Способ получения обогащенного сахарами кормового продукта на зерновом сырье

 

Использование: для получения кормовой добавки на отходах зернопроизводства и некондиционного зерна. Сущность изобретения: продукт получают из измельченного дробленого зерна или отрубей или муки, в которые добавляют воду. Сырье осахаривают собственными ферментами, нагревают до 60-70^oC и при этой температуре и pH 1-3 ведут кислотный гидролиз в течение 1-1,5 ч, затем ведут ферментативный гидролиз композицией ферментов: амилосубтилином, глюкаваморином и протеазой. Гидролизат нейтрализуют до pH 6-7,5, ведут концентрирование выпаркой, вводят минеральные компоненты и сушат. 1 табл.

Изобретение относится к микробиологической промышленности и сельскому хозяйству и может быть использовано для получения кормовой добавки на отходах зернопроизводства и некондиционного зерна: отрубях пшеницы, ржи, муки, кормовой муки и др.

Известен способ получения белкового продукта из крахмалсодержащего сырья, предусматривающий измельчение исходного зернового сырья, его кислотный гидролиз с последующим непрерывным культивированием на питательной среде, содержащей прогидролизованное сырье в качестве основного источника углерода и дополнительный источник углерода в виде жидких и н-парафинов, причем кислотный гидролиз проводят при pH 0,1-1,0 отходом гидролизного производства, полученным при облагораживании древесины.

К недостаткам известного способа относится использование в качестве дополнительного источника углерода жидких н-парафинов, которые являются дорогостоящим сырьем.

Наиболее близким является способ получения белкового продукта из крахмалсодержащего сырья, предусматривающий измельчение исходного сырья, его гидролиз с использованием ферментов или серной кислоты с последующим непрерывным культивированием и добавлением в качестве дополнительного источника углерода молочной кислоты или спиртов.

Недостатком известного способа является низкое содержание белка в готовом продукте.

Задача, стоящая перед авторами, состояла в получении кормового продукта для кормления КРС с необходимым соотношением белка и сахаров, обеспечивающих наиболее полное их извлечение из исходного сырья, в увеличении выхода готового продукта с 1 т сырья и значительном удешевлении кормового продукта.

Необходимость получения такой кормовой добавки, обогащенной ассимилированными сахарами, которая по содержанию сахаров практически является заменителем мелассы, особенно остро стоит в Северных районах и районах Сибири в связи с отсутствием сырьевой базы, трудностями транспортировки мелассы из Южных районов и ее плохой сохранностью при перевозках.

Технический результат, получаемый от использования изобретения, состоит в упрощении технологического процесса получения ценного кормового продукта, так как отпадает необходимость в проведении одних из наиболее трудоемких стадий выращивания и плазмолиза; в значительном удешевлении кормового продукта за счет снижения затрат энергии на аэрацию и расхода пара на плазмолиз; обогащении кормового продукта преимущественно моно- и дисахарами: глюкозой, фруктозой, мальтозой, сахарозой, незаменимыми аминокислотами и витаминами.

Данный технический результат достигается тем, что в способе получения кормового продукта на зерновом сырье, предусматривающем измельчение исходного сырья, тепловую обработку, ферментолиз композицией амилолитических или протеолитических ферментов на питательной среде, содержащей в качестве источника углеводов дробленое зерно, отруби или муку, минеральные компоненты, с последующим выделением готового продукта путем выпарки и сушки, согласно изобретению тепловую обработку проводят нагревом зерновой суспензии до 60-70^oC, а мягкий кислотный гидролиз осуществляют при pH 1-3, Т 60-70^oC и времени 1-1,5 ч, причем нейтрализацию гидролизата проводят до pH 6-7,5 в смесителе на выпарку, а дополнительные минеральные компоненты вводят в упаренную зерновую суспензию.

Проведение тепловой обработки нагрева зерновой суспензии до 60-70^oC обеспечивает клейстеризацию крахмала, т.е. способствует максимальному выходу редуцирующих веществ на этой стадии.

Проведение мягкого кислотного гидролиза серной кислотой при pH 1-3, Т 60-70^oC в течение 1-1,5 ч и ферментолиза композицией ферментов гидролизует крахмал до моно- и дисахаров.

Нейтрализация гидролизата в смесителе потока на выпарку обеспечивает стерильность и сохранность зерновой суспензии после ферментолиза, а доведение до pH 6-7,5 необходимое качество кормового продукта, соответствующего мелассе.

Введение в упаренную зерновую суспензию (суспензию, поступающую на сушку) дополнительных минеральных компонентов, определяющих состав конечного продукта, позволяет получить кормовой продукт с необходимым составом витаминов.

