Получение биопродуктов для сельского хозяйства и животноводства на основе отходов масложировой промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Министерство высшего и среднего специального образования республики Узбекистан

Ташкентский химико-технологический институт

Закирова Ирина

Выпускная работа

на тему: Получение Биопродуктов для сельского хозяйства и животноводства на основе отходов масложировой промышленности

Ташкент - 2010 г.



СОДЕРЖАНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ МАСЛОЖИРОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1 Формирование качества вторичных отходов масложировой промышленности в ходе переработки масличных семян

1.2 Способы обезжиривания и стабилизации качества вторичного белоксодержащего сырья

1.3 Перспективы биотехнологических методов переработки вторичного сырья масложировой промышленности

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Методика проведения исследований

3.2 Разработка технологии переработки вторичного сырья с целью его использования в растениеводстве

3.3 Отработка технологии получения биопродуктов из вторичных отходов переработки переработки хлопковых семян

3.4 Разработка нормативов использования хлопкового биопродукта в процессе предпосевной обработки семян хлопчатника

.5 Разработка методики применения хлопкового биопродукта в кормовых рационах и их предварительные испытания на методическом уровне на птицах-несушках

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Изыскание путей рационального использования и переработки вторичного сельскохозяйственного сырья является одной из важнейших задач экономической и технологической политики в агропромышленном комплексе Узбекистана. Недооценка утилизации многих крупнотоннажных отходов перерабатывающих отраслей не позволяет производить полноценные виды комбикормов и приводит к перерасходу дефицитного зерна на фоне низкого содержания главного компонента - сырого протеина. В этих условиях развитие животноводства в нашей стране представляется весьма проблематичным.

Недостаток протеина в кормах отрицательно сказывается на здоровье животных, снижает продуктивность, ухудшает воспроизводство, нарушает обмен веществ, приводит к перерасходу кормов на единицу животноводческой продукции и повышает ее себестоимость.

В последние годы важнейшее значение приобрела проблема получения белков из растительной ткани, что связано с острым дефицитом пищевых и кормовых белковых ресурсов в мире /1…3/.

Основной причиной низкой продуктивности животноводства в Узбекистане является неудовлетворительное состояние кормовой базы. Средняя кормовая единица содержит 60…65 г перевариваемого протеина вместо 95…100 г по норме. Это приводит к перерасходу кормов и снижению продуктивности животноводства.

20…25 %-ный дефицит перевариваемого протеина в рационе жвачных животных приводит к недобору животноводческой продукции в объеме 30…34 %, повышению ее себестоимости в 1,5 раза, увеличению расхода кормов на 30…40 % по сравнению с рационами, сбалансированными по протеину.

Замена 10 % зерновых концентратов зернобобовыми и другими кормами, богатыми протеином, снижает расход концентрированных кормов примерно на 30 %. В случае применения сбалансированных по перевариваемому протеину рационов можно увеличить животноводческую продукцию.

Для Республики Узбекистан крупнотоннажным источником кормового белка является хлопковый шрот, ежегодный объем производства, которого превышает 0,5 млн. т. В шроте содержится в среднем 40…44 % сырого протеина. Однако всего 45…50 % сырого протеина представляют растворимые белки, что указывает на низкое кормовое качество шрота.

Вследствие применения ранее высокотоксичных химических средств защиты хлопчатника и дефолиантов привели к ухудшению состояния почвы для возделывания этой культуры. Также следует указать на ухудшение природно-климатических условий, при которых весенний период связан с частыми дождями и отрицательно сказывается на прорастании этой культуры (гниение семян заболевание гоммозом и др.). Указанные факторы оказывают отрицательное влияние и связаны с неоднократным пересевом семян. Усложняются условия для достижения высоких урожаев хлопка-сырца. Это обосновывает актуальность изыскания экологически чистых биостимуляторов роста семян хлопчатника.

Хлопковый шрот реализуют для скармливания крупному рогатому скоту и овцам. В птицеводстве и свиноводстве ограниченное использование находит хлопковый шрот с низким содержанием свободного госсипола (не более 0,01 %).



1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ МАСЛОЖИРОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1 Формирование качества вторичных отходов масложировой промышленности в ходе переработки масличных семян

Хлопковый шрот, вырабатываемый по технологической схеме форпрессование-экстракция является крупнотоннажным белоксодержащим ингредиентом комбикормов, предназначенных для молочных коров, мясного скота и овец.

Проблематично использование хлопкового шрота в кормах для свиней, которые, как и птицы весьма чувствительны к токсическим проявлениям госсипола /6/.

Госсипол является специфическим растительным пигментом рода Gossypium. Впервые был выделен Лонгмором в 1886 г. из черного хлопкового масла, а физическая природа этого вещества была изучена Мархлевским. Исследованию физических и химических характеристик госсипола и его производных у нас в стране и за рубежом посвящены многочисленные исследования /4…19/. Физиологическое значение пигмента для растений до настоящего времени еще не выяснено. Содержание госсипола в растениях колеблется в широких пределах и зависит от генетических особенностей, климатических и почвенных условий возделывания. Наибольшее количество госсипола (25…50 % от массы железок) содержится в толще семядолей госсиполовых железок /6/.

Основными источниками получения госсипола могут служить кора корней хлопчатника, в которой содержание пигмента определялось до 3 % /7/. В меньших количествах госсипол содержится в стеблях, коробочках, листьях и шелухе хлопчатника.

Химически чистый госсипол представляет собой твердое кристаллическое вещество светло-желтого лимонного цвета с температурой плавления 180…214 °С, хорошо растворим в большинстве органических растворителей, нагретом масле, малорастворим в бензине, глицерине, практически не растворим в воде.

Госсипол - 2,2 - ди - (8-формил-1, 6, 7-триокси-5-изопропил-3-метилнафтил) - С30Н30О8, являясь полифенолом, химически активное вещество, и легко вступает в реакцию с целым рядом органических и неорганических соединений, подвергается окислению, конденсации, нитрованию /8/.

