RU2641729C1 - Method of accelerated solid-phase fermentation of wastes of vegetable raw material for feed production - Google Patents

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: method of accelerated solid-phase fermentation of wastes of vegetable raw material for feed production consists of the following operations: a) preliminary steaming (pasteurization) of the chopped waste of vegetable raw material at a temperature of 80°C to 150°C and at an excessive pressure up to 10 bar; b) pasteurized biomass cooling by adding cold water or natural cooling; c) solid-phase fermentation of the resulted biomass by a mixture of microorganisms based on mycelium of cellulolytic, pectolytic and amylolytic microfungi at a temperature of 50-55°C, humidity of 45-65% of raw materials, holding time from 3 up to 6 h when simulating a gaseous medium in a sealed altitude test chamber by supplying a mixture of oxygen and nitrogen at intervals not less than every hour to obtain a wet feed concentrate; d) homogeneous mixing of wet feed concentrate with the chopped grain crops at the ratio from 1:1 to 1:4 until the moisture content of the mixture is 20-25%, optimal for the subsequent process of the feed pelletizing. The operation of steaming (pasteurization) is carried out by means of periodic steam supply and adjusting of heating elements of the TEH type.

EFFECT: implementation of the invention provides energy-efficient processing of wastes of the vegetable raw material in dry feed concentrate with increased nutritional value for efficient farm livestock.

3 cl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Способ ускоренного твердофазного ферментирования растительного сырья (далее - СОР, например фуражное зерно любого качества, отруби, солома, полова, зерновая барда и дробина, свекловичный жом, лузга подсолнечника, отходы крупяных производств, корнеплоды, стержни кукурузных початков и пр.) предназначен для использования в сельском хозяйстве, в частности в комбикормовой промышленности. Способ позволяет осуществить энергоэффективную переработку СОР в сухой кормовой концентрат с повышенной питательной ценностью для продуктивных сельскохозяйственных животных.The method of accelerated solid-phase fermentation of plant materials (hereinafter referred to as SOR, for example feed grain of any quality, bran, straw, floor, grain bard and pellet, beet pulp, sunflower husk, cereal waste, root crops, corncobs, etc.) is intended for use in agriculture, in particular in the feed industry. The method allows for the energy-efficient processing of COP in dry feed concentrate with high nutritional value for productive farm animals.

Описание уровня техникиDescription of the prior art

Известен способ переработки послеспиртовой барды в кормопродукт [1], который состоит из следующих технологических операций: подача горячей барды из бардоприемника, ее охлаждение, получение питательной среды, ассимиляцию растворенных компонентов барды путем аэробного культивирования микроорганизмов и последующее обезвоживание полученного кормопродукта в сушилке. В качестве питательной среды используют нативную барду. Используемые в способе микроорганизмы бактерии Cellulomonas effusa одновременно с ассимиляцией растворенных компонентов барды обладают способностью к деструкции целлюлозосодержащих компонентов барды. Отбор кормопродукта для последующего обезвоживания начинают при достижении концентрации клеток бактерий Cellulomonas effusa в культуральной жидкости значений КОЕ в 1 мл от 2×10¹⁰ до 2×10¹¹.There is a method of processing post-alcohol stillage vinasse into feed product [1], which consists of the following technological operations: feeding hot vinasse vinasse from the vandalism receiver, cooling it, obtaining a nutrient medium, assimilation of dissolved vinasse components by aerobic cultivation of microorganisms, and subsequent dewatering of the obtained fodder product in the dryer. As a culture medium using native barda. The microorganisms used in the method, the bacteria Cellulomonas effusa, simultaneously with the assimilation of the dissolved components of the stillage, have the ability to degrade cellulose-containing components of the stillage. The selection of the feed product for subsequent dehydration begins when the concentration of bacterial cells of Cellulomonas effusa in the culture fluid reaches 1 CFU in 2 ml from 2 × 10 ¹⁰ to 2 × 10 ¹¹ .

К главным недостаткам этого способа относятся:The main disadvantages of this method include:

- высокие энергозатраты способа переработки, за счет применения технологических приемов сгущения на сепараторе или вакуум-выпарной установке и обезвоживания в сушилке;- high energy consumption of the processing method, through the application of technological methods of thickening on a separator or vacuum-evaporation plant and dehydration in the dryer;

- сложность осуществления непрерывного производственного контроля концентрации клеток бактерий Cellulomonas effusa, устанавливающих равновесие между ассимиляцией растворенных компонентов барды и деструкцией целлюлозосодержащих компонентов барды, при отклонении концентрации клеток бактерий от заданного диапазона происходит нарушение стабильности процесса и вымывание культуры;- the complexity of the continuous production control of the concentration of bacterial cells Cellulomonas effusa, establishing a balance between the assimilation of dissolved components of the stillage and the destruction of cellulose-containing components of the stillage, when the concentration of bacterial cells from the specified range deviates from the stability of the process and leaching of the culture;

- продолжительное протекание процесса осуществления культивирования барды в ферментере в течение 10 часов до достижения заданной концентрации клеток бактерий значений КОЕ в 1 мл от 2×10¹⁰ до 2×10¹¹.- the continuous process of cultivating the stillage in the fermenter for 10 hours until the desired concentration of bacterial cells reaches a CFU value of 1 ml from 2 × 10 ¹⁰ to 2 × 10 ¹¹ .

