Способ получения кормового белково-липидного концентрата из отходов растительного и животного происхождения
Владельцы патента RU 2673749:
Общество с ограниченной ответственностью "Биогенезис" (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может найти применение в животноводстве, а именно в сфере мясного птицеводства. Способ получения кормового белково-липидного концентрата из отходов органического происхождения заключается в том, что выращивают биомассу личинок Hermetia illucens на отходах органического происхождения и осуществляют их ферментацию. В качестве отходов органического происхождения используют измельченные целлюлозосодержащие отходы влажностью 50-70%, а ферментацию отходов осуществляют комплексом микроорганизмов, культивированным из кишечной микрофлоры личинок жука-дровосека одновременно с выращиванием биомассы личинок. При этом указанный комплекс микроорганизмов вносят в виде суспензии со значением КОЕ не ниже 107 в количестве 3-5% от массы отходов в начале периода выращивания и повторно не менее двух раз в течение периода выращивания. По истечении 7-15 суток с начала выращивания личинки отделяют, высушивают и измельчают. Изобретение позволяет повысить эффективность биоконверсии целлюлозосодержащих нестерилизуемых отходов в биомассу личинок Hermetia illucens, богатых белком и липидами. 2 пр.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может найти применение в животноводстве, а именно в сфере мясного птицеводства.
Известен способ получения белково-липидного кормового продукта, содержащего шрот и концентрат липидов. В качестве концентрата липидов используется фосфолипидная эмульсия (RU 2152732 С1, 20.07.2000 [1]). Последнюю получают путем гидратации нерафинированного растительного масла в зоне воздействия переменного вращающегося электромагнитного поля с магнитной индукцией 0,30-0,40 Тл, последующей ее обработки под давлением 0,2-1,0 МПа в течение 10-15 мин и последующей обработки в зоне постоянного электромагнитного поля с магнитной индукцией 0,60-0,80 Тл при соотношении компонентов, мас. %: фосфолипидная эмульсия 2,0-10,0, шрот - остальное. Употребление данного продукта обеспечивает высокую продуктивность сельскохозяйственных животных. Недостатком изобретения является использование шрота масличных культур, представляющего собой самостоятельный кормовой продукт со значительной стоимостью, а также сложное аппаратное оснащение технологии.
Известен способ получения кормового продукта с использованием пивной дробины и закваски Леснова (RU 2532452 С1, 10.11.2014 [2]). Способ характеризуется тем, что пивную дробину подвергают прессованию в сепараторе до влажности полученного обрабатываемого сырья 50-60%, добавляют посевной материал, приготовленный на основе отрубей и закваски Леснова в количестве 4,5-5,5% от массы обрабатываемого сырья и проводят биоферментацию смеси в течение около 7 часов. При необходимости полученный продукт подвергают сушке. Использование технического решения позволит улучшить зоотехнические показатели продукта, снизить его стоимость, повысить продуктивность сельскохозяйственных животных. Недостатком изобретения является многостадийность, а также зависимость рассматриваемой технологии от однотипного сырьевого материала (пивной дробины).
Известен способ получения кормовой добавки, который предусматривает перемешивание и стерилизацию компонентов питательной среды, которая содержит пивную дробину, муку солодовых ростков, муку отходов ячменя, молочную сыворотку, лимонную кислоту, воду и минеральные добавки в виде мела, едкого калия, аммония сернокислого, магния сернокислого, натрия сернокислого (RU 2345553 С1, 10.02.2009 [3]). В полученную питательную среду добавляют пивные дрожжи Saccharomyces cerevisiae в количестве 500-600 тыс микробных клеток, лактобактерии Lactobacillus fermentum в количестве 1 млрд клеток, молочную сыворотку - 1 литр и воду до 10 литров общего объема. Затем полученную смесь культивируют при температуре 28-30°С и рН 5,6-6,2 в течение 20-22 часов, фильтруют в течение 5-6 часов и высушивают до содержания влаги 10-12%.
Недостатком данного способа является наличие в технологическом цикле процедуры стерилизации, что предполагает наличие стерилизационного оборудования и, соответственно, существенные энергозатраты на его эксплуатацию. Ферментируемый субстрат составляется на основе дефицитных и востребованных в других практических сферах компонентов: пивной дробины, муки солодовых ростков, муки отходов ячменя, молочной сыворотки, лимонной кислоты и минеральных добавок в виде мела, едкого калия, аммония сернокислого, магния сернокислого, натрия сернокислого.