Благодаря наличию гидроксильных групп госсипол легко вступает во взаимодействие со щелочами, образуя растворимые в воде и нерастворимые в масле и органических растворителях - госсиполаты, легко удаляемые при щелочной рафинации. Пигмент легко подвергается окислению, и поэтому является активным ингибитором окислительных процессов различных органических веществ и рекомендован в качестве антиоксиданта для защиты нефтяных продуктов, резиновых изделий и пищевых продуктов /9/. Наличие карбонильных групп определяет важное свойство госсипола вступать в реакцию с анилином, антраниловой кислотой и восстанавливать фелингову жидкость /10/, что используется для количественного определения и получения госсипола.

На основе химической реакции о-аминобензойной кислоты (антраниловая кислота) с госсиполом разработан промышленный способ осаждения госсипола и его производных из форпрессовых и экстракционных масел и мисцелл.

Антранилат госсипола, полученный при обезгоссиполивании хлопкового масла, используется в промышленности в качестве антиоксиданта для некоторых марок каучука, пропитки бумажной массы с увеличенной теплостойкостью, получения чистого госсипола /9/.

Госсипол и его производные при дистилляции жирных кислот взаимодействуют между собой и ненасыщенными жирными кислотами в условиях воздействия высокой температуры, образуя госсиполовую смолу, которая используется для изготовления стержней, в производстве термостойкого и антикоррозийного лаков. Госсиполовая смола также применяется в качестве поверхностно-активных добавок, используемых с целью защиты древесины, и является основным компонентом специальных литейных крепителей /9/.

Большое значение имеет динамика превращения госсипола в процессе хранения и переработки семян экстракционным и прессовыми способами /12…14/.

При хранении семян происходит взаимодействие госсипола с белковыми веществами семян и соединениями, входящими в состав госсиполовых железок, с образованием связанного госсипола /14/.

Характер и интенсивность влаготеплового воздействия при обработке мятки оказывает существенное влияние на стабильность и свойства образующихся госсипротеидных соединений /15, 16/. Чем интенсивнее влаготепловая обработка материала и температурный режим, тем значительней накопление госсипротеидных соединений.

Процессы жарения мезги, дистилляции мисцеллы и хранение сырых масел в условиях длительного теплового воздействия обусловливают накопление госсифосфатидов, что приводит к ухудшению рафинируемости хлопковых масел и качества продуктов переработки хлопковых семян /16, 17/.

Нагревание госсипола в растворенном масле приводит к значительным структурным превращениям в его молекуле с образованием «измененных» форм, отличающихся спектральными характеристиками и составом /18/. Измененные формы госсипола существенно затрудняют щелочную рафинацию /19/.

Изучению токсических свойств и механизма токсического действия госсипола посвящено ряд работ /32…36/.

Еще в 1859 Валькер /9/ обнаружил вредное действие хлопковых семян на животных, а Визерс и Каррут установили, что токсичность хлопковых семян вызывается госсиполом. Содержание свободного госсипола в жмыхах и шроте в количестве от 0,05 до 0,2 % вызывает тяжелые отравления у животных.

Отравлению жмыхами и шротами хлопчатника, содержащими повышенное количество свободного госсипола, подвержены, по-видимому, все виды животных, особую чувствительность к ним проявляет молодняк /32/. Из взрослых животных наиболее чувствительны куры, кролики, свиньи, лошади, менее овцы и крупный рогатый скот.

Установлена корреляционная зависимость между токсичностью госсиполсодержащих кормов, хлопковых семян и содержанием в них свободного госсипола /9/.

Л. Петрушкин, И. Бражников и др. /33/ отметили резкое снижение продуктивности, повышение падежа и вынужденного забоя поголовья кур с признаками отравления при введении в комбикорма хлопчатникового шрота. Изучая действие изолированного госсипола на цыплятах, зарегистрировали уменьшение веса цыплят и смертельные случаи. Проведенными исследованиями по кормлению цыплят установлена максимально допустимая доза чистого госсипола в рационах, не превышающая 0,016…0,02 %.

В экспериментальных исследованиях /34/ было установлено, что госсипол относится к группе веществ средней токсичности, оказывает местное раздражающее действие, при внесении в коньюнктивальный мешок вызывает в глазу изменения с выраженными воспалительными явлениями. Вместе с тем, препарат относится к веществам, обладающим выраженными кумулятивными свойствами. При поступлении через желудочно-кишечный тракт у белых крыс госсипол вызывал анемию, умеренную лейкопению, усиление каталазной активности и ингибирование сульфгидрильных групп крови. В этих экспериментах были исследованы некоторые стороны механизма токсического действия госсипола. Длительное поступление госсипола в организм белых крыс вызывало изменение интенсивности окислительных процессов, которое выражалось инактивацией цитохромоксидазы, увеличением АТФ-азы и ингибированием сукцинатдегидрогеназы митохондрий. Кроме того, было установлено, что госсипол в крови связывается глобулиновыми фракциями сыворотки крови и нарушает синтез протромбина. Он нарушает и всасывание некоторых аминокислот, следовательно, извращает синтез белков. Дезинтеграционные нарушения обменных процессов на тканевом и клеточном уровнях влияют на развитие токсикодинамических проявлений интоксикации.

Фундаментальными работами Смита и Клаусона /35/ доказана возможность госсипола накапливаться в организме свиньи, небольшая концентрация свободного и связанного госсипола была обнаружена в печени. Больше всего связанного госсипола оказалось в сыворотке крови, а свободного - в желчи.

Поначалу было высказано мнение о том, что связанный госсипол не токсичен. Однако при существующей технологии извлечения хлопкового масла и получения хлопкового шрота около 50…85 % свободного госсипола, содержащегося в хлопковых семенах, связывается с углеводами и протеином шрота, превращаясь в связанный госсипол. Характерно, что одни продукты взаимодействия госсипола с белковыми веществами имеют более высокую токсичность, чем чистый госсипол, а другие - значительно меньшую. Вместе с тем, исследованиями установлено, что в организме животных определенная часть связанного госсипола (до 50 %), имеющегося в кормах, вновь превращается в свободную форму и кумулируется в печени животных.