Известен способ производства активированных кормов [2], который заключается в том, что пшеничные отруби подвергают ультратонкому измельчению с размером частиц 50-200 мкм, после чего проводят гранулирование с использованием холодной воды.A known method for the production of activated feed [2], which consists in the fact that wheat bran is subjected to ultrafine grinding with a particle size of 50-200 microns, after which granulation is carried out using cold water.

К главным недостаткам этого способа относятся:The main disadvantages of this method include:

- незначительное улучшение значений основных показателей измельченных до 200 мкм активированных пшеничных отрубей до и после измельчения (до/после измельчения: сырой протеин - 13,8±0,58%/16,9±0,74%, сырая клетчатка - 8,9±0,25%/6,7±0,18%);- a slight improvement in the values of the main indicators of activated wheat bran chopped to 200 μm before and after grinding (before / after grinding: crude protein - 13.8 ± 0.58% / 16.9 ± 0.74%, crude fiber - 8.9 ± 0.25% / 6.7 ± 0.18%);

- перераспределение основных элементов питания пшеничных отрубей по фракциям разной дисперсности, в результате только лишь механического разрушения клетчатки алейронового слоя, в результате фракция свыше 200 мкм обладает показателями значительно хуже по питательности (до/после измельчения: сырой протеин - 13,8±0,58%/6,1±0,54%, сырая клетчатка - 8,9±0,25%/10,9±0,31%).- redistribution of the main nutrients of wheat bran by fractions of different dispersion, as a result of only mechanical destruction of the fiber of the aleuron layer, as a result, a fraction of more than 200 μm has significantly worse nutritional values (before / after grinding: crude protein - 13.8 ± 0.58 % / 6.1 ± 0.54%, crude fiber - 8.9 ± 0.25% / 10.9 ± 0.31%).

- высокие энергозатраты (согласно [3] - от 134 до 200 кВтч) технологической линии на получение 1 тонны активированных гранул, при низкой производительности процесса гранулирования от 95 до 150 кг/ч.- high energy costs (according to [3] - from 134 to 200 kWh) of the production line for obtaining 1 ton of activated granules, with a low productivity of the granulation process from 95 to 150 kg / h.

Известен способ переработки грубого растительного сырья на корм [4], сущность которого заключается в том, что измельченное до размера частиц 1-17 мм исходное сырье смешивают с 0,3-0,4% водным раствором соляной кислоты при температуре 60-80°C и массовом соотношении растительное сырье : жидкость (1-1,5):(10-15). Эту густую водно-кислотную суспензию подают в устройство для переработки, где сырье подвергают гидролизу острым паром при температуре 120-150°C и рабочем давлении 0,2-0,5 МПа. Для интенсификации процесса переработки сырье подвергают дополнительному импульсному воздействию острого пара с частотой 1-6 импульсов в минуту, что вызывает кратковременное превышение давления над рабочим на 0,03-0,05 МПа. Процесс переработки сырья проводят в течение 1-3 часов, затем разделяют на жидкую и твердую фазы. Жидкая фаза содержит до 45% сахаров в пересчете на сухое вещество. Твердая фаза с содержанием сахаров 3-4% от сухого остатка отправляется на корм крупного рогатого скота либо высушивается для последующего скармливания, твердую фазу можно также силосовать. Способ обеспечивает глубокую переработку сырья с высоким содержанием легкоусвояемых компонентов, например сахаров.There is a method of processing coarse plant materials into feed [4], the essence of which is that the raw materials crushed to a particle size of 1-17 mm are mixed with 0.3-0.4% aqueous hydrochloric acid at a temperature of 60-80 ° C and the mass ratio of plant materials: liquid (1-1.5) :( 10-15). This thick aqueous acid suspension is fed to a processing device, where the feedstock is hydrolyzed with hot steam at a temperature of 120-150 ° C and a working pressure of 0.2-0.5 MPa. To intensify the processing process, the raw materials are subjected to additional pulsed exposure to sharp steam with a frequency of 1-6 pulses per minute, which causes a short-term excess of pressure over the worker by 0.03-0.05 MPa. The processing of raw materials is carried out for 1-3 hours, then divided into liquid and solid phases. The liquid phase contains up to 45% sugar in terms of dry matter. The solid phase with a sugar content of 3-4% of the dry residue is sent to cattle feed or dried for subsequent feeding, the solid phase can also be silo. The method provides deep processing of raw materials with a high content of easily digestible components, such as sugars.

К главным недостаткам этого способа относятся:The main disadvantages of this method include:

- процесс переработки сырья приводит к разделению на жидкую и твердую фазы, что требует быстрого скармливания, т.к. срок использования влажных компонентов значительно ограничен из-за размножения плесневых грибов и анаэробных бактерии в биомассе;- the process of processing raw materials leads to separation into liquid and solid phases, which requires rapid feeding, because the period of use of wet components is significantly limited due to the growth of molds and anaerobic bacteria in biomass;

- происходит перераспределение основных показателей элементов питания пшеничной соломы по разделяемым жидкой и твердой фазам, поэтому твердая фаза обладает показателями значительно хуже, чем до обработки (до/после обработки: сырой протеин - 5,15%/3,42%, сырая клетчатка - 37,39%/46,85%, сырой жир - 1,09%/0,6%).- there is a redistribution of the main indicators of wheat straw nutrition elements according to the separated liquid and solid phases, therefore, the solid phase has indicators much worse than before processing (before / after processing: crude protein - 5.15% / 3.42%, crude fiber - 37 , 39% / 46.85%, crude fat - 1.09% / 0.6%).

