способ получения белково-витаминного корма и устройство для выращивания кормовых дрожжей

Формула изобретения

1. Способ получения белково-витаминного корма, включающий выращивание биомассы кормовых дрожжей на жидкой среде, содержащей органические соединения и/или минеральные соли, смешивание полученной дрожжевой суспензии с сухим белковым наполнителем и/или с наполнителем из измельченных отходов сельскохозяйственного производства, гидролиз смеси и ее сушку, отличающийся тем, что полученную дрожжевую суспензию перед смешиванием сгущают до содержания сухих веществ 30 - 60% и смешивание сгущенной дрожжевой суспензии с указанным наполнителем, гидролиз смеси и сушку проводят одновременно в экструдере при температуре 100 - 160^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сгущение дрожжевой суспензии проводят на гидротурбоциклоне.

3. Устройство для выращивания кормовых дрожжей, включающее две герметичные цилиндрические емкости, снабженные расположенными над днищами аэраторами и сообщенные между собой перепускными трубами с заслонками на выходе для перетока культуральной жидкости из емкости в емкость, и размещенный снаружи емкостей воздушный коллектор с отводным патрубком, сообщенный с газовым пространством емкостей и снабженный средством для поочередного отвода отработанного воздуха из них, отличающееся тем, что на входных участках воздушного коллектора установлены каплеотделители для отработанного воздуха, при этом средство для поочередного отвода последнего состоит из управляемых электромагнитных клапанов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к получению белково-витаминного корма, который используется в животноводстве, птицеводстве и рыбном хозяйстве.

Белково-витаминные корма представляют собой определенным образом полученную и обработанную смесь кормовых белков и сухого белкового наполнителя и/или измельченных отходов сельскохозяйственного производства. Поэтому основными технологическими стадиями получения кормов являются выращивание кормовых дрожжей на питательных средах и смешивание образующейся дрожжевой суспензии с сухими компонентами. В качестве питательных сред для выращивания кормовых дрожжей используют всевозможные жидкие стоки, содержащие органические соединения и/или минеральные соли, например, стоки животноводческих ферм, птицеферм, стоки целлюлозно-бумажной промышленности, пищевой промышленности (например, молочная сыворотка, послеспиртовая барда), стоки, содержащие нефть, стоки гальванических производств и другие.

Стоки отличаются друг от друга по природе и количеству содержащихся в них органических соединений и минеральных солей. Штаммы дрожжей подбираются таким образом, чтобы они при своем росте максимально использовали содержащиеся в стоках вещества. При этом добавка недостающих для роста дрожжей компонентов должна быть минимальной, тогда использование стоков в качестве питательной среды будет иметь экономическую целесообразность и решать экологическую задачу их очистки.

Перспективу широкого промышленного использования имеют способы получения кормов, которые обеспечивают получение качественной продукции (кормов с высоким содержанием протеинов, хорошей усвояемостью и длительным сроком хранения), а также отличаются простотой технологии, небольшой продолжительностью и малой энергоемкостью, что обеспечивает низкую себестоимость продукции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения белково-витаминного корма для животных, включающий коагуляцию зерновой (послеспиртовой) барды, разделение ее на жидкую и твердую фракции, выращивание кормовых дрожжей на жидкой фракции, отделенной после коагуляции, смешивание полученной дрожжевой суспензии с твердой фракцией барды и с наполнителем из измельченных отходов сельскохозяйственного производства (кукурузные кочерыжки, солома, подсолнечная лузга и др.). Полученную смесь подвергают гидролизу кипячением (температура выше 100^oC) и сушке (а.с. СССР 1024052. МПК A 23 K 1/06, C 12 N 1/16, публ. 1983).

Недостатком известного способа является его многостадийность, большая длительность процесса, высокая энергоемкость и недостаточно хорошее качество готового продукта (по содержанию протеинов).

Технический результат изобретения в части способа заключается в его упрощении, интенсификации, снижении энергоемкости и улучшении качества готового продукта (повышении содержания протеинов).

