Способ получения кормовой добавки из органического сырья

 

Изобретение предназначено для использования в кормопроизводстве и может быть использовано для получения кормовых добавок из органических отходов. Способ получения кормовой добавки из органического сырья включает предварительное измельчение смеси органических отходов на основе торфа и навоза в соотношении 1:1, проведение процесса биоконверсии, перед которой в смесь в качестве органических отходов дополнительно вводят отходы хлебопекарной промышленности в виде сухарей в количестве 5-10% от массы смеси с последующей обработкой конечного продукта ультразвуком интенсивностью 50-60 Вт/см² в течение 3-5 мин. Продувку кислородсодержащим газом в течение 20-40 мин проводят каждые 24 ч. Измельчение и смешение исходной смеси осуществляют в шнековой мельнице для лучшей гомогенизации исходной смеси. Продолжительность процесса биоконверсии 48-60 ч. Способ позволяет получить дешевую кормовую добавку за счет сокращения времени на ее производство и снижения энергозатрат с повышенной биологической ценностью. 4 з.п.ф-лы, 2 ил, 2 табл.

Данное изобретение относится к производству кормов, в частности к технологии получения кормовых добавок из органических отходов с добавлением отходов пищевых производств, и может быть использовано как в комбикормовой промышленности, так и непосредственно в сельских хозяйствах.

Предшествующий уровень техники Решение проблемы рационального использования многотоннажных отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности ведет к сбережению природных ресурсов, расширению кормовой базы животноводства, значительному уменьшению загрязнения окружающей среды. Основной целью при изучении переработки органического сырья является поиск экономически выгодных и экологически приемлемых технологий получения высокопитательных продуктов с заранее заданными свойствами.

Известен способ получения кормовой добавки для жвачных животных, включающий увлажнение и гидробарометрическую обработку соломы. С целью повышения перевариваемости кормовой добавки перед гидробарометрической обработкой солому дополнительно смешивают с жидким пометом птиц в количестве, обеспечивающем массовое соотношение сухая солома:сухой помет (10:1)-(1:1), причем влажность смеси доводят до 40-60% (А.с. СССР 1530162, МКИ А 23 К 1/12, 1989 г.).

Недостатком этого метода является необходимость предварительного высушивания соломы, что требует введения в технологический процесс дополнительной стадии, а значит, и использования дополнительного технологического оборудования. Если же высушивание соломы осуществлять естественным путем, то это приводит к значительным затратам времени. Кроме того, гидробарометрическая обработка смеси делает необходимым применение в данном процессе оборудования для очистки отходящих вод, что ведет к удорожанию получаемой кормовой добавки.

Близким по технологии является способ переработки отходов животного происхождения, включающий смешивание их с добавками и последующую осушку смеси, причем с целью сокращения длительности процесса и снижения потерь питательных веществ в качестве добавок используют природный цеолит, предварительно измельченный до размера частиц 0.5-3.0 мм и нагретый до 150-200^oС, а смешивание осуществляют путем периодического нанесения отходов на нагретый цеолит до достижения относительной влажности полученной массы 40-55% и содержания цеолита в готовом продукте 10-40% от общей массы (А.с. СССР 1461397, МКИ А 23 К 1/10, 1988 г.).

Недостатком этого способа является то, что его практическая реализация требует использования разогретого до температуры 150-200^oС цеолита. Во-первых, это приводит к усложнению аппаратурного оформления технологической установки, а значит, к удорожанию конечного продукта; во-вторых, использование столь высоких температур вызывает гибель мезофильных бактерий. Проведение процесса при такой температуре делает невозможным влияние мезофильных бактерий на конечный результат, что ухудшает питательную ценность получаемой кормовой добавки, Кроме того, присутствие в конечном продукте цеолита (до 40%) также ведет к снижению питательности корма.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения кормовой добавки из органического сырья, включающий биоконверсию смеси органических отходов на основе торфа и навоза в соотношении 1:1, их предварительное измельчение и проведение процесса при повышенной температуре с периодической продувкой кислородсодержащим газом Для интенсификации процесса в качестве добавки использовали мегатерин (биомасса культуры Bacillus megaterium). Процесс осуществляется в четыре стадии, первая и четвертая из которых протекают в течение 24-72 ч, а вторая и третья - в течение 6-48 ч, при этом температурный интервал первой стадии равен 35-40^oС, а второй стадии - 47-53^oС, третью стадию проводят при температуре 55-80^oС, четвертую - при температуре 15-28^oС (Патент РФ 2126779 "Способ получения кормовой добавки и удобрения из органических отходов", 1999 г.).