Наиболее близким по технологической сущности к предложенному является способ получения биологически активной кормовой добавки для сельскохозяйственных животных и птиц, предусматривающий смешивание 1 массовой части биомассы личинок Hermetia illucens, выращенных на пшеничном зерне и предварительно промытых водопроводной водой, с содержанием протеина в биомассе не менее 36 мас. %, с 1 массовой частью сырого пробиотического продукта, полученного твердофазной ферментацией штамма Bacillus subtilis ВКПМ В-8130 на стерильном носителе. Последний представляет собой свекловичный жом, пропитанный питательной средой. Полученную смесь гомогенизируют и проводят комбинированный процесс твердофазной ферментации-высушивания при температуре не выше 55°С (RU 2576200 С1, 12.12.2014 [4]). Осуществление изобретения обеспечивает повышение продуктивности и сохранности поголовья животных и птиц, зоотехнических показателей животных за счет увеличения переваримости кормов, стимуляции обменных и иммунных процессов. Недостатком указанного способа является использование дорогостоящего субстрата (пшеничное зерно) и стерильного носителя, предполагающего процедуру стерилизации, связанную с использованием дополнительного оборудования и затратами электроэнергии.
Задачей изобретения является создание нового способа получения белково-липидного кормового продукта высокого качества, повышающего продуктивность сельскохозяйственных животных и птиц.
Поставленная задача решается способом получения кормового белково-липидного концентрата из отходов органического происхождения, заключающимся в том, что выращивают биомассу личинок Hermetia illucens на отходах органического происхождения и осуществляют их ферментацию, при этом в качестве отходов органического происхождения используют измельченные целлюлозосодержащие отходы влажностью 50-70%, а ферментацию отходов осуществляют комплексом микроорганизмов, культивированным из кишечной микрофлоры личинок жука-дровосека одновременно с выращиванием биомассы личинок, при этом указанный комплекс микроорганизмов вносят в виде суспензии со значением КОЕ не ниже 10 в количестве 3-5% от массы отходов в начале периода выращивания и повторно не менее двух раз в течение периода выращивания, по истечении 7-15 суток с начала выращивания личинки отделяют, высушивают и измельчают.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении эффективности биоконверсии целлюлозосодержащих нестерилизуемых отходов в биомассу личинок Hermetia illucens, богатых белком и липидами, вследствие применения смешанной культуры целлюлозолитических микроорганизмов, выделенных из кишечника личинок жука-дровосека. Депонирование культуры осуществляется в коллекции Пензенского государственного аграрного университета.
Предложенный способ получения кормового белково-липидного концентрата из отходов органического (растительного и/или животного) происхождения осуществляется следующим образом. Органические отходы с высоким содержанием целлюлозы (например, пометная подстилка сельскохозяйственной птицы), механически измельченные до 1-5 мм, помещают в стандартные пластиковые ящики слоем 150 мм, увлажняют до 50-70%, предпочтительно до 60%. Затем в указанный субстрат вносят личинки двукрылого насекомого Hermetia illucens трехсуточного возраста из расчета 4 особи на 1 см. Биомасса личинок содержит до 40% (сух. в-во) липидов и до 50% (сух. в-во) белка. Одновременно субстрат инокулируют стартовой суспензией смешанной культуры целлюлозолитических микроорганизмов кишечной микрофлоры личинки жука-дровосека в количестве 3-5% (предпочтительно 4%) от массы субстрата. На протяжении периода выращивания личинок и переработки отходов субстрат еще дважды (через трое и шесть суток с начала процесса) порционно инокулируют суспензией микрофлоры (значение КОЕ не ниже 10), из расчета 4% от массы субстрата. Возможно внесение инокулюма более трех раз с достижением того же эффекта, но экономически нецелесообразно. По истечении 10 суток переработки личинки отделяют от субстрата с помощью вибросита, высушивают в вакуумной сушилке до 5% влажности и измельчают.
Инокулюм для ферментации целлюлозосодержащего субстрата представляет собой микробную суспензию, выращенную в условиях погруженной культуры. Первоначально для выделения микроорганизмов в коллекцию отбирали несколько особей личинок жука-дровосека, выросших на разных древесных субстратах. Затем, личинки препарировали, и шприцем из кишечника отбирали образцы содержимого, которые переносили на плотные питательные среды Генчинсона и Виноградского.
Для получения жидкого инокулюма консорциум микроорганизмов выращивали на жидкой питательной среде следующего состава (г/л):
целлюлоза (порошок) - 10
кукурузный экстракт - 20
натрия нитрат - 3
железа сульфат(II) - 0,01
калий фосфорнокислый однозамещенный - 1
аммония сульфат - 3
магния сульфат - 0,25
натрия хлорид - 2
мел химически осажденный - 4
целлюлоза (порошок) - 10
вода - до 1 литра
рН питательной среды - 7,2
Питательную среду разливали по 100 мл в колбы Эрленмейера объемом 500 мл, стерилизовали в автоклаве при температуре 115°С в течение 30 минут. Затем среду засевали культурой микроорганизмов вместе с фрагментом скошенной агаризованной среды. Культивирование проводили на лабораторной круговой качалке со скоростью вращения 220 об/мин при температуре 28°С в течение 120 часов.