Для достижения этого результата в предложенном способе получения белково-витаминного корма, включающем выращивание биомассы кормовых дрожжей на жидкой среде, содержащей органические соединения и/или минеральные соли, смешивание полученной дрожжевой суспензии с сухим белковым наполнителем и/или с наполнителем из измельченных отходов сельскохозяйственного производства, гидролиз смеси и ее сушку, полученную дрожжевую суспензию перед смешиванием сгущают до содержания сухих веществ 30-60% и смешивание сгущенной дрожжевой суспензии с указанным наполнителем, гидролиз смеси и сушку проводят одновременно в экструдере при температуре 100-160^oC.

Сгущение дрожжевой суспензии следует проводить на гидротурбоциклоне.

Известно устройство для выращивания кормовых дрожжей, включающее две герметичные цилиндрические емкости, снабженные расположенными над днищами аэраторами и сообщенные между собой перепускными трубами с заслонками на выходе для перетока культуральной жидкости из емкости в емкость, и размещенный снаружи емкостей воздушный коллектор с отводным патрубком, сообщенный с газовым пространством емкостей и снабженный средством для поочередного отвода отработанного воздуха из них, представляющим собой клапанную коробку, клапаны которой управляются поплавком, расположенным в одной из емкостей (RU патент N 2058992, МПК A 23 K 1/00, публ. 1996).

Недостатком известного устройства является то, что со временем на поплавке и клапанах скапливается дрожжевая биомасса, что приводит к его остановке. Поэтому необходимо периодически останавливать работу устройства для очистки поплавковой системы и клапанной коробки. Это снижает производительность процесса, проводимого в устройстве, делает невозможным его непрерывное осуществление и усложняет управление его работой.

Технический результат изобретения, касающегося устройства для выращивания кормовых дрожжей по предложенному способу, заключается в увеличении его производительности и обеспечении возможности автоматизации процесса.

Этот технический результат достигается тем, что в предложенном устройстве для выращивания кормовых дрожжей, включающем две герметичные цилиндрические емкости, снабженные расположенными над днищами аэраторами и сообщенные между собой перепускными трубами с заслонками на выходе для перетока культуральной жидкости из емкости в емкость, и размещенный снаружи емкостей воздушный коллектор с отводным патрубком, сообщенный с газовым пространством емкостей и снабженный средством для поочередного отвода отработанного воздуха из них, на входных участках воздушного коллектора установлены каплеотделители для отработанного воздуха, при этом средство для поочередного отвода последнего состоит из управляемых электромагнитных клапанов.

Способ получения белково-витаминного корма осуществляют следующим образом.

При осуществлении предложенного способа для выращивания кормовых дрожжей можно использовать различные жидкие стоки. В случае использования стоков, содержащих твердую фракцию, например, послеспиртовая барда, стоки животноводческих и птицеводческих ферм, как отмечалось выше, требуется предварительное отделение твердой фракции, которая в зависимости от пищевой ценности может быть включена или не включена в конечный продукт кормового назначения. В рамках способа можно использовать для этого самоочищающуюся центрифугу, принцип действия которой основан на разделении фракций во время прохождения через нее стоков. Поэтому эта стадия не оказывает столь значительного влияния на продолжительность всего процесса, как в известном способе, где для коагуляции требуется 11 часов. Кроме того, на этой стадии в предложенном способе не используются коагулянты, которые могут являться загрязнителями конечных продуктов (очищенные сточные воды и корма). Сточная вода, выходящая из сепаратора, в качестве которого можно использовать, например, гидротурбоциклон, имеет достаточную для повторного использования степень очистки. Молочная сыворотка, стоки, содержащие нефть, стоки целлюлозно-бумажных комбинатов не требуют предварительного центрифугирования, а используются непосредственно для выращивания дрожжей.

Жидкую питательную среду, содержащую необходимые питательные элементы, засевают кормовыми дрожжами Candida utilis, Hansenula species и др. Процесс выращивания осуществляют при 30-35^oC и pH 4,0-5,0 в условиях аэрации и перемешивания. Затем полученную дрожжевую суспензию сгущают до содержания сухих веществ 30-60% (например, в гидротурбоциклоне) и подают в экструдер с сухим наполнителем, представляющим собой, например, отходы зерна, где одновременно происходят смешивание, гидролиз и плазматация компонентов, так как температура на этой стадии 100-160^oC. Данная стадия за счет повышенной температуры включает также и сушку полученного целевого продукта.