- отсутствие микробного белка в получаемых фазах по причине денатурации белков при длительном воздействии высокой температуры;- the absence of microbial protein in the resulting phases due to protein denaturation during prolonged exposure to high temperature;

- сложный и энергозатратный процесс управления острым паром с помощью блока управления и датчиков.- A complex and energy-intensive process for controlling hot steam using a control unit and sensors.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ использования закваски в кормосмеси для приготовления кормов [5], включающий в себя биологически активные вещества, мицелии микроскопических грибов, макро- и микроэлементы, которые вносятся в растительное сырье влажностью 45-75%, выдерживаются в кормосмеси от 6 до 12 ч при температуре 40-80°C. Закваска повышает питательность грубых кормов на 80-100%, крахмалистых и сахаристых - на 15-20%, обогащает корма витаминами группы В, D, РР, К, Е, Н, а также ароматическими веществами.The closest analogue, selected as a prototype, is a method of using starter in feed mixtures for the preparation of feeds [5], which includes biologically active substances, microscopic fungus mycelia, macro- and microelements that are introduced into plant materials with a humidity of 45-75%, are aged in the feed mixture from 6 to 12 hours at a temperature of 40-80 ° C. Sourdough increases the nutritional value of roughage by 80-100%, starchy and sugary - by 15-20%, enriches the feed with vitamins of groups B, D, PP, K, E, H, as well as aromatic substances.

Главными недостатками способа являются:The main disadvantages of the method are:

- продолжительное протекание процесса выдерживания биологически активной закваски в кормосмеси в течение 12 часов до достижения требуемых показателей элементов питания корма;- the long course of the aging process of biologically active starter culture in the feed mixture for 12 hours until the required performance of feed elements of the feed is achieved;

- отсутствие прописанных технологических операций процесса биоферментации и энергозатрат определяющих коммерческую применимость способа для производства кормов;- the lack of prescribed technological operations of the biofermentation process and energy consumption determining the commercial applicability of the method for the production of feed;

- отсутствие операций интенсификации протекающих процессов твердофазной биоферментации в барокамере, не позволяющих повысить производительность и снизить энергозатраты за счет рационального симбиоза биотехнологических и механических воздействий.- the lack of operations to intensify the ongoing processes of solid-phase biofermentation in the pressure chamber, not allowing to increase productivity and reduce energy consumption due to the rational symbiosis of biotechnological and mechanical influences.

Таким образом, эффективность процесса производства кормов на основе СОР зависит от синергии технологических операций, приводящих к интенсивной деструкции природных полимеров сырья (клетчатки и безазотистых экстрактивных веществ), соединенных в прочный лигнин-целлюлозный комплекс, что повышает энергетическую ценность (питательность) готового корма.Thus, the efficiency of the feed production process based on COP depends on the synergy of technological operations leading to the intensive destruction of natural polymers of raw materials (fiber and nitrogen-free extractives), combined into a strong lignin-cellulose complex, which increases the energy value (nutritional value) of the finished feed.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей заявляемого изобретения является разработать способ ускоренной твердофазного биоферментирования на основе использования биотехнологических и механических воздействий, которые позволят увеличить энергетическую ценность (питательность) готового корма и снизить энергозатраты для достижения экономической эффективности (коммерциализации) способа.The objective of the invention is to develop a method of accelerated solid-phase biofermentation based on the use of biotechnological and mechanical effects that will increase the energy value (nutritional value) of the finished feed and reduce energy consumption to achieve economic efficiency (commercialization) of the method.

Техническими результатами изобретения являются:The technical results of the invention are:

- увеличение питательности готового корма до 0,8-1 энергетических кормовых единиц (ЭКЕ) за счет разработанной синергии биотехнологических и механических воздействий;- increase the nutritional value of the finished feed up to 0.8-1 energy feed units (ECE) due to the developed synergy of biotechnological and mechanical effects;

- снижение энергозатрат способа твердофазного биоферментирования до 33 кВт⋅ч при максимальной нагрузки на сеть, 17 кВт⋅ч при расчете среднего потребления;- reduction of energy consumption of the method of solid-phase biofermentation up to 33 kWh with a maximum load on the network, 17 kWh when calculating the average consumption;

- повышение производительности процесса получения кормов до 400 кг/ч за счет уменьшения времени выдерживания биологически активной закваски в кормосмеси до 3-6 часов при достижении питательности кормового концентрата не менее 0,8-1 ЭКЕ.- increasing the productivity of the process of obtaining feed to 400 kg / h by reducing the aging time of biologically active starter culture in feed mixtures up to 3-6 hours when the nutritional value of the feed concentrate is not less than 0.8-1 ECE.

