Способ микробиологической обработки целлюлозосодержащего сырья

Изобретение относится к области биотехнологии и кормопроизводства и может быть использовано при переработке целлюлозосодержащего сырья. Предварительно подготовленное увлажненное до содержания влаги 65% целлюлозосодержащее сырье засевают посевным материалом. Для подготовки посевного материала используют субстрат, состоящий из 1 части воды и 1 части размола, с добавлением микробиологического препарата «Байкал ЭМ-1» в концентрации 0,08 г на 1 кг субстрата с внесением 0,5% раствора лактозы из расчета 100 г на 1 кг субстрата. Предварительная обработка целлюлозосодержащего сырья заключается в термогидролизе при температуре 24-26°C. Процесс микробиологической обработки проводят в течение трех суток в анаэробных условиях при температуре 24-26°C с начальным pH 5,4-5,5, при этом через 36 часов от начала процесса микробиологической обработки вносят 0,5% раствор лактозы из расчета 100 г на 1 кг предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья. Осуществление изобретения позволяет сократить время разложения целлюлозосодержащего материала и повысить качество готового кормового продукта с повышением содержания в нем сырого протеина. 1 з.п. ф-лы, 6 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области биотехнологии, микробиологической и перерабатывающей промышленности и может быть использовано при переработке целлюлозосодержащего сырья (отходов сельскохозяйственного производства) с целью получения кормовых продуктов для сельскохозяйственных животных и птицы на фермах, животноводческих и птицеводческих комплексах.

Ежегодный естественный прирост целлюлозы в мире составляет около 100 млрд тонн. Сельскохозяйственное производство зерновых приводит к накоплению огромных запасов отходов: соломы, шелухи, мучки и др., практически не востребованных в настоящее время из-за сложности и высокой себестоимости переработки. Сложность переработки целлюлозосодержащего сырья обусловлена длительностью деструкции целлюлозного комплекса отходов. Известно, что в состав соломы злаковых культур входит 50-60% целлюлозы и 10-20% лигнина, которые должны быть предварительно разрушены почвенными целлюлозолитическими микроорганизмами до простых сбраживаемых сахаров. Полученные моносахара могут быть использованы впоследствии в качестве источника энергии для почвенных микроорганизмов, например для азотфиксирующих, присутствующих в почве и способных связывать атмосферный азот в доступные для растений формы.

Процесс расщепления целлюлозного комплекса соломы в природе за счет почвенных микроорганизмов очень длителен и протекает в течение нескольких месяцев даже при благоприятных внешних условиях. Кроме того, известно, что в естественных условиях на целлюлозосодержащих отходах природная почвенная ассоциация целлюлозолитических микроорганизмов образуется только через 120 дней [Antunes L.A., Agr. Siol. Technol., 1986, V.29, N.3. pp.533-543] - (1).

Известен способ ферментативной переработки целлюлозосодержащего сырья с использованием культуры гриба Rleurotus ostreatus на корм животным. Процесс длится до 10 суток [патент RU 2080078, A23K 1/00, 27.05.1997] - (2).

Известен способ получения биологически активного корма из целлюлозосодержащего сырья с использованием культуры гриба Agricus bisporus. Процесс длится до 7 суток [патент RU 2097979, A23K 1/00, 10.12.1997] - (3).

Кроме того, разрушение микроорганизмами клетчатки в природе происходит под действием не одной какой-либо группы, а комплексом, включающим и бактерии, и грибы, и дрожжи. Одна группа способствует подготовке субстрата для других [Стейнифорт А.Р. Солома злаковых культур. Пер. с англ. - М.: Колос, 1983. - с.77-178] - (4).

Наиболее близким способом по технической сущности и достигаемому эффекту является способ ферментативной переработки целлюлозосодержащих материалов в кормовые продукты с использованием ассоциации штаммов микроорганизмов, содержащей культуры Syncephalastrum racemosum (Mucoralus) и Allescherie terrestris. Процесс ферментации целлюлозосодержащего сырья без учета предварительной подготовки посевного материала по вышеприведенному способу составляет 4 суток. В процессе ферментации разрушается 54% полисахаридов и 70% лигнина [патент RU 2169760, A23K 1/00, 27.06.2001] - (5).

Недостатком известного способа является необходимость предварительной подготовки посевного материала в течение 10-15 суток и обеспечение стерильных условий на этой стадии.

Задачей предлагаемого способа является обеспечение возможности ускоренной микробиологической переработки целлюлозосодержащего сырья.