Недостатком этого метода является то, что процесс биоконверсии проводится в течение довольно длительного времени - до 240 ч, и его практическая реализация требует высоких энергозатрат на поддержание температурного режима второй и третьей стадий процесса (до 80^oС). Кроме того, получаемая кормовая добавка обладает невысокой питательной ценностью, что также является недостатком.

Сущность заявляемого изобретения Задачей создания изобретения является удешевление кормовой добавки за счет сокращения времени на ее производство и снижение энергозатрат с одновременным повышением питательной ценности конечного продукта при значительном увеличении содержания аминокислот.

Технический результат изобретения - улучшение характеристик кормовой добавки, используемой в рационе крупного рогатого скота, свиней, птиц, выражающееся в высокой питательной ценности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения кормовой добавки из органического сырья, включающем биоконверсию смеси органических отходов на основе торфа и навоза в соотношении 1:1, их предварительное измельчение и проведение процесса при повышенной температуре с периодической продувкой кислородсодержащим газом, согласно изобретению в качестве органических отходов в исходную смесь дополнительно вводят отходы хлебопекарной промышленности с последующей обработкой конечного продукта ультразвуком интенсивностью 50-60 Вт/см² в течение 3-5 минут. Целесообразно в качестве отходов хлебопекарной промышленности использовать отходы в виде сухарей в количестве 5-10% от массы смеси. Рекомендуется продувку кислородсодержащим газом осуществлять в течение 20-40 минут каждые 24 часа. Желательно измельчение и смешение исходной смеси осуществлять в шнековой мельнице.

Проведение процесса биоконверсии с обработкой конечного продукта ультразвуком позволяет снизить энергозатраты и продолжительность процесса до 48-60 часов. Экспериментально найдены оптимальные условия обработки конечного продукта ультразвуком интенсивностью 50-60 Вт/см² в течение 3-5 минут для уничтожения патогенной микрофлоры. Ультразвуковая обработка данной интенсивности и времени воздействия не приводит к снижению содержания в конечном продукте минеральных веществ, витаминов, белков и аминокислотного состава. При снижении интенсивности ультразвука патогенная микрофлора уничтожается неполностью, а обработка при повышенной интенсивности нецелесообразна.

В ходе процесса наблюдается развитие всех форм микроорганизмов, первоначально присутствовавших в смеси и осуществляющих ее активное разложение, причем активность микроорганизмов возрастает за счет введения отходов хлебопекарной промышленности. Предлагаемая добавка - отходы хлебопекарной промышленности в виде сухарей в количестве 5-10% от массы смеси содержит большое количество питательных и ростовых веществ, которые могут использоваться микроорганизмами, присутствующими в торфе, навозе, подстилочном материале для процессов разложения и биосинтеза. Данное количество отходов хлебопекарной промышленности является оптимальным, так как при большем количестве наблюдается снижение содержания аминокислот за счет уменьшения количества аминокислотсинтезирующих микроорганизмов, при внесении большего количества также происходит снижение содержания аминокислот, но за счет развития посторонней микрофлоры.

Аэробные условия развития, достигаемые при помощи продувки кислородсодержащим газом через объем смеси, способствуют развитию аэробной группы микроорганизмов. Анаэробные условия проведения процесса приводят к увеличению энтеробактерий и всех видов анаэробных микроорганизмов, использующих минеральный азот, мобилизующих глюкозу. Экспериментально был найден оптимальный режим продувки, осуществляемый в течение 30 минут каждые 24 часа, отклонение от которого приводит к уменьшению количества аминокислотсинтезиругощих микроорганизмов, а следовательно, к снижению качества получаемой добавки.

Процесс биоконверсии основан на создании условий, благоприятных для развития определенных видов микроорганизмов, которые первоначально содержатся в исходной смеси. В процессе развития микрофлора продуцирует определенные продукты метаболизма (ферменты, аминокислоты, витамины, углеводы и др. ), содержание которых в многокомпонентной смеси позволяет активизировать определенный биохимический процесс. Особенностью микробиологических процессов являются узкие температурные пределы развития микробной популяции, что и обусловливает температурные режимы проведения процесса. Отклонение температуры более чем на 1-3^oС от приведенных граничных значений для каждой стадии приводит к серьезным нарушениям процесса биоконверсии, а значит, к изменению химического состава готового продукта.

Краткое описание чертежей Для пояснения способа получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов приведены чертежи, где на фиг.1 изображена установка биоконверсии (общий вид), на фиг.2 - графики зависимости аминокислотного состава конечного продукта без внесения отходов пищевых производств и с добавками отходов хлебопекарной промышленности.