Способ осуществляют следующим образом.

Зерновое сырье измельчают до размера частиц не более 1 мм, проводят тепловую обработку постепенным нагревом зерновой суспензии до 60-70^oC, осахаривая сырье собственными ферментами до состояния "клейстеризации", выдерживают в течение часа при перемешивании и осуществляют мягкий кислотный гидролиз серной кислотой при pH 1-3, Т 60-70^oC в течение 1-1,5 ч. Ферментолиз проводят композицией амилолитических или протеолитических ферментов, взятых в количестве 0,5% на ACB сырья при температуре 50-55^oC в течение часа. Последующее выделение готового продукта осуществляют путем выпарки и сушки. Причем нейтрализацию гидролизата до pH 6-7,5 проводят в смесителе потока на выпарку, а дополнительные минеральные компоненты вводят в упаренную зерновую суспензию перед стадией сушки.

В качестве амилолитических ферментов используют, например, глюкоамилазу, целловиридин, амилосубтилин, а в качестве протеолитических такие как протеаза, пепсин-трипсин, клюкаваморин. В состав дополнительных компонентов входят: NaCl, ортофосфорная кислота, соли азота и фосфора (NH₄)₂SO₄ и KH₂PO₄, мочевина, MnSO₄, CuSO₄, KI.

Проведение тепловой обработки, мягкого кислотного гидролиза и затем ферментолиза композицией ферментов позволяет гидролизовать полисахариды исходного сырья до 70-80% от ЛГП (легко гидролизуемых полисахаридов) и получить содержание протеина в соотношении с моно- и дисахаридами 0,2-0,6 (13-18% протеина и 30-50% сахаров), то есть способствует максимальному выходу белка и сахаров в необходимом соотношении.

Проведение мягкого кислотного гидролиза при более высокой температуре, например, 80-90^oC, инактивирует собственные ферменты зернового сырья, активность которых ограничивается 70^oC.

Гидролиз при pH <1 не обеспечивает стерилизации суспензии и выход сахаров, при pH > 3 РВ_инв не изменяется. Гидролиз при 60-70^oC в течение 1-1,5 ч способствует более полному переходу минеральных веществ и сахаров зернового сырья из твердой фазы в жидкую. Увеличение времени более 1,5 ч не приводит к изменению содержания минеральных компонентов и РВ_инв, а менее 1 ч не обеспечивает их полный выход.

Соотношение белка и сахаров в кормовом продукте менее 0,2(10/50) снижает эффективность использования исходного сырья. Получение сахаров более 70% к CB или протеина более 20% (например, при соотношении белка и сахаров 20/30 0,66 > 0,6) не соответствует материальному балансу.

В табл. 1 приведена характеристика исходного сырья и кормового продукта по предлагаемому способу.

Как видно из табл. 1, перевариваемый протеин в кормовом продукте составляет 77% от общего протеина по сравнению с 15-15% в исходном сырье.

Пример 1. Ржаные отруби, измельченные до размера частиц не более 1 мм, разбавляют водой (гидромодуль 1 8) и постепенно нагревают до температуры 70^oC, осахаривая сырье собственными ферментами, выдерживают в течение часа, проводят мягкий кислотный гидролиз при температуре 60-70^oC введением H₂SO₄ до pH 2,0 в течение часа, охлаждают до 50^oC и обрабатывают композицией ферментов: амилосубтилином, глюкаваморином и протеазой в количестве 0,5% к CB, выдерживают при перемешивании и Т 50^oС в течение часа. Полученную суспензию подвергают выпарке, предварительно нейтрализовав гидролизат в смесителе потока на выпарку до pH 6,5. Дополнительные минеральные компоненты вводят в упаренную зерновую суспензию. Водная суспензия, поступающая на сушку, содержит: азота 700-1000 мг/л, фосфора 1250-300 мг/л, К⁺ 2500-3000 мг/л, Mg⁺⁺ 130-140 мг/л, Zn⁺⁺ 2-5 мг/л, Fe⁺⁺ 50-75 мг/л, Cu⁺⁺ 3-5 мг/л, Na⁺ 2000 мг/л, Mn⁺⁺ 1,5-2,5 мг/л, Ca⁺⁺ 1000 мг/л.

После тепловой обработки, мягкого кислотного гидролиза и ферментолиза содержание моно- и дисахаров (глюкозы, фруктозы, мальтозы, сахарозы), характеризуемое количеством редуцирующих вещество PB_инв, составляет 40-50 от исходных CB, содержание протеина 15-18% соотношение белка и сахаров 0,3-0,45.