Следовательно, даже интенсивной влаготепловой обработкой невозможно обеспечить полную инактивацию госсипола в жмыхах и шротах, так как еще в мезге выявляется значительное количество связанного госсипола в форме непрочных госсипротеидных и госсифосфатидных соединений. Поэтому применение жмыха, шрота, соапстока в рационе сельскохозяйственных животных, продукция от которых используется в питании людей, требует известных ограничений.

Смитом и Клаусоном доказана возможность снижения токсичности и кумулятивных свойств госсипола при введении в рацион откормочных животных повышенного содержания протеина, препаратов железа /35/. Опытами Дайера и др. /35/ показано, что после замены в рационе поросят 50 % хлопкового шрота, из которого почти полностью удален свободный госсипол (менее 0,03 %) соевым шротом, привес поросят повысился вдвое.

Современная наука о питании людей исходит из того, что продукты животноводства должны быть получаемы от здоровых животных с ненарушенными нормальными процессами обмена веществ.

Использование продуктов переработки хлопковых семян в рационе сельскохозяйственных животных требует известной осторожности, так как входящий в их состав госсипол и другие токсические соединения могут при некоторых условиях попадать в продукты животноводства, используемые в питании людей.

Использование госсиполсодержащих кормов, даже в малых количествах, в течение длительного времени может привести к снижению реактивности, изменению функционального состояния органов и тканей организма и развитию отдельных неблагоприятных последствий. Поэтому одним из важных путей улучшения качества продукции и улучшения использования масличного и кормового сырья является ослабление нежелательных превращений веществ семян в ходе извлечения из них масла и получения шрота.

Кормовое качество и эффективность использования шрота в животноводстве не являются постоянными и меняются в широких пределах. В связи с этим, питательная ценность шрота составляет 0,65…1,0 кормовых ед. /36/. Качество промышленного шрота в основном зависит от сорта перерабатываемых семян и способа их переработки. Кормовое качество шрота, прежде всего, оценивается содержанием сырого протеина, растворимых белков, незаменимых аминокислот и свободного госсипола.

Серьезными недостатками промышленной технологии форпрессование-экстракция семян хлопчатника, ведущими к ухудшению качества шрота, являются:

- применение неоднократных гидротермических воздействий в процессах пропаривания увлажненной мятки, ее жарения и тостирования шрота, а также жесткого термомеханического воздействия на мезгу при форпрессовании, приводящих, в конечном счете, к значительной денатурации белков /4, 37/, которая сопровождается явным уменьшением содержания растворимых фракций белков и аминокислот, особенно незаменимых;

- глубокое обезвреживание свободного госсипола весьма неэффективным способом, а именно, путем осуществления взаимодействия с ценными соединениями гелевой части перерабатываемого сырья /9/ (белками, свободными аминокислотами, фосфатидами и углеводами), приводит к ухудшению их нативных свойств, потере незаменимых аминокислот (лизина на 22 % и метионина на 30 %) и усугубляется проявлением у образованных продуктов различной степени токсичности /9/, ввиду «загрязнения госсиполом».

Сравнительно давно было рассчитано /9/, что «при годовой переработке хлопковых семян 2300 тыс. т по способу, предусматривающему максимально прочное связывание госсипола белковыми веществами, потери аминокислот могут достигать 10000 т».

Качество белков хлопкового шрота может быть улучшено при переходе на метод прямой экстракции масла, в котором процесс форпрессования мезги не производится /37, 38/. Однако решение этой задачи остается проблематичным ввиду несовершенства технологии подготовки ядра к извлечению масла растворителем и отсутствии эффективных способов обезвреживания свободного госсипола.

Научный интерес представляет способ удаления госсиполовых железок из хлопкового ядра, разработанный в США и получивший название «жидкий циклон» /20/. Высушенный до 2,0…3,0 % лепесток тонко измельчают в среде гексана до образования суспензии с концентрацией твердых частиц 12…18 %. Суспензию разделяют в «жидком циклоне» на обезгоссиполенную белковую муку и госсиполсодержащую фракцию. Аналогичная технология разработана применительно к переработке местных сортов семян хлопчатника /39/, которая отличается тем, что в качестве растворителя применяется экстракционный бензин, а разделение суспензии проводят сначала осаждением частиц госсиполовой фракции в гравитационном поле, а затем частиц обезгоссиполенной муки - под воздействием центробежной силы. Существенными недостатками, сдерживающими применение способа получения обезгоссиполенной белковой муки и госсиполсодержащей фракции, является высокий расход растворителя, трудная осуществимость глубокого высушивания хлопкового ядра и его тонкого измельчения.

Решение проблемы дефицита белков в комбикормах ведется в основном по следующим направлениям: культивирование и использование новых видов белоксодержащих растений; улучшение качества белоксодержащих компонентов комбикормов; применение небелковых азотистых добавок; производство и использование микробного белка. Обогащение кормов для крупного рогатого скота и овец проводят азотистыми добавками, в качестве которых применяют соли аммония и карбамид. Карбамид может заменить в кормовом рационе жвачных животных 25…30 % белка без влияния на их продуктивность /21/.

Микробы, содержащиеся в большом количестве в рубце жвачных животных, проявляют способность синтезировать белки из азота карбамида и углеводородов, содержащихся в рационе. Микроорганизмы могут перерабатывать в белки лишь определенное количество аммиака, образующегося при разложении карбамида /21/. В связи с этим, карбамид добавляют в корма животных чаще всего в количествах до 3 % /40, 41/. Установлено, что 1 г карбамида заменяет по количеству перевариваемого азота 2,6 г протеина корма /21/. Разработано множество способов приготовления кормов с добавлением карбамида /42…45/. Аммиак, подобно карбамиду, также повышает биологическую ценность кормов. Микробиологический метод является способом создания из малоценного или непищевого сырья соединений, которые используют в кормовых целях /46/.

