Устройство и способ производства кормовых ферментативных гидролизатов Российский патент 2025 года по МПК A23J1/14 A23J3/14 A23J3/34 

Устройство относится к области биотехнологии в кормопроизводстве, а именно к технико-конструктивным устройствам (технологическим линиям) для получения кормовых ферментативных гидролизатов и может быть использовано в кормовой промышленности.

Известна линия для производства белковых ферментативных гидролизатов по патенту РФ № 61095, МПК A23J 1/04, 2006, преимущественно из сырья рыбного производства. Данная линия содержит взаимосвязанные между собой элементы: бункер-дозатор, ферментатор, устройство для отделения твердых отходов, пастеризатор-накопитель ферментолизата, концентратор ферментативного гидролизата и распылительную сушилку. На этапе завершения производственного процесса предусмотрено дополнительное устройство, утилизирующее и очищающее отработанный воздушный теплоноситель. Для этого сконструирован концентратор идентичный распылительной сушилки целевого готового продукта. Ферментатор в линии представлен химическим реактором в виде емкости с соответствующим устройством управления технологическим процессом.

Известен также патент РФ № 2598263, МПК C11B 13/00, C11B 9/00, 2014 на установку и способ для переработки побочных продуктов горчично-маслобойного производства (варианты). Устройство представлена горизонтально расположенным реактором-гидролизером, снабженным мешалкой и дистанционно управляемым клапаном, средством для создания вакуума и системой отвода летучих соединений гидролизата, с конденсаторами и разделителем фаз конденсата. Реактор-гидролизер имеет ультразвуковой генератор. Способ, осуществляемый на указанной установке, основан на постоянном перемешивании побочных продуктов с внедряемым катализатором-ферментом. Затем массу обезвоживают до образования паровой фазы и сухого остатка с содержанием влаги не более 13 %. Данная установка включает в различные режимы сушки и отвода летучих соединений. Продукт, получаемый в процессе данного производства, можно получать параллельно с эфирным горчичным маслом, а сухой остаток отгружают в качестве кормовой биодобавки. Группа изобретений направлена на сокращение времени гидролиза, получение продукта с повышенным качеством, получение эфирного масла в большем количестве.

К числу основных недостатков описанных устройств-аналогов является ограниченные возможности их использования по пути целевой адаптации к условиям масштабного промышленного кормопроизводства. Указанные способы (технологии) переработки растительного, животного и других видов сырья, с получением в качестве целевого конечного продукта кормовых ферментативных гидролизатов и концентрированных кормовых добавок, в основном обусловлено техническими характеристиками примененных в их конструктивных параметрах отдельных ферментаторов и взаимно-зависимым расположением устройств и оборудования в составе линии, что увеличивает энергозатратность и снижает мобильность оборудования.

При проведении патентного поиска также был изучен патент на устройство для гидролиза животного белка в составе пищевых продуктов РФ № 128878, МПК C07K 1/12, B01J 14/00, 2012. Устройство создано для упрощения процесса гидролиза белкового продукта с использованием герметичного реактора, осуществляющего процесс в атмосфере инертного газа. Устройство содержит следующие технические элементы: реактор из стеклянного корпуса, газоотводная трубка с тефлоновой пробкой. Гидролизуемый образец находится в нижней части реактора, который можно поместить в любое нагревающее устройство (термостат, баня, электрогриль). Полезная модель относится к биотехнологии и может быть использована в медицине, пищевой промышленности и сельском хозяйстве.

Патент РФ № 2443783, МПК C07K 1/06, 2008. Способ получения кормовых гидролизатов из зерна пшеницы. Устройство относится к переработке зерна пшеницы на кормовые гидролизаты, с легкоусвояемыми углеводными компонентами. Изобретение предусматривает получения водно-зерновой суспензии в кавитационном диспергаторе из плющенного зерна пшеницы в условиях кислой буферной среды. В кавитационном диспергаторе плющеное зерно подвергается гидролитической переработке в водной среде с одновременным самонагреванием в течение 15–20 минут. Рабочие температуры: гидролиза при 60–90°С, разжижение – 60–85°С, осахаривание проводят при температуре 60–70°С с получением готового продукта. Устройство обеспечивает упрощение и ускорение процесса гидролиза крахмалосодержащего сырья.

