжей Saccharomyces cerevisiae. О наличии пектиназ у дрожжей Saccharomyces cerevisiae свидетельствуют экспериментальные данные по изучению секреции пектиназ из дрожжевой клетки винных дрожжей в виноматериал [Лисовец У.А., Агеева Н.М. Секреция ферментов из дрожжевой клетки в виноматериал в технологии белых столовых вин. // Науч. труды КубГТУ, № 5, 2017. С. 93-10] и собственные исследования [Федосова, А. Н., Каледина, М. В., Шевченко, Н. П., Волощенко, Л. В., Байдина, И. А., & Трубчанинова, Н. С. (2019). Исследование пектолитической способности дрожжей Saccharomyces Cerevisiae. Хранение и переработка сельхозсырья, (3), 78-89]. Жизнеобеспечивающим процессом для роста дрожжей при отсутствии в питательной среде доступных сахаров и наличии только пектина является синхронно протекающий ферментативный ступенчатый его гидролиз. Расщепление пектина неизбежно связано с образованием в среде фрагментов молекулы кислотного типа, состоящих из α-D-галактуроновой кислоты и ее метилированной формы, объединённых общим понятием пектиновые олигосахариды (ПОС).

Исследование пектиновых олигосахаридов in vitro показало их высокий бифидогенный эффект, так как при ферментации субстрата наблюдался рост бифидо- и лактобактерий.

Несомненным дополнительным плюсом предложенного способа является рост биомассы дрожжей Saccharomyces cerevisiae, что позволяет дополнительно обогатить кормовую добавку азотистыми веществами, витаминами и минералами.

Для приготовления добавки не требуется сложного технического оборудования или навыков. Получаемая смесь удобна в использовании и хорошо хранится. Качество продукта в процессе хранения в течение 15 суток при температуре 6-8 °С в жидком виде и 3 месяцев при температуре -18 °С практически не изменяется, признаков плесени не обнаружено, показатели безопасности в норме и соответствуют требованиям нормативных документов.

Содержание массовой доли компонентов кормовой добавки и технологические режимы подобраны экспериментально и их изменение технологически нецелесообразно, приводит к ухудшению качества продукта, снижению количества биологически активных веществ, в т.ч. пектиновых олигосахаридов и общего азота.

Предлагаемый способ подтверждается примерами.

Пример 1

Для получения 1000 кг кормовой добавки брали 797,6 кг свежей или восстановленной творожной сыворотки, очищали, пастеризовали известным способом, нагревали до 65 °С и смешивали с 199,4 кг яблочных выжимок. Далее смесь выдерживали 4 часа при 65°С, охлаждали до 22°С и вносили 3 кг сухих дрожжей Saccharomyces cerevisiae, тщательно перемешивали в течение 10 минут и оставляли при доступе воздуха и при указанной температуре на 16 часов для гидролиза пектина с периодическим перемешиванием по 10 минут каждые 2 часа. По истечении времени гидролиза в смеси устанавливали рН=6,0 путём введения гидроксида аммония и вносили 0,4 кг фермента лактазы NOLA® Fit, перемешивали 10 минут и оставляли при температуре 22 °С на 6 часов для гидролиза лактозы с периодическим перемешиванием по 10 минут каждые 2 часа. Полученный продукт пастеризовали при температуре 85 °С в течение 8 минут, охлаждали до 20 °С, затем фасовали и доохлаждали до 6 °С в холодильной камере. Готовый продукт хранят при температуре 6 °С, срок хранения 15 суток. Допустимо замораживание и хранение продукта при -18 °С в течение 3 месяцев, использование продукта по назначению проводится после полной дефростации при температуре 6-8 °С. Хранение дефростированной кормовой добавки не допускается.

Содержание пектиновых олигосахаридов в продукте составило - 0,15%, содержание пектина – 0,6%, массовая доля сырого протеина на сухое вещество – 20,0 %.