Техническим результатом, получаемым в результате реализации изобретения, является сокращение времени предварительного выращивания посевного материала.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в известном способе микробиологической обработки целлюлозосодержащего сырья, заключающемся в том, что предварительно подготовленное увлажненное до содержания влаги 65% целлюлозосодержащее сырье засевают посевным материалом, согласно изобретению для подготовки посевного материала используют субстрат, состоящий из 1 части воды и 1 части размола, с добавлением микробиологического препарата «Байкал ЭМ-1» в концентрации 0,08 г на 1 кг субстрата с внесением 0,5% раствора лактозы из расчета 100 г на 1 кг субстрата, при этом предварительная обработка целлюлозосодержащего сырья заключается в термогидролизе при температуре 24-26°C, а процесс микробиологической обработки проводят в течение трех суток в анаэробных условиях при температуре 24-26°C с начальным pH 5,4-5,5, при этом через 36 часов от начала процесса микробиологической обработки вносят 0,5% раствор лактозы из расчета 100 г на 1 кг предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья. Для предварительной подготовки целлюлозосодержащего сырья можно также использовать процесс термической обработки при температуре 100°C.

Используемая ассоциация микроорганизмов микробиологического препарата «Байкал ЭМ-1» представлена следующими видами: фотосинтезирующими и молочнокислыми бактериями, дрожжами, актиномицетами, ферментирующими грибами родов Aspergillus и Penicillium. Штаммы способны синтезировать целлюлозолитические ферменты и одноклеточный белок. Микроорганизмы биопрепарата не являются спорообразующими, согласно СанПин 23.2.1078-01 они входят в перечень веществ, не оказывающих вредного воздействия на кормовые продукты.

Целлюлозосодержащее сырье - солома злаковых культур - обладает невысокой питательной ценностью и состоит, главным образом, из полисахаридов (таблица 1).

Таблица 1
Химический состав соломы злаковых культур
показатели содержание, % а.с.в.
солома пшеницы солома гречихи
Целлюлоза 41,52±0,4 38,2±0,78
Гемицеллюлоза 23,23±0,13 20,89±0,17
Лигнин 21,37±0,81 20,51±1,01
сырая клетчатка 34,02±0,84 44,95±1,28
сырой протеин 4,52±0,09 2,95±0,08
сырой жир 1,46±0,17 1,18±0,01
сырая зола 4,14±0,04 2,19±0,12

Наибольшее значение в разложении клетчатки имеют почвенные микроорганизмы, которые способствуют эффективному разложению этого компонента в природе в кислых почвах (лесные подстилки, кислые торфяники, подзолы).

Пример 1.

Для эффективной деструкции углеводного комплекса целлюлозосодержащего сырья необходимы условия, в которых будет превалирующим действие целлюлозолитических микроорганизмов биологического препарата. Исходя из этого, приготовление посевного материала проводили при pH 5,4-5,5 с внесением 0,5% раствора лактозы. К субстрату, состоящему из 1 части размола (0,3 части проросших зерен ячменя и 0,7 части пшеничных отрубей) и 1 части воды, нагретой до температуры 80-100°C, добавляли микробиологический препарат «Байкал ЭМ-1» из расчета 0,08 г на 1 кг субстрата и 0,5% раствор лактозы из расчета 100 г на 1 кг субстрата. Полученную таким образом закваску оставляли для созревания на 5-6 часов, а без лактозы на 10-12 часов при комнатной температуре. Полученный подобным образом посевной материал использовали при засеве целлюлозосодержащего сырья. Для этого в камеру объемом 3000 мл поместили измельченную пропаренную при температуре 100°C солому пшеницы, увлажнили ее до содержания влаги 65% и добавили посевной материал. Ферментацию проводили в течение 3 суток (72 часа) в анаэробных условиях при температуре 24-26°C с начальным pH 5,4-5,5. Спустя 36 часов в конце экспоненциальной фазы роста микроорганизмов для активации биосинтеза целлюлозолитических ферментов в субстрат вносили 0,5% раствор лактозы дискретно (из расчета 100 г на 1 кг сырья). Эффективность деструкции целлюлозного комплекса соломы пшеницы оценивали по накоплению редуцирующих веществ в ферментолизате (таблица 2).