Лучший вариант осуществления изобретения Биореактор для осуществления способа получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов состоит из корпуса 1, внутри которого размещена барботажная сетка 2, закрытого сверху крышкой 3. Приспособление 4 необходимо для вытягивания барботажной решетки 2. Биореактор устанавливают на подставку 5 в термостат, а контроль за температурой осуществляют по термометру 6. Для продувки смеси кислородсодержащим газом установлены барботажные трубки 7, 8.

Для проведения процесса получения кормовой добавки из органических отходов готовят смесь (исходный субстрат) из навоза и торфа, взятых в пропорции 1:1. Для реактора с полезным объемом 1.75 л необходимо 1500 г смеси, компоненты тщательно перемешивают и пропускают через шнековую мельницу. Далее в полученную смесь добавляют отходы хлебопекарной промышленности в количестве 5-10 мас.% (75 г), снова перемешивают и загружают в корпус биореактора 1 на барботажную сетку 2 и закрывают крышкой 3. Биореактор устанавливают на подставку 5 в термостат и термостатируют до температуры 36-39^oС (контроль осуществляется по термометру 6), продувают воздухом через барботажные трубки 7, 8. После этого начинается биоконверсионный процесс.

Процесс биоконверсии проводят при температуре 36-39^oС с продувкой воздухом через каждые 24 часа при продолжительности процесса 48-60 часов. После биоконверсионного процесса проводят ультразвуковую обработку смеси в течение 3-5 минут при интенсивности 50-60 Вт/см². Контроль за протеканием биоконверсионного процесса осуществляют с периодичностью в 3 часа и использованием специального пробоотборника с привлечением методов микробиологического и химического анализа.

Пример Проверка эффективности воздействия отходов хлебопекарного производства проводилась на смеси 1:1 торфа и навоза. В один из ферментеров в смесь не добавлялись отходы хлебопекарного производства, в другой ферментер добавлялись. В таблицах 1 и 2 приведены сравнительные данные влияния отходов хлебопекарного производства на содержание биологически активных веществ в конечном продукте (кормовой добавке) после 60 часов биоконверсии и изменение численности некоторых микроорганизмов.

Введение отходов хлебопекарного производства привело к повышению питательности получаемой кормовой добавки (количество жиров, протеина и т.д.), активизации микрофлоры и интенсификации процесса биоконверсии.

Для проведения процесса получения кормовой добавки биоконверсией органических отходов готовят смесь (исходный субстрат) из навоза и торфа, взятых в пропорции 1: 1. Для реактора с полезным объемом 1.75 л необходимо 1500 г смеси, компоненты тщательно перемешивают и пропускают через шнековую мельницу. Далее в полученную смесь добавляют отходы хлебопекарной промышленности в количестве 5 мас.% (45 г), снова перемешивают и загружают в корпус биореактора 1 на барботажную сетку 2 и закрывают крышкой 3. Биореактор устанавливают на подставку 5 в термостат и термостатируют до температуры 36-39^oС (контроль осуществляется по термометру 6), продувают воздухом через барботажные трубки 7, 8. После этого начинается биоконверсионный процесс.

Процесс биоконверсии проводят при температуре 36-39^oС с продувкой воздухом через каждые 24 часа при продолжительности процесса 48-60 часов. После процесса биоконверсии проводят ультразвуковую обработку смеси в течение 3-5 минут при интенсивности 50-60 Вт/см². Контроль за протеканием процесса биоконверсии осуществляют с периодичностью в 3 часа и с использованием специального пробоотборника с привлечением методов микробиологического и физико-химического анализа.

Промышленная применимость Предлагаемый способ можно широко применять для переработки органических отходов, образующихся на больших животноводческих комплексах и птицефермах, в кормовую добавку с заданным и стабильным химическим составом. Причем данный способ применим при получении кормовой добавки из органических отходов как в лабораторных условиях, так и в промышленных (мелко- и крупнотоннажных) производствах.

Формула изобретения

1. Способ получения кормовой добавки из органического сырья, включающий приготовление исходной смеси торфа и навоза, предварительное ее перемешивание и измельчение, последующее проведение процесса биоконверсии с периодической продувкой кислородсодержащим газом, отличающийся тем, что исходную смесь торфа и навоза готовят в соотношении 1: 1, а перед проведением процесса биоконверсии в исходную смесь дополнительно вводят отходы хлебопекарной промышленности с последующей обработкой конечного продукта ультразвуком интенсивностью 50-60 Вт/см² в течение 3-5 мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вводят отходы хлебопекарной промышленности в виде сухарей в количестве 5-10% от массы смеси.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продувку кислородсодержащим газом проводят в течении 20-40 мин каждые 24 ч.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измельчение и смешение исходной смеси осуществляют в шнековой мельнице.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс биоконверсии проводят при температуре 36-39^oС в течение 48-60 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4