Не умаляя преимуществ известных способов получения микробного белка, следует высказать свой взгляд на эту проблему, так как в большинстве случаев деятельность микробиологических производств связана с отрицательным воздействием на окружающую среду и здоровье человека.

Переработка хлопковых семян, как и других масличных культур, связана с жизнедеятельностью на семенах, как на питательных средах, различных видов микроорганизмов, в том числе, плесени рода аспергиллус, выделяющий в окружающую среду афлатоксины. Эти афлатоксины относятся к группе токсичных и даже канцерогенных веществ /3/. Потребление одноклеточного белка строго ограничивается /46/, что связано с присутствием в микроорганизмах Д-аминоксилот, физиологическое действие которых еще не изучено. У некоторых микроорганизмов отмечается повышенное количество необычных липидов и в ряде случаев обнаруживаются токсины белковой природы. Использование микробного белка сдерживается высоким содержанием нуклеиновых кислот - в среднем 5…7 % на сухое вещество, в то время как традиционные пищевые продукты содержат 0,6…2,0 % нуклеиновых кислот. Ввиду отрицательного воздействия на здоровье человека (аллергические заболевания, астма, кожные заболевания и др.) и окружающую среду, деятельность многих микробиологических предприятий была приостановлена. Однако применение экологически чистых безвредных микроорганизмов может явиться прочным фундаментом в развитии микробиологического метода. Актуальным представляется применение молочнокислых бактерий для решения задач облагораживания и улучшения качества белков шрота хлопчатника, так как наряду с улучшением усвояемости белка, облагороженный продукт может быть обогащен витаминами группы В и С, а также молочной кислотой, присутствие которых в составе комбикормов может улучшить их достоинство.

Рисовая мучка является крупнотоннажным вторичным сырьем рисоперерабатывающей промышленности Узбекистана, выход которой составляет 8…15 % от массы риса-зерна. Получают рисовые отруби при проведении технологической операции «шлифование» в результате механического отделения плодовых оболочек риса-зерна от эндосперма. Шлифование риса производится как на отечественных машинах, так и зарубежных. В том и другом случае рабочим органом служит абразивный камень, расположенный вертикально или горизонтально. Процесс отделения плодовой оболочки происходит в зазоре между рабочим органом машины с ситом.

Получаемая рисовая мучка представляет собой смесь, состоящую из зародышей, обрывков тканей семенной, плодовой и частично цветочной оболочек, обломков рисового зерна, крахмалистой пыли.

Содержание сырого протеина в рисовой мучке составляет 16…18 %. Белки риса состоят из альбумина (растворимого в воде), глобулина (растворимого в 10 % растворе NaCl), проламина (растворимого в 70 % спирте) и орезинина (растворимого в 0,2 % растворе NaOH); причем основным белком является орезинин /48/. В аминокислотный состав белков риса входят все незаменимые аминокислоты.

Основным компонентом мучки, как и зерна риса, являются углеводы, которые представлены в основном крахмалом и локализованы в крахмальных зернах размером 3…8 микрон /49/. Содержание крахмала в рисовой мучке составляет 28,12…32,10 %.

Мучка содержит комплекс ценных для народного хозяйства соединений - масло, белки, воск, витамины группы В, фитин.

Рисовые отруби в основном используют в качестве компонента комбикормов, частично, как сырье для получения фитина. Пищевое и преимущественно техническое рисовое масло вырабатывают в США, Японии, Индии, Китае и др. странах. Однако решение проблемы получения рисового масла усугубляется быстрой порчей качества мучки при хранении, что связано с наличием в ней высокоактивного фермента - липазы.

Белок, полученный из отрубей, отличает хорошая усвояемость и высокая биологическая ценность /49/.

Мучку используют для выработки комбикормов для коров и птиц; процент ввода составляет от 5…20 %.

В рацион питания мясного и молочного скота рекомендуется включать до 30 % рисовых отрубей, для свиней не более 20 %, в комбикорма для рыб 42…46 %, бройлеров - 25 %.

Рисовую мучку применяют в фармацевтической промышленности; из нее экстрагируют витамин В, фитин, применяемый против рахита, инозит, железную и кальциевую соли, фитиновую кислоту.

Схема получения фитина из обезжиренной рисовой мучки освоена на Ташкентском фармацевтическом заводе и включает следующие операции: а) обжаривание мучки в трехчанной жаровне; б) обезжиривание экстракционным бензином; в) экстракцию фитина 1%-ным раствором азотной кислоты, 10 % известковым молоком; д) фильтрацию на фильтр-прессе; е) выделение технического фитина; ж) переосаждение 10 % раствором HNO3; з) осаждение.

В Индии разработан процесс извлечения из рисовой мучки концентратов витаминов В и токоферола, жирных кислот, лецитина и - цитостерола.

Во многих рисосеющих странах мучку вносят в почву в виде удобрения. Однако использование мучки как удобрения малоэффективно, так как в ней мало азота, фосфора и калия.

При хранении рисовой мучки без предварительной дезактивации липазы быстро образуются свободные жирные кислоты из липидов, которые окисляются и мучка прогоркает. Порча мучки сопровождается потерей витаминов. В таком случае мучку можно использовать только как удобрение или топливо. Нестабильность мучки объясняется активным контактом жира с липазой вследствие разрушения клеток при шлифовании.

Существует несколько способов экстракции белкового концентрата из рисовых отрубей. Так, проход сита 140 ячеек на дюйм при влажности 8...9% составляет 25 % исходных отрубей и содержит 15...16 % сырого протеина, 5...6 % крахмала, 12...13 % золы и 1...1,5 % жира.

Высокобелковый концентрат можно получить обработкой обезжиренных отрубей водным раствором щелочи (рН = 11) при комнатной температуре с последующим осаждением сухого вещества путем снижения рН до 5,56 центрифугированием и сушкой. Концентрат содержит 37 % белка.

Еще один метод экстракции белка - обработка отрубей 0,05 % гидроокисью натрия при температуре 370С, осаждение при рН 4,5...5,0, вымачивание осадка в 85 % спирте, центрифугирование и сушка. Концентрат содержит 94...99 % белка, что составляет 30...40 % исходного белка в отрубях.