Таблица 2
Эффективность процесса биодеструкции нативной соломы пшеницы по накоплению редуцирующих веществ
Условия микробиологической обработки Содержание редуцирующих веществ, %
Время микробиологической обработки, ч
12 24 36 48 60 72
Без внесения лактозы 2,18±0,11 3,19±0,05 4,23±0,06 5,56±0,16 7,16±0,13 8,3±0,13
С внесением лактозы через 36 часов ферментации 2,18±0,11 3,19±0,05 5,08±0,03 6,13±0,09 9,0±0,08 9,65±0,06

Через 70-72 часов ферментации разрушилось 47,86% полисахаридов и 72,67% лигнина. Содержание сырого протеина составило 5,93%, что на 1,41% больше, чем в нативной соломе пшеницы. Содержание редуцирующих веществ с внесением лактозы на 16,27% больше, чем без внесения этого компонента (таблица 3). Результаты микробиологической обработки нативной соломы пшеницы представлены в таблице 3.

Таблица 3
Состав полученных продуктов после микробиологической обработки нативной соломы пшеницы
Показатели Содержание, % а.с.в.
без внесения раствора лактозы с внесением раствора лактозы
Целлюлоза и гемицеллюлоза 35,72±0,005 33,76±0,22
Лигнин 5,63±0,02 5,84±0,02
Сырой протеин 5,11±0,02 5,93±0,02
PB 8,3±0,13 9,65±0,06
pH 6,4±0,03 6,47±0,06

Пример 2.

Микробиологическую обработку нативной соломы пшеницы проводили аналогично примеру 1, только вместо пропаривания при температуре 100°C солому подвергали термогидролизу при pH 3,0, температура 112°C, давление 0,5 атм, время экспозиции 25 минут. Затем pH ферментационного субстрата доводили до 5,4-5,5. Через 70-72 часов ферментации разрушилось 56,14% полисахаридов и 78,38% лигнина. Содержание сырого протеина составило 8,55%, что на 4,02% больше, чем в нативной соломе пшеницы. Содержание редуцирующих веществ с внесением лактозы на 23,54% больше, чем без внесения этого компонента (таблица 4).

Таблица 4
Состав полученных продуктов после микробиологической обработки прогидролизованной соломы пшеницы
Показатели Содержание, % а.с.в.
без внесения раствора лактозы с внесением раствора лактозы
Целлюлоза и гемицеллюлоза 28,98±0,02 28,4±0,02
Лигнин 4,54±0,04 4,58±0,15
Сырой протеин 7,34±0,03 8,55±0,05
PB 11,64±0,03 14,38±0,02
pH 6,45± 6,53±0,004

Пример 3.

Микробиологическую обработку проводили аналогично примеру 1, только в качестве целлюлозосодержащего сырья использовали нативную солому гречихи. Через 70-72 часов ферментации разрушилось 35,76% полисахаридов и 61,04% лигнина. Содержание сырого протеина составило 5,52%, что на 2,58% больше, чем в нативной соломе гречихи. Содержание редуцирующих веществ с внесением 0,5% раствора лактозы на 36,18% больше, чем без внесения этого компонента (таблица 5).

Таблица 5
Состав полученных продуктов после микробиологической обработки нативной соломы гречихи
Показатели Содержание, % а.с.в.
без внесения раствора лактозы с внесением раствора лактозы
Целлюлоза и гемицеллюлоза 37,99±0,02 37,96±0,02
Лигнин 7,97±0,01 7,99±0,06
Сырой протеин 4,97±0,02 5,52±0,03
PB 5,86±0,05 7,98±0,01
pH 6,28±0,03 6,45±0,04

Пример 4.

Микробиологическую обработку соломы гречихи проводили аналогично примеру 3, только вместо термической обработки сырья (при 100°C), субстрат подвергали термогидролизу при pH 3,0, температуре 112°C, время экспозиции 25 минут. Затем pH ферментационного субстрата доводили до pH 5,4-5,5. Через 70-72 часов ферментации разрушилось 50,13% полисахаридов и 71,62% лигнина. Содержание сырого протеина составило 8,14%, что на 5,19% больше, чем в нативной соломе гречихи. Содержание редуцирующих веществ с внесением 0,5% раствора лактозы на 40,88% больше, чем без внесения этого компонента (таблица 6).