Выросшие культуры суспендировали, смешивали и подвергалии многократным пассажам. Полученная смешанная культура представляет собой консорциум микроорганизмов, включающий представителей бактерий родов Bacillus, Pseudomonas, а также грибов родов Aspergillus, Trichoderma, Penicillium, Fusarium. Колонии видов указанных родов при культивировании на плотных питательных средах (МПА, Сабуро, Чапека-Докса, Райстрика, сусло-агаре) характеризуются типичными для них ростовыми и культурально-морфологическими параметрами.
Пример 1.
Для проведения производственного эксперимента в условиях ООО «Биогенезис» было сформировано два варианта эксперимента - опытный и контрольный, для каждого из которых использовали пять ящиков с целлюлозосодержащими отходами (измельченная пометная подстилка сельскохозяйственной птицы с содержанием целлюлозы 18,6 мас. % (1116 г на 6000 г сухого субстрата), заселенных личинками Hermetia illucens. Плотность распределения личинок составляла 4 особи на 1 см2, то есть 8976 особей на ящик. Масса субстрата влажностью 60% составляла 15 кг на ящик. В контейнеры опытной группы трехкратно с трехсуточной периодичностью вносили суспензию целлюлозолитических микроорганизмов микрофлоры кишечника личинок жука-дровосека.
По итогам культивирования проводили оценку накопления сырой биомассы личинок Hermetia illucens, степень конверсии субстратного материала, а также содержание остаточных количеств целлюлозы в субстрате. Трехкратное внесение жидкого инокулюма целлюлозолитических микроорганизмов микрофлоры кишечника личинок жука-дровосека интенсифицирует процесс биопереработки отходов со значительной долей целлюлозы. Суммарная биомасса сырых личинок в ящиках опытных вариантов составляет 1275 г на 15 кг субстрата 60% влажности. В контрольных ящиках аналогичный показатель находится на уровне 1056 г на 15 кг субстрата 60% влажности. Таким образом, превышение показателя в опытном варианте составляет 20,7%. Величина биоконверсии субстрата в опытном варианте превышает таковую в контрольном на 36%. Остаточное содержание целлюлозы от исходного (1116 г) значения в опытном и контрольном варианте составляет 469 г, т.е. 42% и 859 г, т.е. 77% соответственно.
Пример 2.
Для проведения производственного эксперимента в условиях ООО «Биогенезис» было сформировано два варианта эксперимента - опытный и контрольный, в каждом из которых использовали пять ящиков с модельными целлюлозосодержащими материалами (дробленое пшеничное зерно, смешанное с измельченной пшеничной соломой в соотношении 3:1 по сухой массе с общим содержанием целлюлозы 11,4% (684 г на 6000 г сухого субстрата) и заселенных личинками Hermetia illucens. Плотность распределения личинок составляла 4 особи на 1 см2, т.е. 8976 особей на ящик. Масса субстрата влажностью 60% составляла 15 кг на ящик. В контейнеры опытной группы трехкратно с трехсуточной периодичностью вносили суспензию целлюлозолитических микроорганизмов микрофлоры кишечника личинок жука-дровосека.
По итогам культивирования проводили оценку накопления сырой биомассы личинок Hermetia illucens, а также степень конверсии субстратного материала. Внесение жидкого инокулюма целлюлозолитических
микроорганизмов микрофлоры кишечника личинок жука-дровосека интенсифицирует процесс биопереработки отходов со значительной долей целлюлозы. Суммарная биомасса сырых личинок в ящиках опытных вариантов составляет 1432 г на 15 кг субстрата 60% влажности. В контрольных ящиках аналогичный показатель находится на уровне 1121 г на 15 кг субстрата 60% влажности. Таким образом, превышение рассматриваемого показателя в опытном варианте составляет 27,7%. Величина биоконверсии субстрата в опытном варианте превышает таковую в контрольном на 43%. Остаточное содержание целлюлозы от исходного значения (684 г) в опытном и контрольном варианте составляет 239 г т.е. 35% и 568 г т.е. 83% соответственно.
Способ получения кормового белково-липидного концентрата из отходов органического происхождения, заключающийся в том, что выращивают биомассу личинок Hermetia illucens на отходах органического происхождения и осуществляют их ферментацию, отличающийся тем, что в качестве отходов органического происхождения используют измельченные целлюлозосодержащие отходы влажностью 50-70%, а ферментацию отходов осуществляют комплексом микроорганизмов, культивированным из кишечной микрофлоры личинок жука-дровосека одновременно с выращиванием биомассы личинок, при этом указанный комплекс микроорганизмов вносят в виде суспензии со значением КОЕ не ниже 107 в количестве 3-5% от массы отходов в начале периода выращивания и повторно не менее двух раз в течение периода выращивания, по истечении 7-15 суток с начала выращивания личинки отделяют, высушивают и измельчают.