К числу основных отличий известного способа от предлагаемой полезной модели, прежде всего относится использование высоких рабочих температурных режимов при основных процессах гидролизации крахмалосодержащего сырья. Использование технологии с указанными температурами в диапазоне от 60 до 90°С исключают возможность использования ферментов протеолитической группы, что предполагает невозможность осуществления гидролиза белкового сырья и получения протеиновых ферментолизатов в рамках указанной технологии. Также следует отметить, что кавитационный диспергатор достаточно энергоемкий способ с недостаточно организованным гидродинамическим процессом, он подходит для переработки углеводного сырья, однако является малоэффективным способом переработки белковой массы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, относится патент РФ № 2631827, МПК A23J 1/14, A23J 3/14, A23J 3/34, 2016 «Способ получения гидролизата из шротов и жмыхов масличных культур». Устройство содержит цилиндрический корпус, емкости с дозаторами-форсунками для подвода растворов. Для того, чтобы получить гидролизат из шротов или жмыхов масличного сырья с концентрацией до 40% сухих веществ, сырье для гидролизации предварительно экструдируют при температуре 90–180°C с последующей водно-ферментативной обработкой экструдата раствором гидролитических ферментных препаратов протеолитического действия, и/или целлюлолитического действия, и/или альфа-галактозидазного действия в гидролитической камере. Известное устройство соединено с варочной камерой экструдера. Водный раствор ферментов подается в гидролитическую камеру через патрубок. Изобретение направлено на интенсификацию процесса гидролиза шротов и жмыхов масличных культур непосредственно после экструдирования в гидролитической камере при использовании термолабильных ферментных препаратов и упрощении машинно-аппаратного оформления процесса.

Недостатком известного устройства является то, что его работа возможно только с крахмалосодержащим материалом, цилиндрический корпус не предусматривает охлаждения материала, перемешивания, а выгрузка затруднена, так как она происходит только под давлением.

Техническая задача предлагаемой модели направлена на получение высокопитательного белкового и аминокислотного гидролизата.

Технический результат заключается в повышении качества и питательности белкового корма.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для производства кормовых ферментативных гидролизатов, преимущественно из растительного сырья, содержащем цилиндрический корпус, емкости с дозаторами-форсунками для подвода растворов и выгрузной отсек, согласно изобретению, корпус, имеющий в верхней части выступ-пароотвод, снабжен шнеком-смесителем с электроприводом.

Технический результат достигается тем, что в способе производства кормовых ферментативных гидролизатов, заключающимся в том, что материал поступает в зону ввода сырья, в зоне образования гидромодуля происходит водно-ферментативная обработка и выход в зоне вывода гидролитической массы, согласно изобретению, материал смешивают и перемещают шнеком-смесителем вдоль цилиндрического корпуса, перед поступлением материала в зону образования гидромодуля в зоне охлаждения его температуру снижают до 50–70°С.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема гидролитической камеры с выделением рабочих зон.

Устройство содержит приемный отсек 1, который расположен в начале гидролитической камеры и служит для приема перерабатываемого материала. Он связан с цилиндрическим корпусом 2, в котором размещен шнек-смеситель 3, по средствам которого осуществляется передвижение и смешивание рабочего материала. На корпусе 2 установлены емкости 4 с ферментированными растворами, которые подаются в цилиндрический корпус 2 дозаторами-форсунками 5. В конце цилиндрического корпуса 2 находится выгрузной отсек 6 для выгрузки полученного гидролизата и электропривод 7 шнека-смесителя 3. Для обеспечения оптимальной рабочей температуры в зоне охлаждения цилиндрический корпус 2 в верхней части имеет выступ-пароотвод 8.

Устройство может быть использовано как отдельное оборудование, так и в составе соответствующих перерабатывающих линий.

Устройство работает следующим образом.

Производство кормовых ферментативных гидролизатов заключается в том, что через зону ввода сырья I материал поступает в цилиндрического корпус 2, в котором расположен шнек-смеситель 3 с электроприводом 7, посредством которого происходит смешивание и передвижение материала внутри цилиндрического корпуса 2. Далее материал поступает в зону охлаждения II, где его температура при помощи выступа-пароотвода 8 снижается до 50–70^оС. В зоне образования гидромодуля III происходит водно-ферментативная обработка материала при помощи резервуаров 4 и форсунок-дозаторов 5. Выход готового материала происходит в зоне вывода гидролитической массы IV через выгрузной отсек 6.

Устройство для производства кормовых ферментативных гидролизатов разделено на четыре рабочие зоны: зона ввода сырья I, зона охлаждения экструдированного сырья II, зона образования гидромодуля III и зона вывода гидролитической массы IV.