Известен способ приготовления высокобелкового пищевого продукта из обезжиренных рисовых отрубей /11/. Рисовые отруби обрабатывают спиртом или ацетоном для обезвоживания, а затем экстрагируют жир гексаном или бензолом. Обезжиренные отруби измельчают, добавляют раствор кислоты, центрифугируют смесь и получают продукт с высоким содержанием белка.

Кроме использования рисовой мучки в кормосмесях и комбикормах, а также в незначительных количествах в фармацевтической промышленности, она не нашла применения ни в какой другой отрасли промышленности. Проблемы создаются в связи с быстрой порчей качества мучки при хранении, что связано с содержанием в ней высокоактивного фермента липазы.



1.2 Способы обезжиривания и стабилизации качества вторичного белоксодержащего сырья

Наличие госсипола препятствует широкому использованию хлопкового шрота в составе комбикормов, так как при некоторых условиях этот токсичный пигмент может попадать в животноводческую продукцию, используемую в питании людей. Как указывалось ранее, госсипол - яд общетоксического действия. Употребление комбикормов даже с малым содержанием госсипола ведет к развитию неблагоприятных последствий. Поэтому одним из важнейших путей улучшение качества основных продуктов, полученных из хлопковых семян, является ослабление нежелательных превращений госсипола в ходе извлечения масла из хлопко-маслосодержащего материала. В связи с этим видовые особенности, качество семян хлопчатника и технологические режимы переработки являются важнейшими факторами, определяющими количественное содержание госсипола и его производных в конечных продуктах переработки.

Сравнительный анализ способов форпрессование-экстракция хлопковых семян и прямая экстракция масла позволяет оценить технологические режимы и выявить резервные способности сравниваемых технологий. Основными показателями эффективности методов являются: поведение и химические превращения госсипола и его производных в ходе переработки семян; содержание в шроте полноценных белков, аминокислот, фосфатидов, витаминов, сахаров и других компонентов /50...63/.

Классический метод переработки хлопковых семян основан на интенсивной влаготепловой обработке мятки с целью инактивации госсипола путем связывания с гелевой частью семени. Высокое значение жарения мятки в схеме форпрессование-экстракция заключается в том, что оно обеспечит создание эффективной для прессования и экстракции структуры мезги, а также условий для максимального обезвреживания госсипола, сопровождающимся растворением части госсипола и его производных в масле и мисцелле. Этот технологический режим, обеспечивая снижение содержания свободного госсипола в шроте до 0,02 %, сопряжен с рядом нежелательных химических превращений, вызывающих безвозвратные потери белков и других полезных веществ хлопкового семени. Происходит существенная денатурация белков, сопровождающаяся потерей их растворимости и части незаменимых аминокислот. В этих условиях происходит необратимое связывание белков, фосфатидов и сахаров с госсиполом. При этом теряется до 30 % метионина и 25 % лизина, что отрицательно влияет на кормовую ценность белков хлопка.

Кроме того, при влаготепловой обработке не учитывается высокая активность связанного госсипола и превращение его в организме в свободный госсипол /13/, и практически не ожидается повышение качественных характеристик экстрагированных продуктов.

В работах известных ученых показано, что нежелательные химические процессы, приводящие к потере аминокислот, сахаров, белков и витаминов, ослабляются при более мягких технологических режимах извлечения масла из измельченного ядра семян /50, 51/.

Я.А. Конева, В.П. Ржехин и др. разработали и рекомендовали мягкий технологический режим, позволяющий обеспечить перевод до 75 % госсипола в масло и мисцеллу в условиях сухого жарения ядра при температуре мезги на выходе из жаровни 70...80 С /4/.

Кроме того, разработаны и внедрены в производство способы, основанные на максимальном растворении госсипола в форпрессовом масле и бензиновых мисцеллах с последующим удалением пигмента различными реагентами /52/.

Прогрессивным направлением переработки хлопковых семян является принцип постепенного выведения отдельных компонентов с учетом их растворимости в тех или иных растворителях в условиях воздействия мягких технологических режимов. Например, это способ ступенчатого извлечения сначала госсипола и определенной части свободных жирных кислот водным ацетоном из мятки при низких температурах до 30 °С с последующей обработкой обезвреженного материала бензином или смесью ацетон-гексан-вода. При этом свободный госсипол почти полностью извлекается из хлопкового лепестка /53/.

Известен способ получения белка из хлопкового шрота, включающий его обработку водой в соотношении 1:10 при рН 6,0...6,3 для удаления пигментов и низкомолекулярных водорастворимых соединений. Разработан способ получения пищевых белков растительного происхождения и детоксикации токсичных и небелковых веществ. Сущность способа заключается в обработке растительного материала при щелочных значениях рН перекисью водорода с получением раствора белков дальнейшим добавлением каталазы и антиоксиданта.

Пищевые белки можно получать из семян подсолнечника или хлопчатника /63/. Для этого семена обрабатывают смесью бутилового спирта с водным раствором органической или минеральной кислоты или ее основной соли при рН 2...6 для удаления фенолов и олигосахаридов.

В ФРГ предложили прямое экстрагирование протеина из растительной муки, содержащей нежелательные полифенолы, щелочными растворами в присутствии алюминиевых соединений и адсорбентов /55/.

Получение белкового продукта из семян хлопчатника, практически не содержащего госсипола, можно получить кипячением хлопковой муки при температуре менее 150 °С и обработкой раствором соляной кислоты /56/.

В США разработана новая технология гидроциклонного отделения госсипола и госсиполсодержащих железок из ядра хлопковых семян, измельченных до степени разрушения госсиполовых железок. Гидроциклонное разделение твердой фазы в растворе гексана позволяет выделить высококачественный 70 %-ный пищевой протеиновый концентрат. В побочном продукте - высокогоссипольном шроте, содержится до 90 % госсипола и 30 % протеина. Эта фракция не может быть использована, поскольку не разработано выделение госсипола. Фракция применяется в качестве удобрения /58/.