Пример 2

Для получения 1000 кг кормовой добавки брали 797,6 кг свежей или восстановленной творожной сыворотки, очищали, пастеризовали известным способом, нагревали до 70 °С и смешивали с 199,4 кг яблочных выжимок. Далее смесь выдерживали 4 часа при 70°С, охлаждали до 25 °С и вносили 3 кг сухих дрожжей Saccharomyces cerevisiae, тщательно перемешивали в течение 15 минут и оставляли при доступе воздуха и при указанной температуре на 16 часов для гидролиза пектина с периодическим перемешиванием по 15 минут каждые 2 часа. По истечении времени гидролиза в смеси устанавливали рН=6,3 путём введения гидроксида аммония и вносили 0,4 кг фермента лактазы NOLA® Fit, перемешивали 15 минут и оставляли при температуре 25 °С на 6 часов для гидролиза лактозы с периодическим перемешиванием по 15 минут каждые 2 часа. Полученный продукт пастеризовали при температуре 90 °С в течение 5 минут, охлаждали до 20 °С, затем фасовали и доохлаждали до 8 °С в холодильной камере. Готовый продукт хранят при температуре 8 °С, срок хранения 15 суток. Допустимо замораживание и хранение продукта при -18 °С в течение 3 месяцев, использование продукта по назначению проводится после полной дефростации при температуре 6-8 °С. Хранение дефростированной кормовой добавки не допускается.

Содержание пектиновых олигосахаридов в продукте составило - 0,15%, содержание пектина – 0,6%, массовая доля сырого протеина на сухое вещество – 20,0 %.

Пример 3

Для получения 1000 кг кормовой добавки брали 797,6 кг свежей или восстановленной творожной сыворотки, очищали, пастеризовали известным способом, нагревали до 68 °С и смешивали с 199,4 кг яблочных выжимок. Далее смесь выдерживали 4 часа при 68 °С, охлаждали до 24 °С и вносили 3 кг сухих дрожжей Saccharomyces cerevisiae, тщательно перемешивали в течение 10 минут и оставляли при доступе воздуха и при указанной температуре на 16 часов для гидролиза пектина с периодическим перемешиванием по 10 минут каждые 2 часа. По истечении времени гидролиза в смеси устанавливали рН=6,2 путём введения гидроксида аммония и вносили 0,4 кг фермента лактазы NOLA® Fit, перемешивали 15 минут и оставляли при температуре 24°С на 6 часов для гидролиза лактозы с периодическим перемешиванием по 15 минут каждые 2 часа. Полученный продукт пастеризовали при температуре 87 °С в течение 6 минут, охлаждали до 20 °С, затем фасовали и доохлаждали до 6 °С в холодильной камере. Готовый продукт хранят при температуре 6 °С, срок хранения 15 суток. Допустимо замораживание и хранение продукта при -18 °С в течение 3 месяцев, использование продукта по назначению проводится после полной дефростации при температуре 6-8 °С. Хранение дефростированной кормовой добавки не допускается.

Содержание пектиновых олигосахаридов в продукте составило - 0,15%, содержание пектина – 0,6%, массовая доля сырого протеина на сухое вещество – 20,0 %.

Пример 4

Для получения 1000 кг кормовой добавки брали 797,6 кг свежей или восстановленной творожной сыворотки, очищали, пастеризовали известным способом, нагревали до 55 °С и смешивали с 199,4 кг яблочных выжимок. Далее смесь выдерживали 4 часа при 55 °С, охлаждали до 30 °С и вносили 3 кг сухих дрожжей Saccharomyces cerevisiae, тщательно перемешивали в течение 10 минут и оставляли при доступе воздуха и при указанной температуре на 16 часов для гидролиза пектина с периодическим перемешиванием по 10 минут каждые 2 часа. По истечении времени гидролиза в смеси устанавливали рН=5,5 путём введения гидроксида аммония и вносили 0,4 кг фермента лактазы NOLA® Fit, перемешивали 15 минут и оставляли при температуре 24°С на 6 часов для гидролиза лактозы с периодическим перемешиванием по 15 минут каждые 2 часа. Полученный продукт пастеризовали при температуре 85 °С в течение 8 минут, охлаждали до 20 °С, затем фасовали и доохлаждали до 6 °С в холодильной камере

Изменение технологических параметров приводило к неоправданному расходу энергии, изменению органолептических показателей, происходило повышенное газообразование. В кормовой добавке уменьшалось содержание целевых компонентов: пектиновых олигосахаридов, пектина и белка. Содержание пектиновых олигосахаридов в продукте составило - 0,05%, содержание пектина – 0,1 %, массовая доля сырого протеина на сухое вещество – 8,0 %.