Таблица 6
Состав полученных продуктов после микробиологической обработки прогидролизованной соломы гречихи
Показатели Содержание, % а.с.в.
без внесения раствора лактозы с внесением раствора лактозы
Целлюлоза и гемицеллюлоза 30,99±0,02 29,47±0,01
Лигнин 5,75±0,05 5,82±0,02
Сырой протеин 7,21±0,02 8,14±0,02
PB 10,03±0,05 14,13±0,01
pH 6,26±0,02 6,3±0,03

Таким образом, микробиологическая обработка целлюлозосодержащего сырья биопрепаратом «Байкал ЭМ-1» снижает содержание полисахаридов в среднем на 50,13-56,14%, лигнина на 71,62-78,38%, увеличивает сырой протеин на 4,02-5,19%. Биодеструкция целлюлозосодержащего сырья эффективна при использовании прогидролизованной соломы с внесением 0,5% раствора лактозы. Содержание редуцирующих веществ в таких продуктах выше на 16,27-40,88%.

Техническим результатом исследования является получение кормовых продуктов, богатых биологически активными пребиотическими, пробиотическими компонентами.

Полученные экспериментальные данные определяют основные направления переработки соломы злаковых культур микробиологическим препаратом «Байкал ЭМ-1» для получения кормовых гидролизатов, а также осахаренного объемистого корма для дальнейшего применения в качестве кормового продукта в животноводстве. При этом длительность ферментации предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья (соломы пшеницы и гречихи) по вышеприведенным способам уменьшается до 72 часов (3 суток).

1. Способ микробиологической обработки целлюлозосодержащего сырья, заключающийся в том, что предварительно подготовленное увлажненное до содержания влаги 65% целлюлозосодержащее сырье засевают посевным материалом, отличающийся тем, что для подготовки посевного материала используют субстрат, состоящий из 1 части воды и 1 части размола, с добавлением микробиологического препарата «Байкал ЭМ-1» в концентрации 0,08 г на 1 кг субстрата с внесением 0,5% раствора лактозы из расчета 100 г на 1 кг субстрата, при этом предварительная обработка целлюлозосодержащего сырья заключается в термогидролизе при температуре 24-26°C, а процесс микробиологической обработки проводят в течение трех суток в анаэробных условиях при температуре 24-26°C с начальным pH 5,4-5,5, при этом через 36 часов от начала процесса микробиологической обработки вносят 0,5% раствор лактозы из расчета 100 г на 1 кг предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно целлюлозосодержащее сырье подвергают термической обработке при температуре 100°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к кормовой добавке для пушных зверей и птицы. Способ получения комплексной кормовой добавки включает смешивание упаренного кормового гидролизного сахара со сгущенной дрожжевой суспензией, пропаривание в кормозапарнике.

Изобретение относится к усовершенствованному процессу фракционирования лигноцеллюлозной биомассы для дальнейшего использования в синтезе химической продукции или получения топлива или топливных добавок на основе растительного сырья.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и кормопроизводства. Способ приготовления корма включает измельчение растительного сырья, внесение в него минеральных добавок и ферментативно-бактериальный гидролиз с внесением ферментативно-бактериальной закваски, состоящей из содержимого рубца жвачных животных.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к кормопроизводству. Способ приготовления корма включает измельчение растительного сырья, внесение кормовых добавок в виде монокальцийфосфата, поваренной соли и аммонийной добавки и осуществление ферментативно-бактериального гидролиза с введением предварительно приготовленной закваски, содержащей содержимое рубца жвачных животных.

Изобретение относится к медицине, а именно к экспериментальной морфологии. Способ осуществляют путем коррекции структурного гомеостаза предстательной железы крыс при адаптации к низким сезонным температурным условиям с помощью дигидрокверцитина, вводимого ежедневно в дозе 5 мг/кг массы тела перед охлаждением в течение четырех недель.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к комбикормовой промышленности, и может быть использовано для производства кормов для птицы. Измельченное маннансодержащее растительное сырье смешивают с водой в соотношении 1:1 - 1:2.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, к кормопроизводству и гидропонике. Способ включает подготовку и предварительное проращивание семенного материала, посев и выращивание.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к технологиям получения кормовых добавок из растительного сырья для животноводства. Способ получения кормовой добавки для сельскохозяйственных животных из растительного сырья, содержащей хлореллу, включает перемешивание предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья с питательными добавками, внесение микроорганизмов, выдерживание и последующую обработку.
Изобретение относится к животноводству, в частности к технологиям получения кормов из растительного сырья с применением биоконверсии. Способ получения кормовой добавки из растительного сырья включает перемешивание предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья с питательными добавками, внесение микроорганизмов, выдерживание и последующую обработку.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к технологиям производства кормов из растительного сырья с применением биоконверсии. Способ производства кормовой добавки для птицы включает перемешивание предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья с питательными добавками, внесение микроорганизмов, выдерживание и последующую обработку.
Заявленное изобретение относится к животноводству, в частности к способу развития пищеварительной системы у телят. Способ включает введение теленку в ротовую полость через несколько минут после рождения 3-5 мл рабочего раствора эффективных микроорганизмов «Кюссей», полученный путем разведения концентрата эффективных микроорганизмов с водой в соотношении 1:500.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к животноводству. Способ повышения продуктивности крупного рогатого скота включает введение в рацион животных хвойной энергетической добавки из расчета 250 г на голову в сутки.