Многие из вышеперечисленных способов не получили практического применения в связи со сложностью выполнения и применения адсорбентов, требующих регенерации, повышающей производственные расходы.

В настоящее время рекомендуется производить модернизацию существующих способов детоксикации госсипола для повышения кормовой ценности шрота из госсиполсодержащих семян и использования его в качестве кормовой добавки животным. С целью снижения токсичности характеристик хлопкового шрота, улучшения качественных показателей пищевой ценности, учеными разрабатывались различные методы облагораживания, технологический процесс которых осуществляется на существующем оборудовании масложировых предприятий.

В ТашПИ разработан способ облагораживания хлопкового шрота /61, 62/, полученного по методу прямой экстракции, который заключается в предварительном увлажнении шрота водным раствором перекиси водорода и последующим тостированием обработанного материала при температуре 100…105 °С. В этих условиях происходит дополнительное разрушение госсиполовых железок и интенсивное окисление свободного госсипола в шроте снижается до 0,02 % и не сопровождается заметным воздействием перекиси водорода на белки и их аминокислотный состав. Облагороженный шрот рекомендован для скармливания животным и птицам.

В этом же институте разработан способ аммиачного обезвреживания госсипола в хлопковом шроте, полученном по методу прямой экстракции /64/.

Облагораживание шрота проводится путем осуществления химического взаимодействия между альдегидными группами свободного госсипола и аммиаком по механизму образования оснований Шиффа. Наряду с глубокой инактивацией госсипола происходит обогащение состава шрота аммиаком и, таким образом, достигается улучшение его кормового качества.

Дальнейшим развитием этого направления исследований явилась карбамидная обработка госсиполсодержащих материалов, таких как: шрот - продукт прямой экстракции /65/ и форпрессовая жмыховая ракушка /66/. Если карбамидная обработка шрота обеспечивает снижение содержания свободного госсипола (менее 0,02 %) и сопровождается улучшением кормового качества шрота за счет обогащения небелковым азотом карбамида, то при обработке форпрессовой ракушки выявлен ценный дополнительный технологический эффект - улучшение рафинируемости экстракционного масла за счет снижения его цветности и кислотности. В последующих исследованиях, проведенных Ильясовым А.Т. и др., установлен наивысший эффект от применения карбамида при обработке хлопковой мятки и семян /67/. Существенным результатом является осуществление взаимодействия свободного госсипола не с аминогруппами белков, свободных аминокислот и фосфатидов, а с двумя более реакционными NH2-группами карбамида. Таким путем, в определенной мере, сохраняются нативные свойства вышеуказанных ценных соединений и повышается кормовое качество шрота.

1.3 Перспективы биотехнологических методов переработки вторичного сырья масложировой промышленности

Проблема рационального использования и переработки вторичного сырья - одна из главных задач народного хозяйства Узбекистана, решение которой обеспечит экономию сырья, материалов, топлива и энергии, расширит сырьевую базу промышленности, уменьшит вредное воздействие отходов на окружающую среду, позволит получить значительный экономический эффект.

В решении этой проблемы особое значение приобретает биотехнологическая переработка вторичного сельскохозяйственного сырья, а именно: отходов пищевой промышленности и других перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса.

В первую очередь, следует отметить актуальность биотехнологического метода для решения задач производства полноценных кормов. Огромный ущерб развитию животноводства наносит неполноценность кормов, в особенности, острый дефицит белков в их составе. В этой связи многие ученые указывают на возрастающую роль биотехнологических процессов в развитии агропромышленного комплекса. Сельскохозяйственное производство уже трудно представить без широкого освоения прогрессивных биотехнологий, способных решить задачу увеличения количества продуктов пищевого и кормового назначения /68-70/.

Научные исследования, проводимые в мире свидетельствуют о повышенном интересе к проблеме биологизации и биотрансформации растительных субстратов микромицетами в белок с заранее заданными свойствами и «обученной» специализацией.

В Чехословакии разработан способ обработки сыворотки для получения кормового компонента, обогащенного сухими сывороточными веществами, преимущественно белками /71/. Для этого сыворотку смешивают с 3…12 % (по отношению к массе сыворотки) бентонита или его модифицированной формой. Бентонитовый концентрат сывороточного сухого вещества отделяют и затем высушивают. Изобретение применимо для использования в молочной промышленности и на сельско-хозяйственных предприятиях по производству кормов.

Белковые продукты из различных отходов сельскохозяйственной и пищевой промышленности при помощи грибов рода Fusarium, Trichoderma, Cladosporum, Myzothecium и других получили ученые разных стран /72…74/.

Получают корма на основе лизина /75/. Это твердый, устойчивый, негигроскопичный корм, содержащий 35…48 % основания лизина. Предложен способ получения корма из сусла от ферментации продуцентов лизина.

Разработан способ получения кормового концентрата /76/ из молочной сыворотки, обработанной продуцентом Penicillum roquefortii. С целью сокращения технологического цикла вводят нитрат натрия.

В целях получения корма для жвачных животных используют лактат кальция-аммония в виде отстоя /77/, образующегося при сбраживании обработанной аммиаком сгущенной сыворотки. Смешивают лактат кальций-аммония с сульфатом кальция и сушат смесь на воздухе.

Во Франции известен способ получения белков /78/ из жмыха после его измельчения. Белки растворяют действием эмульгатора и восстановления, а затем выделяют осаждением при изоэлектрической точке.

В Венгрии ежегодно перерабатывается около 100 тыс. т виноградных выжимок путем микробной ферментации штаммами грибов Penicillum roquefortii, Fuzarium moniciforme, Sacharomyces, Botzytus einerea с добавками мочевины /79/. Полученный кормовой продукт используется в качестве добавок в кормосмесях.