Пример. Послеспиртовую барду разделяют на самоочищающейся центрифуге производительностью 200 т/сутки на жидкую фракцию (136 т/сутки) и твердую (с 75% влажностью) фракцию (64 т/сутки). Жидкую фракцию после отстоя и раствор солей (в данном случае для штамма Candida utilis достаточно добавления до 2 мг/л сернокислых цинка, марганца и меди) направляют в устройство для выращивания кормовых дрожжей - 100 кубовую емкость устройства для выращивания дрожжей, где показатель pH, равный 4,2, поддерживают титрованием при необходимости каустиком, а температуру 32^oC - термостатированием с помощью рубашки аппарата или теплообменника. Естественная бактериальная микрофлора стоков подавляется фосфорной кислотой при pH, равном 4,2, при этом поддерживается соотношение азота и фосфора, равное 2:1. Устройство работает непрерывно с подачей 136 т/сутки жидкой фракции в верхний натрубок и откачкой 136 т/сутки дрожжевой суспензии из противоположного нижнего натрубка. Перемешивание осуществляется жидкими струями, циркулирующими в перепускных трубах со скоростью 2 м/с, скорость задается на блоке электронного управления. Электромагнитные клапаны через равные промежутки времени выпускают избыточный воздух через каплеотделители. Воздух подают в аэраторы, где при турбулентном перемешивании происходит его диспергирование.

Полученную дрожжевую суспензию подают в гидротурбоциклон, где происходит ее сгущение до 50%-ного содержания влаги, при этом очищенную воду (содержание фосфора, азота до 5 мг/л) возвращают в технологический цикл производства (130 т/сутки). 6 т/сутки полученной сгущенной дрожжевой суспензии с 55%-ным содержанием протеина (включая высокое содержание заменимых и незаменимых аминокислот), содержащей также витамины, макро- и микроэлементы, подают с твердой фракцией барды (64 т/сутки) и 12 т/сутки отходов зерна 14%-ной влажности, остающихся на 1 мм сите в производстве спирта, в экструдер с обогреваемыми стенками (100-160^oC). В нем происходит перемешивание, плющение, гидролиз и плазматация подаваемых компонентов с удалением избытка влаги. Получают 36 т/сутки белково-витаминного корма с содержанием влаги не более 14%, протеина не менее 50%.

Аналогично изложенному примеру получают корма с использованием для выращивания кормовых дрожжей стоков свиноводческих и птицеводческих ферм, с той разницей, что используют штаммы дрожжей Candida utilis и Hansenula species и твердые фракции стоков не используют в дальнейшем приготовлении кормов, а направляют для использования в качестве органического удобрения. При переработке 520 т/сутки свиных стоков (или этого же количества куриных стоков) образующиеся 6 т/сутки сгущенной дрожжевой суспензии смешивают с 30 т/сутки сухих компонентов комбикормов и получают 35 т/сутки корма с содержанием влаги не более 14%, протеина 50%, кроме того, получают 400 м³/сутки очищенной воды и 20 т/сутки органического удобрения.

При использовании молочной сыворотки, стоков целлюлозно-бумажных комбинатов, стоков, загрязненных нефтью, не требуется предварительной стадии разделения стоков на фракции.

При осуществлении процесса по примеру, только без центрифугирования, 30 т/сутки молочной сыворотки с использованием штамма дрожжей Candida pseudotropicalis получают 2 т/сутки сгущенной дрожжевой суспензии и, смешивая их с 12 т/сутки соевого шрота, получают 13 т/сутки белково-витаминного корма с содержанием влаги не более 14%, протеина 52%. Получают также 25 т/сутки очищенной воды.

Полученные по предлагаемому способу корма сразу после экспандирования легко гранулируются. Сточная вода, получаемая после отделения белка, имеет достаточную для повторного использования степень очистки. Предлагаемый технологический процесс может быть как периодическим, так и непрерывным.

Экономическая эффективность предлагаемого способа и целесообразность его промышленного использования подтверждаются данными, приведенными в таблице.

Устройство для выращивания кормовых дрожжей на фиг. 1 схематично изображено в разрезе, а на фиг. 2 - то же, вариант.

Устройство включает две герметичные цилиндрические емкости 1 и 2, снабженные патрубками 3 и 4 для подвода воздуха, патрубком 5 для подвода питательной среды в виде стоков с инокулятом дрожжей, патрубками 6 - для отвода культуральной жидкости и аэраторами 7 и 8, расположенными над днищами емкостей.