Изобретение относится к кормопроизводству, в частности к добавке к корму для рыб. Добавка содержит клетки Halobacterium halobium и соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, при этом клетки Halobacterium halobium содержатся в добавке в виде сухой стерилизованной биомассы, полученной при их культивировании и последующем обезвоживании культуральной жидкости, содержащей эти клетки.
Изобретение относится к кормопроизводству, в частности к способу повышения качества меха и продукции кролиководства. Способ включает введение в рацион кормления пробиотического препарата.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к кормлению сельскохозяйственных животных и птицы, и может быть использовано для организации биологически полноценного кормления кур-несушек в условиях Магаданской области.
Изобретение относится к пушному звероводству и предназначено для кормления ослабленных щенков норки. Способ кормления пушных зверей включает введение в корм двухмесячным щенкам добавки из древесной зелени хвойных пород.
Изобретение относится к области животноводства, а именно к способу производства высокоэффективных энтеросорбентов на основе бентонита. Способ повышения адсорбирующих свойств бентонита включает модифицирование бентонита раствором неорганических солей металлов, сушку и измельчение полученного продукта.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для производства комбикормов. Линия включает соединенные между собой непосредственно или при помощи транспортных устройств бункеры, питатели, магнитные сепараторы, просеивающие машины, камнеотборник, дробилку, весовые дозаторы, смесители.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и кормопроизводства. Способ приготовления корма включает измельчение растительного сырья, внесение в него минеральных добавок и ферментативно-бактериальный гидролиз с внесением ферментативно-бактериальной закваски, состоящей из содержимого рубца жвачных животных.
Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способу переработки суспензии планктонных штаммов хлореллы. Способ включает электрофлотацию, отделение образовавшейся пены вместе с небольшим количеством суспензии или культуральной среды, достаточным для обеспечения плотности клеток от 30 до 1000 млн/мл в получаемом концентрате биомассы хлореллы, с получением концентрата биомассы хлореллы и очищенной культуральной среды.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в промышленном производстве комбикормов для сельскохозяйственных животных и птицы в качестве белкового и энергетического компонента. Способ приготовления энергопротеинового концентрата включает смешивание семян зернобобовых и масличных культур, измельчение смеси, увлажнение, прогревание и экструдирование с последующим охлаждением. В качестве исходных продуктов используют рапс и горох, которые смешивают в пропорции 40:60. Смесь рапса и гороха измельчают до размера частиц от 0,6 до 0,8 мм и обрабатывают паром под давлением 0,2-0,3 МПа до влажности 16-18% и температуры 70-90°C, затем обработанную смесь подвергают экструзии при температуре продукта на выходе из головки экструдера 110-115°C. Полученный продукт охлаждают до конечной температуры 30°C. Использование изобретения позволит получить продукт высокого качества и сбалансированного по аминокислотному составу. 1пр.

Изобретение относится к области биотехнологии и кормопроизводства и может быть использовано при переработке целлюлозосодержащего сырья. Предварительно подготовленное увлажненное до содержания влаги 65 целлюлозосодержащее сырье засевают посевным материалом. Для подготовки посевного материала используют субстрат, состоящий из 1 части воды и 1 части размола, с добавлением микробиологического препарата «Байкал ЭМ-1» в концентрации 0,08 г на 1 кг субстрата с внесением 0,5 раствора лактозы из расчета 100 г на 1 кг субстрата. Предварительная обработка целлюлозосодержащего сырья заключается в термогидролизе при температуре 24-26°C. Процесс микробиологической обработки проводят в течение трех суток в анаэробных условиях при температуре 24-26°C с начальным pH 5,4-5,5, при этом через 36 часов от начала процесса микробиологической обработки вносят 0,5 раствор лактозы из расчета 100 г на 1 кг предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья. Осуществление изобретения позволяет сократить время разложения целлюлозосодержащего материала и повысить качество готового кормового продукта с повышением содержания в нем сырого протеина. 1 з.п. ф-лы, 6 табл., 4 пр.

Наверх