Сущность изобретения заключается в том, что предварительно измельченное СОР до размеров 0,5-1,0 мм подвергают пропариванию (пастеризации) при температуре от 80°C до 150°C и избыточном давлении до 10 бар, затем в барокамеру добавляется предварительно заготовленный разовый посевной комплекс микроорганизмов на основе мицелий целлюлозолитических, пектолитических и амилолитических микрогрибов. Ускоренное твердофазное ферментирование СОР осуществляют от 3 до 6 ч, при температуре 50-55°C и влажности сырья 45-65%, в моделируемой газовой среде герметичной барокамеры объемом от 0,1 до 5 куб.м, за счет подачи смеси кислорода и азота под давлением до 10 бар и температуре смеси не ниже 40°C с периодичностью не реже, чем через каждый час. По завершении процесса твердофазного ферментирования в моделируемой газовой среде проводят разгерметизацию барокамеры и выгрузку влажной биомассы, состоящей из моносахаров, микробного белка и легкоусваиваемых углеводов. Осуществляют механическое однородное смешивание кормового концентрата влажностью 45-55% с измельченными зерновыми культурами влажностью не выше 14% в соотношении от 1:1 до 1:4. Добиваются влажности смеси 20-25%, которая оптимальна для образования гранул в процессе гранулирования.The essence of the invention lies in the fact that pre-crushed COP up to sizes 0.5-1.0 mm is subjected to steaming (pasteurization) at a temperature of 80 ° C to 150 ° C and an overpressure of up to 10 bar, then a pre-harvested single-seeded seed is added to the pressure chamber complex of microorganisms based on mycelium cellulolytic, pectolytic and amylolytic micro fungi. Accelerated solid-phase fermentation of COP is carried out from 3 to 6 hours, at a temperature of 50-55 ° C and a raw material humidity of 45-65%, in a simulated gas medium of a sealed pressure chamber with a volume of 0.1 to 5 cubic meters, by supplying a mixture of oxygen and nitrogen at a pressure of up to 10 bar and a temperature of the mixture not lower than 40 ° C with a frequency of at least every hour. Upon completion of the solid-phase fermentation process in a simulated gas medium, the pressure chamber is depressurized and the wet biomass, consisting of monosugars, microbial protein and easily digestible carbohydrates, is unloaded. Perform mechanical homogeneous mixing of the feed concentrate with a moisture content of 45-55% with crushed grain crops with a moisture content of not higher than 14% in a ratio of 1: 1 to 1: 4. A humidity of the mixture of 20-25% is achieved, which is optimal for the formation of granules in the granulation process.

Отличительными признаками являются:Distinctive features are:

- предварительное измельчение СОР (0,5-1,0 мм) до операции твердофазного ферментирования, что приводит к ускоренной деструкции природных полимеров (клетчатки и безазотистых экстрактивных веществ), соединенных в прочный лигнин-целлюлозный комплекс;- preliminary grinding of COP (0.5-1.0 mm) before the solid-phase fermentation operation, which leads to accelerated destruction of natural polymers (fiber and nitrogen-free extractive substances), combined into a strong lignin-cellulose complex;

- предварительное пропаривание (обеззараживание) СОР в барокамере при давлении до 10 бар и температуре до 150°C, что приводит к снижению концентрации плесневых грибов и анаэробных бактерий в биомассе;- preliminary steaming (disinfection) of the COP in a pressure chamber at a pressure of up to 10 bar and a temperature of up to 150 ° C, which leads to a decrease in the concentration of molds and anaerobic bacteria in the biomass;

- моделирование газовой среды за счет регулярной продувки подогретой до 40°C смесью кислорода и азота с периодичностью каждый час барокамеры содержащей биомассу и комплекс микроорганизмов, что приводит к образованию микробного белка;- modeling of the gaseous medium due to regular purging with a mixture of oxygen and nitrogen heated to 40 ° C with a frequency of every hour of the pressure chamber containing biomass and a complex of microorganisms, which leads to the formation of a microbial protein;

- механическое однородное смешивание ферментированного сырья с измельченной основой (зерновые культуры влажностью не выше 14%) в соотношении от 1:1 до 1:4 (из расчета суточной нормы скармливания продуктивным животным разного возраста) для улучшения связующих свойств компонентов (общая влажность смеси - 20-25%) при последующем гранулировании корма.- mechanical homogeneous mixing of the fermented raw materials with the crushed base (grain crops with a moisture content not exceeding 14%) in a ratio of 1: 1 to 1: 4 (based on the daily feeding rate for productive animals of different ages) to improve the binding properties of the components (total humidity of the mixture - 20 -25%) during subsequent granulation of the feed.

Краткое описание операцийBrief Description of Operations

Особенности способа будут дополнительно понятны из нижеследующего описания ускоренного твердофазного ферментирования отходного растительного сырья для производства кормов.The features of the method will be further understood from the following description of the accelerated solid-phase fermentation of waste plant materials for feed production.

Для осуществления настоящего способа деструкции многофазных растительных сред предлагается использовать барокамеру, выполненную из нержавеющей листовой стали, объемом от 0,1 до 5 куб. м, способную выдерживать избыточное давление до 10 бар и температуру до 150°C. Барокамера должна быть оснащена люком с крышкой для легкой загрузки и выгрузки СОР, трубопроводом подачи и отведения пара и продувочной смеси газов (кислород и азот), нагревательными элементами для регулирования температуры биомассы, КИП давления, температуры, влажности.To implement the present method of destruction of multiphase plant media, it is proposed to use a pressure chamber made of stainless sheet steel with a volume of 0.1 to 5 cubic meters. m capable of withstanding overpressure up to 10 bar and temperature up to 150 ° C. The pressure chamber should be equipped with a manhole with a lid for easy loading and unloading of COP, a pipe for supplying and discharging steam and a purge mixture of gases (oxygen and nitrogen), heating elements for regulating biomass temperature, instrumentation for pressure, temperature, humidity.