Снаружи над емкостями установлен воздушный коллектор 8 с отводным патрубком 9, снабженный средством для поочередного отвода воздуха из них, состоящим из управляемых электромагнитных клапанов 10 и 11, связанных с электронным блоком управления (на чертеже не показан). На входных участках 12 и 13 воздушного коллектора установлены каплеотделители 14 и 15 отработанного воздуха, например, в виде гидроциклонов. Воздушный коллектор сообщается с газовым пространством емкостей при помощи входного 16 и выходного 17 патрубков для прохождения воздуха через эти гидроциклоны, а патрубки 18 для отвода отделенной жидкости подключены к емкостям.

Емкости 1 и 2 сообщены между собой перепускными трубами 19 и 20 с заслонками 21 на выходе для перетока культуральной жидкости из емкости в емкость.

Емкости 1 и 2 могут быть установлены вертикально (см. фиг. 1) и горизонтально (см. фиг. 2).

Целесообразно, чтобы перепускные трубы 19 и 20 были расположены так, чтобы их оси составляли угол 30-45^o к горизонтальной плоскости.

Вертикальное расположение емкостей следует использовать при выращивании кормовых дрожжей периодическим способом (метод отлива-долива). Горизонтальное расположение емкостей можно использовать как при периодическом процессе выращивания, так и непрерывном при наличии больших объемов стоков.

Устройство работает следующим образом. Емкости 1 и 2 заполняют жидкой фракцией используемого стока с инокулятом дрожжей. Подают воздух по патрубкам 3 и 4 в аэраторы 7 и 8 и при закрытых электромагнитных клапанах 10, 11 создают давление в емкостях (0,08 - 0,1 кгс/см²). На блоке электронного управления задают частоту (время) открытия - закрытия указанных клапанов. При открытом электромагнитном клапане 10 емкость 2 сообщается с атмосферой, а в емкости 1 накапливается воздух, передавливая часть жидкости сверху вниз в емкость 2 по перепускной трубе 20. Уровень жидкости в емкости 1 понижается до момента переключения клапанов. Клапан 10 закрывается, а клапан 11 открывается, при этом воздух из емкости 1 отводится через патрубок 16 в гидроциклон 15, в котором происходит отделение капель культуральной жидкости от воздуха. Очищенный воздух поступает через выходной патрубок 17 в воздушный коллектор 8 и через клапан 11 и патрубок 9 отводится в атмосферу. Капли культуральной жидкости через патрубок 18 сливаются в емкость. В это время воздух в емкости 2 накапливается, жидкость перелавливается вниз по перепускной трубе 19 в другую емкость. Таким образом объем жидкости по перепускным трубам 19 и 20 передавливается из емкости в емкость. В связи с тем, что поток жидкости из труб направляется под углом на выходящий из аэраторов 7,8 поток воздуха, происходит его диспергирование и создается турбулентное перемешивание в емкостях. Суспензия выращенных кормовых дрожжей отводится из емкостей через патрубки 6 и направляется на сгущение.

Предложенная конструкция устройства для выращивания дрожжей обеспечивает высокую производительность его и позволяет проводить процесс в автоматическом режиме.

Как видно из приведенных данных, предлагаемый способ получения белково-витаминного корма по сравнению с известным имеет более простую технологию за счет уменьшения количества стадий, минимальную продолжительность, которая равна суммарному времени прохождения обрабатываемого потока через все аппараты. При разделении стоков на твердую и жидкую фракции энергозатраты отсутствуют, так как они входят в затраты перекачивающего стоки насоса. Энергозатраты при выращивании кормовых дрожжей не менее, чем в 2 раза, ниже, чем в известном, из-за отсутствия механического перемешивания. Отсутствует энергоемкая стадия сушки кормовой смеси. Удельная часть энергозатрат в себестоимости корма, полученного по предлагаемому способу, составляет 7-15% в зависимости от вида используемых стоков. Предлагаемая технология позволяет получить корма высокого качества: содержание протеинов - не менее 50%, большее содержание аминокислот, например, весьма важных лизина фенилаланина, арганина, содержание влаги - не более 14%, отсутствие живых клеток бактериальных и дрожжевых культур.