I. Зона ввода сырья.

В указанной зоне осуществляется ввод экструдированного или цельного сырья, которое в дальнейшем будет подвергаться гидролитической переработке. Скорость ввода сырья зависит от исходных его характеристик, текучести и плотности, а также от других его реологических свойств. Зона ввода сырья состоит из приемного отсека 1, переходящего в основной цилиндрический корпус камеры 2.

II. Зона охлаждения экструдированного сырья.

Она представлена частью цилиндрического корпуса камеры 2 с конструктивной особенностью размещения на нем выступа-пароотвода 8. В цилиндрическом корпусе камеры 2 с помощью шнека-смесителя 3 продвигается загруженное экструдированное сырье. Данная зона обеспечивает процесс снижения температуры экструдированной массы перед подачей ее в зону гидролитической обработки. Скорость процесса охлаждения зависит от исходного вида продвигаемого по корпусу материала.

III. Зона образования гидромодуля.

Представлена частью цилиндрического корпуса камеры 2 в зоне ввода ферментного раствора. Перерабатываемая масса, попадая в зону образования гидромодуля, подвергается направленной обработке ферментными растворами, которые находятся в резервуарах 4. Внесение ферментов осуществляется путем впрыскивания рабочей ферментированной воды в обрабатываемую массу дозаторами-форсунками 5. Точки ввода рабочих растворов позволяют одновременно вводить растворы разных технологических назначений.

IV. Зона вывода гидролитической массы.

Представлена выгрузным отсеком 6 из гидролитической камеры. В указанной зоне образовавшаяся масса выгружается из цилиндрического корпуса камеры 2 в подготовленный резервуар для дальнейшего ферментативного дозревания.

Устройство содержит удлиненный корпус устройства из антикоррозийных материалов, что позволяет разделять пространство камеры на участки с различным целевым назначением и режимом использования. Рабочие ферментативные растворы находятся в специально отведенных резервуарах, оборудованных форсунками-дозаторами (указаны на схеме), выходящими в полость камеры (то есть непосредственно на перерабатываемое сырье) и позволяющими одновременно вносить растворы с разным технологическим назначением.

Способ осуществляют следующим образом.

Растительное сырье при необходимости измельчают или подвергают предварительной экструзии (в случае использования в качестве сырья отходов переработки). Температура вводимой растительной массы в зону ввода сырья находится в пределах 110–120°С. При продвижении сырья шнеком-смесителем 3 по зоне охлаждения II, масса остывает до температуры 50–70°С. Затем остывшее сырье попадает в зону образования гидромодуля III, где в массу вводят растворы активных ферментов.

Температура ферментных растворов должна находиться в диапазоне от 45±1 до 50±1°С, что обеспечивает проявление максимальной гидролитической активности ферментов класса протеазы. Такая температура позволит быстрее происходить процессу ферментации экструдируемого сырья. Также данная процедура способствует дополнительному охлаждению сырьевого корма.

Температура формируемого гидромодуля влияет на скорость биохимического гидролиза. При внесении ферментативного раствора температурой не более 50℃ в сырьевой субстрат, происходит его охлаждение.

Следующим технологическим параметром работы гидролитической камеры 2 является интенсивность перемешивания материала шнеком-смесителем 3. Данный показатель зависит от вязкости сырья и его теплопроводности. Чем выше частота вращения, тем большее давление может быть развито за один цикл вращения шнека-смесителя 3.

Заданная частота обеспечивает необходимую производительность и качественную обработку гидромодуля. При работе с различным по вязкости сырьем необходимо выбирать оптимальную частоту вращения шнека-смесителя 3, чтобы избежать риска перегрева его электропривода 7.

Вязкость реакционной массы находится в пределах – 10000–20000 мПа*с, что обеспечивает оптимальную скорость продвижения сырья по зонам устройства, а также внесение оптимального объема ферментной жидкости в субстратную массу.

Водородный показатель pH реакционной среды составляет от 5,5 до 11,0 ед. рН, что обеспечивает проявление максимальной гидролитической активности ферментов класса протеазы и амилазы. Для контроля водородного показателя гидромодуля и ферментного раствора в резервуарах, дополнительно устанавливают чувствительные электроды-датчики, контролирующие основные физико-химические параметры реакционной массы.

Пример 1. Получение кормового аминокислотного гидролитического концентрата.