Рабочая «барокамера» получила свое название по причине того, что определяющее воздействие на процесс деструкции природных полимеров СОР оказывают давление и температура, которые нужно поддерживать в строго заданных диапазонах значений. Загрузку и выгрузку СОР осуществляют через люк с шарнирно установленной крышкой, обеспечивающей герметизацию рабочей барокамеры от атмосферы.The working “pressure chamber” got its name due to the fact that pressure and temperature have a decisive effect on the degradation process of natural polymers COP, which must be maintained in strictly specified ranges of values. The loading and unloading of the COP is carried out through a hatch with a pivotally mounted lid, which provides sealing of the working pressure chamber from the atmosphere.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Процесс ускоренного твердофазного ферментирования СОР состоит из семи последовательных технологических операций, на каждой из которых осуществляется деструкция природных полимеров и положительное изменение показателей элементов питания корма.The process of accelerated solid-state fermentation of SOP consists of seven sequential technological operations, each of which is the destruction of natural polymers and a positive change in the performance of feed elements.

1) Предварительное измельчение СОР1) Pre-grinding of COP

Низкая питательность СОР (не более 0,5 ЭКЕ) объясняется низкой перевариваемостью продуктивными животными лигнино-целлюлозного комплекса (высокие значения клетчатки и безазотистых экстрактивных веществ). Частичное разрушение клетчатки возможно механическим измельчением СОР до размеров 0,5-1,0 мм. Кроме того, механическое измельчение способствует ускорению ферментной деструкции клетчатки при операции твердофазного ферментирования микрогрибами, тем самым сокращая время операции и повышая производительность процесса.The low nutritional value of COP (no more than 0.5 ECU) is explained by the low digestibility of the ligno-cellulose complex by productive animals (high fiber and nitrogen-free extractive substances). Partial destruction of fiber is possible by mechanical grinding of COP to sizes of 0.5-1.0 mm. In addition, mechanical grinding helps to accelerate the enzymatic destruction of fiber during the operation of solid-phase fermentation with micro fungi, thereby reducing the time of the operation and increasing the productivity of the process.

Энергозатраты на измельчение 1 кг СОР не превышают 0,01 кВт.The energy consumption for grinding 1 kg of COP does not exceed 0.01 kW.

2) Загрузка измельченного СОР в барокамеру2) Loading the crushed COP in a pressure chamber

Открывают люк с шарнирно установленной крышкой, ручным или механическим способом загружают измельченное СОР в барокамеру, возможно добавление прочего измельченного органического или растительного сырья (например, отходы мукомольных производств или зерно различного качества). По завершении загрузки герметично закрывают люк рабочей барокамеры.Open the hatch with a hinged lid, manually or mechanically load the crushed COP in a pressure chamber, it is possible to add other crushed organic or vegetable raw materials (for example, waste from flour mills or grain of various quality). Upon completion of the load, the hatch of the working pressure chamber is hermetically closed.

3) Пропаривание (пастеризация) СОР3) Steaming (pasteurization) COP

Операция запаривания (при температуре до 80°C и нормальном, атмосферном давлении), а также заваривания при температуре до 150°C и избыточном давлении до 10 бар имеет положительные эффекты при подготовке корма для продуктивных животных:The operation of steaming (at temperatures up to 80 ° C and normal atmospheric pressure), as well as brewing at temperatures up to 150 ° C and overpressure up to 10 bar, has positive effects when preparing feed for productive animals:

- размягчение соломенной резки и повышение вкусовых качеств СОР способствует увеличению поедаемости;- softening of straw cutting and improving the taste of COP contributes to an increase in palatability;

- обеззараживание СОР от плесневых грибов и анаэробных бактерий способствует улучшению обменных процессов в организме продуктивных животных, повышению здоровья и продуктивности.- disinfection of COP from molds and anaerobic bacteria helps to improve metabolic processes in the body of productive animals, increase health and productivity.

Операцию пропаривания СОР проводим не более 40 мин, объем расходуемого пара на 100 кг биомассы составляет 30-40 кг.We carry out the COP steaming operation for no more than 40 minutes, the volume of consumed steam per 100 kg of biomass is 30-40 kg.

Энергозатраты на пропаривание 1 кг СОР не превышают 0,16 кВт.The energy consumption for steaming 1 kg of COP does not exceed 0.16 kW.

4) Охлаждение пастеризованной биомассы4) Cooling pasteurized biomass

Нагретую до температуры 100-150°C биомассу необходимо охладить до 55°C при помощи добавления холодной воды в барокамеру или естественного остывания в течение 40-60 мин. Необходимо охладить биомассу до требуемого диапазона температур 40-80°C, при котором происходит активное размножение мицелий целлюлозолитических, пектолитических и амилолитических микрогрибов. При этом оптимальным режимом ферментирования является температура 50-55°C [6], в результате чего наблюдаются следующие изменения: достоверно уменьшается количество нерастворимой фракции белка в 1,2 раза, сырой клетчатки в 1,7 и крахмала в 1,8 раза, увеличивается сахар в 2,7 раза.Biomass heated to a temperature of 100-150 ° C must be cooled to 55 ° C by adding cold water to the pressure chamber or naturally cooling for 40-60 minutes. It is necessary to cool the biomass to the required temperature range of 40-80 ° C, at which the active reproduction of mycelium of cellulolytic, pectolytic and amylolytic micro fungi occurs. In this case, the optimal fermentation mode is a temperature of 50-55 ° C [6], as a result of which the following changes are observed: the amount of insoluble protein fraction is significantly reduced by 1.2 times, crude fiber by 1.7 and starch by 1.8 times, increased sugar 2.7 times.