Выход готового продукта от исходного сырья: из 1 т сырья получают 1 т готового продукта, степень перевариваемости 77% Кормовой продукт содержит аминокислоты: лизин, метионин, цистин, триптофан, аргинин, валин, гистидин, аспарагиновую кислоту; витамины B₁, B₂, B₃, B₄, B₅, B₆, приведенные в таблице.

Пример 2. Пшеничные отруби измельчают до размера частиц не более 1 мм, проводят осахаривание зернового сырья собственными ферментами при гидромодуле 1 8 постепенным нагревом до Т 60^oС в течение часа, проводят мягкий кислотный гидролиз при Т 60 70^oС введением серной кислоты до pH 1,0 в течение 1,5 ч, охлаждают до 50-55^oС и обрабатывают композицией ферментов: глюкаваморином, амилосубтилином и протеазой, взятыми в количестве 0,5% к CB выдерживают при перемешивании 1 ч и подают на выпарку. Нейтрализацию гидролизата осуществляют в смесителе потока на выпарку доведением pH до 7,5 аммиачной водой. Водная суспензия, поступающая на сушку, содержит: азота 4000-5000 мг/л, Ca⁺⁺ 270 мг/л, Mg⁺⁺ 80 мг/л, Mn⁺⁺ 10 мг/л, Fe⁺⁺ 8 мг/л, P⁵⁺ 200-300 мг/л, Zn⁺⁺ 1,5 мг/л.

В готовом продукте содержание протеина 13% к CB, моно- и дисахаров - 30% к CB, соотношение белка и сахаров 0,43. Состав аминокислот и витаминов приведен в таблице; из 1 т сырья получают 1 т готового продукта.

Пример 3. Пшеничные отруби измельчают и осахаривают собственными ферментами при гидромодуле 1 8 нагревом до 50^oС. Далее осуществляют мягкий кислотный гидролиз и ферментолиз, как в примере 2. PB_инв после тепловой обработки, гидролиза и ферментолиза 20% к CB. Качественный состав аминокислот на уровне исходного сырья.

Пример 4. Ржаные отруби измельчают и подвергают тепловой обработке до температуры 80-90^oС. Далее, как в примере 1. PB_инв после мягкого кислотного гидролиза и ферментолиза 25% к CB. Качественный состав аминокислот на уровне исходного сырья.

Пример 5. Тепловую обработку проводят, как в примере 1. Мягкий кислотный гидролиз при pH 0,5, Т 60^oС в течение часа. Далее как в примере 1. PB_инв после мягкого кислотного гидролиза и ферментолиза 23% к CB. В составе сахаров преобладают декстрины.

Пример 6. Тепловую обработку проводят, как в примере 2. Мягкий кислотный гидролиз при pH 4,5, Т 60^oС в течение часа. Далее как в примере 2. Готовый продукт содержит протеина 112% к CB, моно- и дисахаров PB_инв 30% Соотношение белка и сахаров 0,38. Качественный состав аминокислот как в примере 2 за исключением гистидина.

Пример 7. В качестве исходного сырья используют дробленное некондиционное зерно пшеницы. Обработку проводят, как в примере 2. В готовом продукте соотношение белка и сахаров 15/40 0,38. Качество готового продукта, как в примере 2.

Пример 8. В качестве исходного сырья используют ржаную муку. Проводят тепловую обработку при Т 60-70^oС, мягкий кислотный гидролиз при pH 3,0, Т 70^oС введением серной кислоты в течение часа. Полученный кормовой продукт имеет соотношение белка и сахаров 18/50 0,36. Качественный состав витаминов и аминокислот, как в примере 1.

Получаемый по предлагаемому способу кормовой продукт по содержанию сахаров, минеральных компонентов соответствует мелассе и может служить ее заменителем при кормлении крупного рогатого скота. Производственный процесс получения кормового продукта является высокорентабельным, т.к. из 1 т сырья получают ≈1 т готового продукта.

Формула изобретения

Способ получения обогащенного сахарами кормового продукта на зерновом сырье, предусматривающий измельчение исходного сырья, добавление воды, гидролиз с последующим выделением готового продукта, концентрированием и сушкой, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют дробленое зерно или отруби, или муку, после добавления воды сырье осахаривают собственными ферментами, нагревают до 60 70^oС, кислотный гидролиз ведут при pH 1 3 и температуре 60 70^oС в течение 1 1,5 ч, а ферментативный гидролиз проводят композицией ферментов: амилосубтилином, глюкаваморином и протеазой, перед концентрированием гидролизат нейтрализуют до pH 6 7,5, концентрирование ведут выпаркой, а перед сушкой вводят дополнительно минеральные компоненты.

РИСУНКИ

Рисунок 1