Пример 5

Для получения 1000 кг кормовой добавки брали 797,6 кг свежей или восстановленной творожной сыворотки, очищали, пастеризовали известным способом, нагревали до 75 °С и смешивали с 199,4 кг яблочных выжимок. Далее смесь выдерживали 3 часа при 75 °С, охлаждали до 20 °С и вносили 1 кг сухих дрожжей Saccharomyces cerevisiae, тщательно перемешивали в течение 10 минут и оставляли при доступе воздуха и при указанной температуре на 12 часов для гидролиза пектина с периодическим перемешиванием по 10 минут каждые 2 часа. По истечении времени гидролиза в смеси устанавливали рН=6,5 путём введения гидроксида аммония и вносят 0,1 кг фермента лактазы NOLA® Fit, перемешивали 15 минут и оставляли при температуре 24°С на 12 часов для гидролиза лактозы с периодическим перемешиванием по 15 минут каждые 2 часа. Полученный продукт пастеризовали при температуре 85 °С в течение 8 минут, охлаждали до 20 °С, затем фасовали и доохлаждали до 6 °С в холодильной камере.

Изменение технологических параметров приводили к неоправданному расходу энергии, изменению органолептических показателей, процесс развития дрожжей значительно замедлялся. Изменение технологических параметров приводило к неоправданному расходу энергии, изменению органолептических показателей, происходило повышенное газообразование. В кормовой добавке уменьшалось содержание целевых компонентов: пектиновых олигосахаридов, пектина и белка. Содержание пектиновых олигосахаридов в продукте составило - 0,02%, содержание пектина – 0,06%, массовая доля сырого протеина на сухое вещество – 5,0 %.

Пример 6

Для получения 1000 кг кормовой добавки брали 832,5 кг свежей или восстановленной творожной сыворотки, очищали, пастеризовали известным способом, нагревали до 65 °С и смешивали с 166,5 кг яблочных выжимок. Далее смесь выдерживали 3 часа при 65°С, охлаждали до 22°С и вносили 4 кг сухих дрожжей Saccharomyces cerevisiae, тщательно перемешивали в течение 10 минут и оставляли при доступе воздуха и при указанной температуре на 16 часов для гидролиза пектина с периодическим перемешиванием по 10 минут каждые 2 часа. По истечении времени гидролиза в смеси устанавливали рН=6,0 путём введения гидроксида аммония и вносили 0,5 кг фермента лактазы NOLA® Fit, перемешивали 10 минут и оставляли при температуре 22 °С на 6 часов для гидролиза лактозы с периодическим перемешиванием по 10 минут каждые 2 часа. Полученный продукт пастеризовали при температуре 85 °С в течение 8 минут, охлаждали до 20 °С, затем фасовали и доохлаждали до 6 °С в холодильной камере.

Изменение технологических параметров и количественного соотношение компонентов приводили к изменению органолептических показателей, неоправданному расходу компонентов, процесс развития дрожжей замедлялся. В кормовой добавке уменьшалось содержание целевых компонентов: пектиновых олигосахаридов, пектина и белка. Содержание пектиновых олигосахаридов в продукте составило - 0,03%, содержание пектина – 0,15%, массовая доля сырого протеина на сухое вещество – 12,0 %.

Пример 7

Для получения 1000 кг кормовой добавки брали 664,6 кг свежей или восстановленной творожной сыворотки, очищали, пастеризовали любым известным способом, нагревали до 70 °С и смешивали с 332,3 кг яблочных выжимок. Далее смесь выдерживали 4 часа при 70°С, охлаждали до 25 °С и вносили 2 кг сухих дрожжей Saccharomyces cerevisiae, тщательно перемешивали в течение 15 минут и оставляли при доступе воздуха и при указанной температуре на 16 часов для гидролиза пектина с периодическим перемешиванием по 15 минут каждые 2 часа. По истечении времени гидролиза в смеси устанавливали рН=6,0 путём введения гидроксида аммония и вносили 0,4 кг фермента лактазы NOLA® Fit, перемешивали 15 минут и оставляли при температуре 25 °С на 6 часов для гидролиза лактозы с периодическим перемешиванием по 15 минут каждые 2 часа. Полученный продукт пастеризовали при температуре 90 °С в течение 5 минут, охлаждали до 20 °С, затем фасовали и доохлаждали до 8 °С в холодильной камере.