Энергозатраты на охлаждение 1 кг СОР отсутствуют либо не превышают 0,01 кВт.Energy costs for cooling 1 kg of COP are absent or do not exceed 0.01 kW.

5) Твердофазное ферментирование СОР в моделируемой газовой среде5) Solid-phase fermentation of COP in a simulated gas medium

В охлажденную пастеризованную биомассу вносят предварительно заготовленный разовый посевной комплекс микроорганизмов. Полученную кормовую смесь перемешивают в течение 5-10 мин в аэробных атмосферных условиях. Барокамеру с кормовой смесью герметизируют от атмосферного воздуха и поддерживают требуемые эксплуатационные параметры процесса ферментирования: температура - 50-55°C и влажность сырья 45-65%. В таких условиях процесс ферментирования может длиться от 12 часов до 6 суток. Интенсивность прироста массы ферментных микроорганизмов зависит от наличия простых сахаров (глюкоза и фруктоза) и полисахаридов (крахмал, клетчатка, слизи и гемицеллюлозы), минеральных добавок и концентрации активного азота. С целью активного нарастания массы ферментных микроорганизмов осуществляется моделирование газовой среды в барокамере за счет регулярной подачи подогретой до 40°C смеси кислорода и азота с периодичностью не реже, чем через каждый час. Снижение концентрации сахаров, потребляемых микроорганизмами в биомассе, ускоряет ферментационные процессы, что приводит к дальнейшему разрушению сложных полисахаридов, в основном клетчатки. Кроме того, наличие азота приводит к дополнительному нарастанию микробного белка. В зависимости от типа СОР и содержания уровня клетчатки процесс ферментирования сокращается до 3-6 ч.A pre-prepared single-seeded complex of microorganisms is introduced into the cooled pasteurized biomass. The resulting feed mixture is stirred for 5-10 minutes under aerobic atmospheric conditions. The pressure chamber with the feed mixture is sealed against atmospheric air and the required operational parameters of the fermentation process are maintained: temperature - 50-55 ° C and humidity of the raw material 45-65%. In such conditions, the fermentation process can last from 12 hours to 6 days. The intensity of the increase in the mass of enzyme microorganisms depends on the presence of simple sugars (glucose and fructose) and polysaccharides (starch, fiber, mucus and hemicellulose), mineral additives and the concentration of active nitrogen. In order to actively increase the mass of enzyme microorganisms, a gas medium is simulated in a pressure chamber by regularly supplying a mixture of oxygen and nitrogen heated to 40 ° C with a frequency of at least every hour. A decrease in the concentration of sugars consumed by microorganisms in biomass accelerates fermentation processes, which leads to further destruction of complex polysaccharides, mainly fiber. In addition, the presence of nitrogen leads to an additional increase in microbial protein. Depending on the type of COP and the content of the fiber level, the fermentation process is reduced to 3-6 hours.

Энергозатраты на ферментирование 1 кг СОР и моделирование газовой среды в барокамере в течение 6 ч не превышают 0,49 кВт.The energy consumption for the fermentation of 1 kg of COP and modeling of the gas medium in the pressure chamber for 6 hours does not exceed 0.49 kW.

6) Разгерметизация барокамеры и выгрузка влажного кормового концентрата6) Depressurization of the pressure chamber and unloading of wet feed concentrate

По завершении процесса твердофазного ферментирования открывают крышку люка и выгружают полученную биомассу - жидкий кормовой концентрат влажностью 45-55%, содержащий моносахара, микробный белок и легкоусваиваемые углеводы.Upon completion of the solid-phase fermentation process, the hatch is opened and the resulting biomass is unloaded - liquid feed concentrate with a moisture content of 45-55%, containing monosugar, microbial protein and easily digestible carbohydrates.

7) Однородное смешивание влажного кормового концентрата и зерновой основы.7) Uniform mixing of wet feed concentrate and grain base.

Известно, что операция сушки влажного ферментированного концентрата при помощи оборудования конвейерного типа [7] составляет до 30-35% себестоимости производства комбикормов. С целью снижения энергозатрат и исключения потерь ценных элементов питания, содержащихся в жидкой фазе концентрата при выпаривании, осуществляют механическое однородное смешивание влажного кормового концентрата с измельченными зерновыми культурами (влажностью не выше 14%) в соотношении от 1:1 до 1:4. Суточная норма скармливания влажного кормового концентрата продуктивным животным разного возраста составляет не более 50%. Перемешивание компонентов осуществляют с помощью смесителей-дозаторов. Исходя из выбранного соотношения добиваются влажности смеси 20-25%, которая является оптимальной для достижения связывающих свойств гранул в процессе гранулирования корма.It is known that the operation of drying wet fermented concentrate using conveyor-type equipment [7] amounts to 30-35% of the cost of production of animal feed. In order to reduce energy consumption and eliminate losses of valuable nutrients contained in the liquid phase of the concentrate during evaporation, a mechanical homogeneous mixing of wet feed concentrate with crushed grain crops (humidity not higher than 14%) is carried out in a ratio of 1: 1 to 1: 4. The daily rate of feeding wet feed concentrate to productive animals of different ages is not more than 50%. Mixing of the components is carried out using metering mixers. Based on the selected ratio, a moisture content of 20-25% is achieved, which is optimal for achieving the binding properties of the granules during feed granulation.