Для получения кормов используют водные отходы /80/, содержащие менее 15 % сухого вещества и других веществ, обладающих текучестью жидкости или суспензии, причем отходы и другие вещества имеют питательную ценность, по меньшей мере, с одним веществом-адсорбентом с последующим введением в полученную смесь источника подкисляющих микроорганизмов при необходимости установления такого содержания способных сбраживаться углеводов, которое позволяет проводить силосование корма. Вещество-адсорбент предотвращает или значительно снижает вытекание жидкости в процессе транспортировки и хранения смеси.

Водные отходы могут быть получены на пивоваренных заводах. Вещества-адсорбенты могут включать солодовый или ячменный порошок, солодовые ростки, торф и вермикулит. В качестве источника микроорганизмов применяют барду пивоваренных заводов или непастеризованную молочную сыворотку. В смесь добавляют вещества, содержащие белок и углеводы, например, дрожжи и мелассу.

Для подобных целей могут использоваться продукты из молочной сыворотки /81/, в свою очередь, применяемые для получения силоса из травы или другого растительного материала, или в качестве добавки в корма. Молочную сыворотку последовательно или одновременно обрабатывают гидролизующими белки и углеводы ферментами таким образом, чтобы гидролизовать эти соединения, содержащиеся в сыворотке, с последующим концентрированием полученной жидкости для достижения продукта с высоким содержанием твердых компонентов. До такой обработки сыворотку можно подвергнуть ультрафильтрации для извлечения части белка. После концентрирования к продукту можно добавить культуру микроорганизмов.

Известен способ получения корма, содержащего белок и большое количество минеральных веществ из побочных продуктов и отходов производства картофельного крахмала /82/. Изобретение направлено на получение корма из побочных продуктов и отходов производства, например, картофельной пульпы и соковой воды. Картофельная соковая вода и пульпа, а также другие компоненты смешиваются, в результате чего образуется необработанный продукт, содержащий 8…15 % сухого вещества. Затем продукт помещают в ступенчатый теплообменник, после чего консервируют специальными реактивами.

Для получения кормов для животных предложено использовать пульпу сахарной свеклы /83/, из которой получают сбалансированный корм для жвачных животных. Способ предусматривает смешивание 60 % концентрированной обессоленной пульпы с 40 % обработанной щелочью соломы. Корм содержит также кукурузную муку и дизамещенный фосфат кальция.

В СССР разработан способ получения белкового корма из отходов пивоваренного производства /84/, включающий гидролиз пивной дробины путем ее термической обработки, введения ферментов и последующее выращивание на полученном гидролизате кормовых дрожжей. Отличие способа состоит в том, что с целью повышения питательности корма и его усвояемости, а также увеличения содержания белка, пивную дробину предварительно обрабатывают раствором серной кислоты 0,6…0,8 % концентрации при 105…121 °С в течение 20…30 мин. Затем дробину охлаждают до 55…550С и доводят рН смеси до 4,0-5,0 внесением гидроокиси аммония. В качестве ферментов используют смесь целловиридина и пектофоетидина в соотношении, равном 5:1-2, или смесь целловиридина, ксилоглюканофоетидина в соотношении, равном 5:5…1. Выращивание кормовых дрожжей проводят одновременно с введением ферментов путем засеивания дрожжей на полученный гидролизат и выдерживания их в течение 20…21 час.

Некоторые виды микроорганизмов способны усваивать целлюлозу и гемицеллюлозу, благодаря способности к синтезу специфического комплекса целлюлолитических ферментов. Биомасса мицелиальных грибов Sporotricum, Fusarium, Allexheria, полученная при биотранс-формации целлюлозосодержащего сырья, является нетоксичным продуктом /85/. Для проведения биоконверсии предложено использовать ксилозный сироп /86/. Это смесь добавок, полученная микробиальной культивацией отходов ксилозного сиропа и питательных солей микроорганизмами Candida utilis. Эта смесь применяется как добавка в корма для сельскохозяйственных животных и содержит 52,5 % белков, 4,22 % липидов, 33,26 % сахаридов, 6,38 % органических солей и 364 % веществ, не содержащих азота.

Можно получить высококачественный корм для животных из содержащих белок отходов /87/. Для этого водную массу, содержащую 15…45 % сухого вещества, выделенную из побочных продуктов переработки кожи, пищевой промышленности и (или) погибших сельскохозяйственных животных, обрабатывают протеолитическими ферментами, добавляют клейстеризованный крахмал. Полученную смесь обрабатывают амилолитическими ферментами и культурой микроорганизмов, продуцирующих молочную кислоту, в анаэробных условиях. Консервированную суспензию можно непосредственно применять для скармливания животным или ее можно переработать в продукт, пригодный для скармливания как сельскохозяйственным, так и домашним животным. Для этого суспензию предварительно концентрируют и смешивают с другими кормами и, если необходимо, добавляют фунгициды.

В Польше известен способ облагораживания сырья растительного происхождения для приготовления кормов /88/. Способ отличается тем, что отходами, образующимися в результате метанового брожения растительного материала, заливают измельченные части растений, раздавленные или дробленные семена, клубни, корни, кулинарные отходы и подвергают их сбраживанию в полуаэробных условиях на протяжении 4-8 суток при 5…35 °С и рН 6,0…7,5, а сброженный материал смешивают с другими кормами.

Для получения микробных белковых концентратов используют такие отходы, как яблочные выжимки /89/. Биоконверсия плодоовощных отходов с целью получения кормовых белковых препаратов позволяет решить ряд проблем: создать безотходную технологию переработки плодоовощного сырья и обеспечить сельское хозяйство белковыми продуктами. Предложен способ биоконверсии блочных выжимок, образующихся при получении яблочного сока из дикорастущих яблок, с получением кормового белкового продукта. В качестве продуцента предложено использовать микроорганизмы родов Candida и Endomycopsis, синтезирующих комплекс гидролитических ферментов. Условия культивирования: температура 30…32 °С, рН 5,0…5,5, расход воздуха 1 об/об питательной среды/мин. Кормовой белковый препарат содержит 26,5 % сырого протеина.