Экструдированный соевый шрот подают в зону подачи сырья I гидролитической камеры 2 с изначальной температурой массы в диапазоне от 110,0 до 120,0°С. Затем вращением шнека-смесителя 3 экструдированная масса передвигается по зоне охлаждения II, обеспечивающей гидротермальный процесс охлаждения перерабатываемой массы до 50–70°С, с последующей её подачей шнеком-смесителем 3 в зону формирования гидромодуля III. В зоне формирования гидромодуля III в субстратную массу с вышеназванной температурой вводят раствор с предварительно активированной ферментной группой – бактериальной щелочной протеазой, имеющей температуру от 40 до 50°С, что способствует дополнительному эффекту охлаждения гидролитической массы до 50–70°С. Процесс гидролиза экструдированного соевого шрота осуществляется с параллельным вмешиванием водного раствора ферментов, и постепенным продвижением сформированного гидромодуля вращением шнека-смесителя 3 к выгрузному отсеку 6.

Пример 2. Получение кормового белкового гидролизата.

Измельченную полножирную сою подают в зону ввода сырья I гидролитической камеры 2. Затем вращением шнека-смесителя 3 масса передвигается по зоне охлаждения II, обеспечивающей дополнительный процесс плющения и гомогенизации перерабатываемой массы с последующей её подачей шнеком-смесителем 3 в зону образования гидромодуля III. В этой зоне в субстратную массу вводят раствор с предварительно активированной ферментной группой – бактериальной протеазой, имеющей температуру от 40 до 50°С, а также консервирующий раствор сорбиновой кислоты, для предупреждения прогоркания маслосодержащего продукта. Процесс гидролиза полножирной сои осуществляется с параллельным вмешиванием водного раствора ферментов, и постепенным продвижением сформированного гидромодуля вращением шнека-смесителя 3 к выгрузному отсеку 6.

Полученный гидролизат в дальнейшем может использоваться в зависимости от качественных показателей для различных целей.

Предложенные устройство и способ позволяют повысить качество и питательность белкового корма.

Группа изобретений относится к области биотехнологии в кормопроизводстве. Устройство содержит приемный отсек, связанный с цилиндрическим корпусом камеры. На корпусе установлены резервуары с дозаторами-форсунками, выходящими в полость камеры для подвода ферментативных растворов. Устройство также содержит выгрузной отсек. В резервуарах установлены электроды-датчики. Цилиндрический корпус, имеющий в верхней части выступ-пароотвод, снабжен шнеком-смесителем с электроприводом. Способ состоит в производстве кормовых ферментативных гидролизатов с использованием вышеописанного устройства, где в приемный отсек подают растительное сырье, с помощью резервуаров с дозаторами-форсунками производят водно-ферментативную обработку с температурой ферментных растворов в диапазоне от 45±1 до 50±1°С, выгрузку гидролизата осуществляют через выгрузной отсек. Материал смешивают и перемещают шнеком-смесителем с электроприводом, размещенным в цилиндрическом корпусе, вдоль цилиндрического корпуса, имеющего в верхней части выступ-пароотвод. Перед водно-ферментативной обработкой материала, его температуру снижают до 50–70°С. Обеспечивается повышение качества и питательности белкового корма. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

1. Устройство для производства кормовых ферментативных гидролизатов из растительного сырья, содержащее приемный отсек, связанный с цилиндрическим корпусом камеры, на корпусе установлены резервуары с дозаторами-форсунками, выходящими в полость камеры для подвода ферментативных растворов, выгрузной отсек, при этом в резервуарах установлены электроды-датчики, отличающееся тем, что цилиндрический корпус, имеющий в верхней части выступ-пароотвод, снабжен шнеком-смесителем с электроприводом.

2. Способ производства кормовых ферментативных гидролизатов с использованием устройства по п.1, заключающийся в том, что в приемный отсек подают растительное сырье, с помощью резервуаров с дозаторами-форсунками производят водно-ферментативную обработку с температурой ферментных растворов в диапазоне от 45±1 до 50±1°С, выгрузку гидролизата осуществляют через выгрузной отсек, отличающийся тем, что материал смешивают и перемещают шнеком-смесителем с электроприводом, размещенным в цилиндрическом корпусе, вдоль цилиндрического корпуса, имеющего в верхней части выступ-пароотвод, при этом перед водно-ферментативной обработкой материала, его температуру снижают до 50-70°С.