Use of distillery bards as raw materials to produce high-protein feed products

Full Text

Проблема утилизации послеспиртовой барды в наши дни стоит очень остро, так как спирт используется во многих сферах нашей жизнедеятельности. Например, в медицине и пищевой промышленности. Производство спирта, несомненно, должно расширяться, ведь спирт - это не только химическое соединение, но и основа для получения высокооктанового бензина (при помощи низкотемпературного крекинга), то есть биотоплива. Значит, потребности в спирте будут возрастать. При получении 1 литра спирта получают 10 литров барды, которую недопустимо выливать в окружающую среду. Себестоимость получения спирта низкая, а для того чтобы перерабатывать отходы, понадобятся большие материальные затраты, в связи с этим нужно получать из барды «дорогой» продукт (высококачественный). Сушить барду экономически невыгодно, так как приходится удалять 95% влаги, что влечет за собой большие затраты на переработку и, соответственно, увеличивает себестоимость спирта. Получаемый в результате кормовой препарат содержит 30-35% белка, стоимость такого кормового продукта не превышает 12-15 тыс. рублей за тонну и не оправдывает затрат на сушку барды. Решению проблемы переработки барды с получением высокобелковых кормовых препаратов посвящена данная работа. Первым этапом предлагаемой технологии переработки барды является разделение послеспиртовой барды на фракции: жидкую; биомассу спиртовых дрожжей; дробину (остатки зерна, содержащие целлюлозу и гемицеллюлозу, т.е. клетчатку). Жидкую фракцию предполагается упаривать и выращивать на ней кормовые дрожжи рода Pichia, способные утилизировать глицерин (так как жидкая фракция содержит в основном глицерин). В процессе культивирования получают биомассу дрожжей с содержанием белка не менее 60%. Биомассу спиртовых дрожжей можно использовать непосредственно в качестве кормового белка, т.к. после разделения барды биомасса дрожжей содержит 40-45% белка. Спиртовые дрожжи также гидролизуют и используют как источник ростовых веществ при культивировании различных микроорганизмов. Основной проблемой является переработка дробины. Дробина подвергается кислотному гидролизу, так как ферментативный гидролиз плохо проходит из-за высокого содержания в ней целлюлозы. На кислотном гидролизате дробины можно культивировать дрожжи Phaffia rhodozyma штамм Y2228, являющиеся продуцентом астаксантина, так как эти дрожжи способны утилизировать как шестиатомные, так и пятиатомные сахара. Астаксантин является высшим каротиноидом с самой высокой антиоксидантной активностью. В организмах высших животных астаксантин выполняет регуляторные функции, повышает иммунитет, повышает выживаемость особей в условиях стресса и вредных воздействий окружающей среды. Для определения оптимальных условий проведения кислотного гидролиза и максимального выхода астаксантина был проведен эксперимент согласно многоуровневому плану латинских прямоугольников для 4 факторов на 4 уровнях. Основными варьируемыми параметрами выбраны концентрация сухих веществ (дробины), концентрация серной кислоты, температура гидролиза и время выдержки при гидролизе. Таблица 1 Планирование эксперимента для 4 факторов на 4 уровнях Таблица 2 Итоги расчётов величины эффектов аддитивно-решётчатого описания За параметр, характеризующий качество гидролиза дробины, принято соотношение полученных редуцирующих веществ (РВ) к сухим веществам (СВ), содержащимся в барде. После проведения эксперимента рассчитаны эффекты и по ним построены диаграммы, иллюстрирующие влияние различных параметров на выход редуцирующих веществ. В результате эксперимента определены оптимальные условия кислотного гидролиза дробины: концентрация сухой дробины – 10%, концентрация серной кислоты – 6%, температура гидролиза – 114ºС, температура выдержки – 1,5 часа. Затем при выбранных оптимальных параметрах проведен кислотный гидролиз дробины. Таблица 3 Планирование эксперимента для 4 факторов на 4 уровнях. В оптимальных условиях, определенных в предыдущем опыте, приготовили 2 л гидролизата дробины, отфильтровали негидролизованную дробину, упарили в 10 раз для получения большей концентрации сахаров. После этого использовали упаренный гидролизат для культивирования дрожжей рода Phaffia Rhodozyma штамм Y2228. Таблица 4 Итоги расчётов величины эффектов аддитивно-решётчатого описания (по выходу астаксантина) Согласно многоуровневому плану латинских прямоугольников для 4 факторов на 4 уровнях проведен гидролиз биомассы спиртовых дрожжей, выделенных из послеспиртовой барды. За параметры, по которым проводилась оптимизация выбраны концентрация астаксантина, полученная после культирования дрожжей Phaffia Rhodozyma штамм Y2228 на среде, содержащей полученный гидролизат спиртовой биомассы в качестве ростового фактора; потребленные сахара (ΔРВ). В экспериментальные среды все гидролизаты спиртовой биомассы внесены в питательную среду в одинаковом количестве (по 8 мл), исследованы влияние степени гидролиза спиртовой биомассы на рост культуры и выход астаксантина. Таблица 5 Итоги расчётов величины эффектов аддитивно-решётчатого описания (по ΔРВ) Экспериментальные данные показывают, что из отходов спиртовой промышленности, а именно из дробины послеспиртовой барды, можно получить высококачественный кормовой продукт – биомассу дрожжей с содержанием белка не менее 50% и содержанием астаксантина 10мг/л. Такой кормовой продукт можно использовать в сельском хозяйстве в качестве полифункциональной кормовой добавки для балансировки содержания белка в корме с/х животных, птицы и рыбы и т.д. Дополнительное внесение в комбикорма астаксантина позволит сократить количество лекарственных средств, применяемых при выращивании животных, и следовательно, улучшить качество выпускаемой продукции. Рисунок 1 – Экспериментальные данные по культивированию продуцента астаксантина на питательной среде, содержащей в качестве источника углеводов гидролизат дробины и в качестве источника ростовых веществ гидролизаты спиртовых дрожжей с разной степенью гидролиза белка

About the authors

E. V. Melnikov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI

L. S. German

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI

Z. V. Zakharov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI

M. Y. Zharko

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI

References

Supplementary files