Белковые препараты и минеральную муку можно получить из кости убойных животных /90/. Костную массу после предварительного обезвреживания и измельчения подвергают экстракции под давлением водой или водным паром при температуре 120…150 °С в течение 0,5…2,5 часа, а затем разделяют смесь на жидкую белковую фазу и твердую минеральную, а также обезвоживают с целью получения сухих продуктов с длительным сроком хранения.

Исключительно важное значение, особенно в наши дни, приобретает получение пищевых продуктов из отходов производства и сельского хозяйства. В частности, разработан способ получения пищевых соевых белковых продуктов из шротов масличных культур (соевого и подсолнечного) /91/.

В последние годы наблюдается тенденция увеличения выпуска нежирных и маложирных молочных продуктов с повышенным содержанием белка (йогурт, аэрин, белковое молоко, таллинский кефир, продукты детского питания и др.). Основой их является сухое молоко, которое также ценно своей высокой транспортабельностью и длительным сроком хранения. Однако промышленность не может в настоящее время полностью удовлетворить возрастающую потребность в молочном белке.

В зарубежных странах (США, Япония, ФРГ и др.) дефицит молочного белка восполняется применением растительных пищевых белков (соевые взбитые сливки, сметана, творог и т.д.).

Сотрудниками ВНИИжиров и его Харьковского филиала разработана и внедрена на Харьковском экспериментальном заводе научно-производственного объединения «Масложирпром» технология получения растительных пищевых белковых продуктов из шротов масличных культур (соевого и подсолнечного). По усвояемости и биологической ценности соевые белковые продукты не уступают мировым образцам и по функциональным и физико-химическим свойствам близки к молочным белкам.

Способ ферментации плесневого гриба Rhisopus oligosporus в водной суспензии обезжиренной соевой муки позволяет получить продукт, пригодный для диетического питания /22/.

В Аргентине опробована промышленная установка по обогащению рисовых отрубей культурой гриба Aspergillus oryzae и использование их в рационах бройлеров. Эффективность усвоения и перевариваемости ферментированных отрубей достигается за счет накопления биомассы грибов, увеличивающей белковое содержание, и целлюлозолитических ферментов, способствующих перевариванию поедаемых кормов /23/.

Исследователи США предложили способ приготовления молочного белкового гидролизата с помощью фермента, представляющего собой грибковую протеазу, полученную контролируемой ферментацией разновидности грибов Aspergillus niger /24/.

Применяется и такой отход, как соевая сыворотка в виде среды для получения микробного белка и витаминов /25/. Эта работа посвящена подбору штаммов микроорганизмов - продуцентов белка и витаминов с использованием в качестве субстрата соевой сыворотки. По способности накапливать белок наиболее перспективным оказались дрожжи Fabospora fragillis 748, Torylopsis candida и Candida humicola 324, которые усваивали до 100 % сахаров. Выход продукта составил 60…75 %; массовая доля белка достигала 50 %. Наиболее продуктивными для витаминов группы В были штаммы дрожжей Candida curvata 68, в частности, количество рибофлавина возросло в 25 раз по сравнению с имеющимся в исходной сыворотке.

Институт агрономии Великобритании /26/ предложил способ микробиологической обработки дрожжами Gootrichum candidum хлопкового жмыха. Получен продукт с повышенными питательными свойствами и очищенный белок, применяемый в пищевых и кормовых целях.

В.А.Дементий, П.П. Раковский и др. /27/ разработали способ получения белка из шрота, предусматривающий обработку его водным раствором ферментного препарата протеазы, выделенного из культуральной жидкости микроорганизмами рода Aspergillus или Bacillus.

Предложен способ использования в качестве протеиновых добавок в корм животным куриного помета и навоза крупного рогатого скота, а также других отходов при переработке сельскохозяйственной продукции в пищевой промышленности. Фирма General Eleсtries Reently (США) в Каса-Гранде смонтировала опытную установку по переработке навоза крупного рогатого скота в протеин. Производительность установки - 56 кг протеина в сутки при переработке 217…226 кг навоза. Полученный протеин используют при скармливании животных. В основу процесса получения протеина из навоза положена обработка его термофильными бактериями. Последние в смеси с водой и навозом поступают в ферментаторы, где их пастеризуют. Полученную массу, содержащую большое количество протеина, сушат в распылительных сушилках. Готовый продукт представляет собой мягкий порошок сероватого цвета, содержащий 55 % протеина. Продолжительность процесса 3 дня.

Для извлечения белков предложено использовать соевый шрот /28/. С целью увеличения выхода экстрагируемого белка до 95 % при экстракции белоксодержащих веществ (соевый шрот), используют энзиматический концентрат, который приготавливают из водной суспензии Bacillus subtilis.

В Японии известен способ приготовления корма, не ухудшающего свои качества при сбраживании /29/, который получают молочнокислым сбраживанием волокнистого растительного сырья в силосе, в который вместе с сырьем вводят белую глину и/или цеолит.

В литературе также известен способ производства обогащенного белками корма /30/, практикуемый в ФРГ. При этом корм получают из растительного сырья (растительных отходов). Для приготовления корма сырье смачивают растворителем, содержащим раствор дрожжей, а затем сбраживают в анаэробных условиях, по меньшей мере, до выделения спирта. Отличие способа в том, что клетки растительного сырья растворяются больше, чем это может быть вызвано действием дрожжей.

Для получения белковых кормов используют рапсовую муку /31/, которую сначала ферментируют дрожжами в водном питательном растворе при подводе воздуха с температурой 20…40 °С. Затем твердые вещества отделяют от жидкой фазы и перерабатывают в корм. Способ отличается тем, что в питательный раствор добавляют 100…200 кг мелассы на 1тн сухой рапсовой муки, причем последнюю ферментируют дрожжами типа Saccharomyces.

В связи с вышеизложенным, разработка новых перспективных биотехнологий с использованием микроорганизмов с заданными свойствами и специализацией, способных одновременно повышать качество хлопкового шрота и обеспечивать обезвреживание госсипола, является первоочередной задачей и имеет большое народнохозяйственное значение.

...