Энергозатраты на однородное смешивание 1 кг компонентов корма в смесителе-дозаторе в течение 3 мин не превышают 0,0017 кВт.The energy consumption for uniform mixing of 1 kg of feed components in a metering mixer for 3 minutes does not exceed 0.0017 kW.

Энергозатраты на дозирование и подачу 1 кг сыпучих компонентов корма в гранулятор не превышают 0,005 кВт.The energy consumption for dosing and supplying 1 kg of bulk feed components to the granulator does not exceed 0.005 kW.

Энергозатраты на гранулирование 1 кг сыпучих компонентов корма (гранулятор производительностью 300 кг/ч) не превышают 0,037 кВт.The energy consumption for granulating 1 kg of bulk feed components (granulator with a productivity of 300 kg / h) does not exceed 0.037 kW.

Общие энергозатраты на производство 1 кг сухого кормового концентрата на основе СОР и зернового сырья составляют 0,7 кВт.The total energy consumption for the production of 1 kg of dry feed concentrate based on COP and grain raw materials is 0.7 kW.

Себестоимость СОР (стат. данные [8] сбора в России соломы и сена - 96%, лузги подсолнечника - 2%, прочих - 2%) находится в диапазоне 25-40% от себестоимости зерновых культур фуражного класса. При такой себестоимости ускоренное ферментирование СОР является экономически эффективным в последовательности предлагаемого способа, состоящего из 7 технологических операций.The prime cost of LUF (stat. Data [8] of straw and hay collection in Russia - 96%, sunflower husks - 2%, others - 2%) is in the range of 25-40% of the cost of forage crops. At such a cost, accelerated fermentation of COP is cost-effective in the sequence of the proposed method, consisting of 7 technological operations.

В литературе до настоящего времени авторами не обнаружена описанная последовательность операций предлагаемого способа ускоренного твердофазного ферментирования отходного растительного сырья для производства кормов. Применение этих технологических операций позволяет снизить удельные энергозатраты процесса и повысить энергетическую ценность (питательность) готового кормового концентрата. Ускорить интенсивность протекания твердофазного ферментирования стало возможно за счет использования операций: пропаривания (пастеризации), охлаждения пастеризованной биомассы, твердофазного ферментирования в моделируемой газовой среде, однородного смешивания влажного кормового концентрата и зерновой основы для последующего гранулирования. Это позволяет сделать заключение, что заявляемое техническое решение соответствует первому условию патентоспособности изобретения - новизна.In the literature to date, the authors have not found the described sequence of operations of the proposed method of accelerated solid-phase fermentation of plant waste material for feed production. The use of these technological operations can reduce the specific energy consumption of the process and increase the energy value (nutritional value) of the finished feed concentrate. It became possible to accelerate the rate of solid-phase fermentation by using the following operations: steaming (pasteurization), cooling pasteurized biomass, solid-phase fermentation in a simulated gaseous medium, uniform mixing of wet feed concentrate and grain base for subsequent granulation. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the first condition for patentability of the invention - novelty.

В отличие от приведенных описаний изобретений (патенты РФ 2122330, 2292158, 2376864, 2384203) заявляемый способ позволяет получить готовый кормовой концентрат с ценными элементами питания при помощи твердофазного ферментирования СОР в моделируемой газовой среде. Это обеспечивает заявленный технический результат.In contrast to the above descriptions of inventions (RF patents 2122330, 2292158, 2376864, 2384203), the claimed method allows to obtain a finished feed concentrate with valuable nutrients using solid-phase fermentation of COP in a simulated gas environment. This provides the claimed technical result.

Техническое решение, достигающее этот результат, не вытекает явным образом из известного на сегодняшний день уровня техники. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствуют второму условию патентоспособности изобретения - изобретательный уровень.The technical solution achieving this result does not follow explicitly from the prior art. Therefore, the proposed solution meets the second condition for patentability of the invention is an inventive step.

Технология ускоренного твердофазного ферментирования отходного растительного сырья разработана и реализована на оборудовании ООО «Биотехника». Получены образцы гранулированного кормового концентрата и проведена оценка экономической эффективности ферментирования отходного растительного сырья. Поэтому заявленное техническое решение соответствует третьему условию патентоспособности изобретения - промышленная применимость.The technology of accelerated solid-phase fermentation of waste plant materials was developed and implemented on the equipment of Biotechnika LLC. Samples of granular feed concentrate were obtained and economic efficiency of fermentation of plant waste material was evaluated. Therefore, the claimed technical solution meets the third condition for patentability of the invention - industrial applicability.

Таким образом, заявленный способ позволяет эффективно осуществлять ускоренное твердофазное ферментирование отходного растительного сырья с целью увеличения энергетической ценности (питательности) готового корма и снижения энергозатрат переработки.Thus, the claimed method allows you to effectively carry out accelerated solid-phase fermentation of waste plant materials in order to increase the energy value (nutritional value) of the finished feed and reduce processing energy consumption.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ 2384203, А23К 1/06, C12N 1/20, опубл. 20.03.2010. Бюл. №8.1. RF patent 2384203, A23K 1/06, C12N 1/20, publ. 03/20/2010. Bull. No. 8.

2. Патент РФ 2376864, А23К 1/14, А23К 1/20, опубл. 27.12.2009. Бюл. №36.2. RF patent 2376864, A23K 1/14, A23K 1/20, publ. 12/27/2009. Bull. Number 36.