Изменение технологических параметров и количественное соотношение компонентов приводили к изменению органолептических показателей, неоправданному расходу компонентов, процесс развития дрожжей замедлялся. В кормовой добавке уменьшалось содержание целевых компонентов: пектиновых олигосахаридов, пектина и белка. Содержание пектиновых олигосахаридов в продукте составило - 0,01%, содержание пектина – 0,15%, массовая доля сырого протеина на сухое вещество – 7,0 %.

Предлагаемый способ позволяет получить бифидогенную кормовую добавку высокой функциональной ценности, при этом способ доступен и прост в осуществлении.

Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена.

Источники информации

1. Панова, Н. М. Функциональные кормовые добавки на основе сыворотки / Н. М. Панова, А. Г. Храмцов, О. В. Меркулова // Молочная промышленность. – 2012. – № 7. – С. 70.

2. RU 2363238 С1 МПК А23К 1/08 (2006.01), 15.04.2008 (прототип).

3. Храмцов, А.Г. Молочная сыворотка - 2 изд., М.: Агропромиздат, 1990, 240 с.

4. Юрусова, А.В. Ветеринарно-санитарная оценка качества и безопасности молока коров при использовании многокомпонентной фитокормовой добавки. Диссер. ... кандидата биологических наук / Всерос. науч.-исслед. ин-т ветеринар. санитарии, гигиены и экологии (Всерос. науч.-исслед. ин-т ВСГЭ) РАСХН. Москва, 2015.

5. Лисовец У.А., Агеева Н.М. Секреция ферментов из дрожжевой клетки в виноматериал в технологии белых столовых вин. // Науч. труды КубГТУ, № 5, 2017. С. 93-106.

6. Федосова, А. Н., Каледина, М. В., Шевченко, Н. П., Волощенко, Л. В., Байдина, И. А., & Трубчанинова, Н. С. (2019). Исследование пектолитической способности дрожжей Saccharomyces Cerevisiae. Хранение и переработка сельхозсырья, (3), 78-89.:// https doi.org/10.36107/spfp.2019.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к получению кормовой добавки для использования в рационах сельскохозяйственных животных и птицы. Способ получения молочно-растительной кормовой добавки включает смешивание свежей или восстановленной молочной сыворотки и вторичного растительного сырья. В качестве растительного сырья используют яблочные выжимки. Свежую или восстановленную творожную молочную сыворотку и яблочные выжимки смешивают в соотношении 5:1, смесь выдерживают при температуре 65-70 °С в течение 4 часов, затем охлаждают до 22-25 °С. В смесь вносят сухие дрожжи Saccharomyces cerevisiae в количестве 0,3% от массы смеси. Полученная смесь ферментируется при периодическом перемешивании. В смеси устанавливают рН=6,0-6,3 путем внесения гидроксида аммония, затем вносят фермент лактазы NOLA® Fit. Готовую смесь выдерживают в течение 6 часов, пастеризуют, охлаждают и фасуют. Использование изобретения позволит получить качественную кормовую добавку на основе вторичного пектинсодержащего сырья и молочной сыворотки высокой функциональной ценности. 1 табл., 7 пр.

Способ получения молочно-растительной кормовой добавки, включающий смешивание молочной сыворотки и вторичного растительного сырья, отличающийся тем, что в качестве вторичного растительного сырья применяют яблочные выжимки, которые смешивают с молочной сывороткой в соотношении 1:5, смесь выдерживают при температуре 65-70 °С в течение 4 часов, охлаждают до температуры 22-25 °С, затем вносят сухие дрожжи Saccharomyces cerevisiae в количестве 0,3% от массы смеси и ферментируют в течение 16 часов при периодическом перемешивании, при этом в смеси устанавливают рН=6,0-6,3 путем внесения гидроксида аммония, затем в приготовленную смесь вносят фермент лактазы NOLA® Fit в количестве 0,04% от массы смеси, после чего готовую смесь выдерживают в течение 6 часов, пастеризуют, охлаждают и направляют на фасовку.