3. Алексеева, З.Н. АКТИВИРОВАННЫЕ КОРМА ИЗ ОТХОДОВ ЗЕРНОВОГО ПРОИЗВОДСТВА В ЖИВОТНОВОДСТВЕ: автореф. дис. … докт. с.-х. наук: 06.02.02 / Алексеева Зинаида Николаевна. - Барнаул, 2009. - 43 с.3. Alekseeva, Z.N. ACTIVATED FODDER FROM WASTE OF GRAIN PRODUCTION IN ANIMAL BREEDING: author. dis. ... doctor. S.-kh. Sciences: 06.02.02 / Alekseeva Zinaida Nikolaevna. - Barnaul, 2009 .-- 43 p.

4. Патент РФ 2292158, А23К 1/12, опубл. 27.01.2007. Бюл. №3.4. RF patent 2292158, A23K 1/12, publ. 01/27/2007. Bull. Number 3.

5. Патент РФ 2122330, А23К 1/12, опубл. 27.11.1998.5. RF patent 2122330, A23K 1/12, publ. 11/27/1998.

6. Данилова, Н.И. ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ В ПТИЦЕВОДСТВЕ И СВИНОВОДСТВЕ: автореф. дис. … докт. биол. наук: 16.00.04 / Данилова Надежда Ивановна. - Казань: 2009. - 32 с.6. Danilova, N.I. TOXICOLOGICAL EVALUATION AND EXPERIMENTAL SUBSTANTIATION OF THE APPLICATION OF POLYNzyme DRUGS IN POULTRY AND PIG BREEDING: author. dis. ... doctor. biol. Sciences: 16.00.04 / Danilova Nadezhda Ivanovna. - Kazan: 2009 .-- 32 p.

7. http://nppekspro.com/sushilnyi-kompleks-500-kgchas7. http://nppekspro.com/sushilnyi-kompleks-500-kgchas

8. Голубев И.Г., Шванская И.А., Коноваленко Л.Ю., Лопатников М.В. Рециклинг отходов в АПК: справочник. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. - 296 с.8. Golubev I.G., Shvanskaya I.A., Konovalenko L.Yu., Lopatnikov M.V. Waste recycling in the agricultural sector: a guide. - M .: FSINI "Rosinformagroteh", 2011. - 296 p.

Claims (7)

1. Способ ускоренного твердофазного ферментирования отходного растительного сырья для производства кормов, включающий операции загрузки в барокамеру предварительно измельченного отходного растительного сырья, внесения заготовленного разового посевного комплекса микроорганизмов, отличающийся тем, что состоит из следующих операций:1. The method of accelerated solid-phase fermentation of plant waste material for feed production, including the operation of loading into the pressure chamber of pre-ground plant waste material, making a prepared single sowing complex of microorganisms, characterized in that it consists of the following operations: a) предварительное пропаривание (пастеризация) измельченных до размеров 0,5-1,0 мм отходов из растительного сырья при температуре от 80°С до 150°С и избыточном давлении до 10 бар;a) pre-steaming (pasteurization) of waste from plant materials ground to sizes 0.5-1.0 mm at temperatures from 80 ° C to 150 ° C and overpressure up to 10 bar; b) охлаждение пастеризованной биомассы до 55°С при помощи добавления холодной воды или естественного остывания в течение 40-60 мин;b) cooling the pasteurized biomass to 55 ° C by adding cold water or cooling naturally for 40-60 minutes; c) твердофазное ферментирование полученной биомассы комплексом микроорганизмов на основе мицелия целлюлозолитических, пектолитических и амилолитических микрогрибов при температуре 50-55°С, влажности сырья 45-65%, времени выдержки от 3 до 6 ч при моделировании газовой среды в герметичной барокамере, за счет подачи смеси кислорода и азота с периодичностью не реже чем через каждый час с получением влажного кормового концентрата;c) solid-phase fermentation of the obtained biomass with a complex of microorganisms based on mycelium of cellulolytic, pectolytic and amylolytic micro fungi at a temperature of 50-55 ° C, humidity of raw materials 45-65%, holding time from 3 to 6 hours when simulating a gaseous medium in a sealed pressure chamber, by feeding mixtures of oxygen and nitrogen with a frequency of at least every hour to obtain a wet feed concentrate; d) однородное смешивание влажного кормового концентрата с измельченными зерновыми культурами в соотношении от 1:1 до 1:4 до получения влажности смеси 20-25%, оптимальной для последующего процесса гранулирования корма.d) uniformly mixing the wet feed concentrate with the crushed grain crops in a ratio of 1: 1 to 1: 4 until a mixture moisture content of 20-25% is obtained that is optimal for the subsequent feed granulation process. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что операция пропаривания (пастеризации) осуществляется в герметичной барокамере объемом от 0,1 до 5 куб.м при помощи периодической подачи пара и регулировки нагрева элементов типа ТЭН.2. The method according to p. 1, characterized in that the operation of steaming (pasteurization) is carried out in a sealed pressure chamber with a volume of from 0.1 to 5 cubic meters by means of a periodic supply of steam and adjusting the heating of elements of the type TEN. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подача в барокамеру смеси кислорода и азота осуществляется под давлением до 10 бар и температуре смеси не ниже 40°С.3. The method according to p. 1, characterized in that the supply to the pressure chamber of a mixture of oxygen and nitrogen is carried out at a pressure of up to 10 bar and a temperature of the mixture not lower than 40 ° C.