Способ переработки сырья с содержанием кератина в легко усвояемый белковый концентрат - кормовую добавку
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ переработки сырья с содержанием кератина в легко усвояемый белковый концентрат – кормовую добавку характеризуется тем, что грубо измельчают содержащее кератин сырье, в качестве которого используют птичье перо и пух, шерсть и щетину, до размера частиц не более 5 мм, затем его тонко измельчают до размера частиц не более 0,2 мм, помол гомогенизируют путем перемешивания и нагрева в диапазоне температур от 30 до 60oС с добавлением воды, нагретую массу ферментируют ферментом, содержащим расщепляющие кератин протеазы, ферментированную массу сепарируют на жидкую и твердую фракции, твердый нерастворимый осадок повторно подвергают в указанном цикле тонкому помолу, гомогенизации, ферментации и сепарации до полной его ферментации. Изобретение позволяет повысить время переработки содержащего кератин сырья, получить богатый комплекс аминокислот в результирующем белковом продукте и обеспечить его усвояемость на уровне не менее 85% при экологической чистоте и низких затратах энергии. 2 ил., 1 пр.
Изобретение относится к технологии получения белкового продукта из перопухового и иного кератинсодержащего сырья (КСС).
Заявляемый способ может быть использован на животноводческих предприятиях для получения важной для животноводства кормовой добавки - легкоусвояемого аминокислотного комплекса. Известно, что кератины отличаются высоким массовым процентом и балансом незаменимых аминокислот для различных хозяйственных животных, что по соотношению аналогично мясу. Однако животные не могут переварить кератины из-за их нерастворимости водой и желудочным соком, что делает необходимым применение способов их переработки до непосредственного потребления.
Из уровня техники известны различные способы переработки КСС, например, перьев и пуха птиц, рогов, копыт, а также негодной для выделки кожи и шерсти сельскохозяйственных животных на основе существующих типов гидролиза: химического, гидротермического и ферментативного, (см., например, Антипова Л.В., Шамханов Ч.Ю. Биоконверсия кератина пера под действием различных ферментных препаратов // Известия ВУЗов. Пищевая технология, №2-3, 2004, стр. 33-35).
Известен способ переработки КСС на корм животным с помощью химического гидролиза, см. патент SU 459209 А1, публ. 05.02.1975, в котором сырье разваривают в воде, сушат и измельчают в муку, затем обрабатывают раствором щелочи в две стадии, без подогрева при температуре 15-25°С в течение 1-5 суток и с подогревом до температуры 90-95°С в течение 6-10 часов, а полученную массу нейтрализуют кислотой. Недостатками известного способа являются его ограниченность применения только переработкой рогов и копыт, долгое время переработки, использование при переработке опасной щелочи и кислоты.
Иной вариант химического гидролиза кератина при температуре от 133 до 152°С используется в способе получения полноценных по аминокислотному составу белковых гидролизатов из кератинового и другого белкового сырья, см. патент SU 294828 А2, публ. 04.02.1971. В предлагаемом способе используется техническая соляная кислота (в среднем 0,5 кг на 1 кг выходного продукта), что делает переработку опасной и неэкологичной. Другим недостатком является сравнительно большая длительность процесса гидролиза от 6 до 10 часов без учета времени на подготовку сырья.
Способ переработки КСС с помощью гидротермического гидролиза, см. патент SU 1757580 А1, публ. 30.08.1992, исключает использование опасных веществ и обеспечивает быструю переработку сырья при помощи водно-тепловой обработки при 120-140°С в течение 20-40 мин, с последующим экструдированием при массовой доле влаги смеси 15-19%, давлении 4-5 МПа в течение 15-30 с. Однако выходной продукт отличается сравнительно низкой усвояемостью (перевариванием) от 67,3% до 76,1%) в приведенных примерах применения.
В более современном способе переработки перопухового КСС с помощью гидротермического гидролиза, см. патент RU 2683560 С1, публ. 28.03.2019, из входного сырья первоначально удаляют влагу путем отжима с помощью его пропускания через спаренные шнеки, затем отжатое сырье с процентом влаги не более 45% прессуют под давлением от 1 до 20 МПа прокручиванием между спаренных шнеков с подачей сырья на уплотняющие конусы, уплотненное сырье затем разрыхляют шнеками и нагревают до температуры от 180 до 260°С, подвергают гидролизу, полученную массу охлаждают путем выгрузки в приемную проветриваемую камеру, далее сушат до достижения 8-12% влажности. Получаемый белковый продукт обладает хорошим процентом усвояемости -не ниже 85%), что удовлетворяет современным требованиям для кормовых добавок. Недостаток указанного способа - высокие затраты энергии на переработку сырья, что вытекает из необходимости воздействия на него высоких температур от 180 до 260°С и давлений от 1 до 20 МПа. Другой недостаток - жесткий высокотемпературный гидролиз, приводящий к разрушению части полезных аминокислот, (см., например, Корочанская С.П., Сторожук П.Г., Быков И.М. Учебно-методическое пособие по биологической химии. - Краснодар: 2015, стр. 12), что негативно сказывается на качестве белкового продукта.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу, является способ переработки КСС, см. патент SU 1397018 А1, публ. 23.05.1988, использующий ферментативный (мягкий) гидролиз при температурах от 37 до 45°С. В указанном способе сырье загружают в варочный котел, заливают водой в соотношении 1:3 и выдерживают при 80-90°С в течение 2-4 ч. Затем гомогенизируют всю массу до однородного состояния и охлаждают до 37-45°С. Добавляют в нее смесь отходов производства препаратов пепсина и гидролизина в соотношении компонентов 7:1:2, доводят рН среды до 1,9-2,2 и в течение 3-6 часов выдерживают. Полученный белковый продукт нейтрализуют едким натром до рН 6,7-7,2. Достигаемая усвояемость белкового продукта от 83,5 до 85%). Недостатком прототипа является необходимость коррекции рН среды с применением опасного едкого натра.
По мнению специалистов, см., например, Антипова Л. В., Шамханов Ч. Ю. Биоконверсия кератина пера под действием различных ферментных препаратов // Известия ВУЗов. Пищевая технология, №2-3, 2004, стр. 33, ферментативный гидролиз обладает рядом преимуществ, прежде всего связанных с получением обессоленных гидролизатов и с мягкими режимами переработки, максимально сохраняющими набор аминокислот природных кератинов. Тем самым, ферментативный «мягкий» гидролиз позволяет получить из КСС наиболее полезный белковый кормовой продукт с наиболее богатым комплексом аминокислот и максимальным его усвоением животными при экологической чистоте производственного процесса (переработка сырья требует только воду и фермент) и низких затратах энергии за счет переработки сырья при низких температурах и давлениях относительно химического и гидротермического вариантов гидролиза.
Задача изобретения заключается в быстрой, дешевой, экологически чистой и полностью безопасной переработке КСС с использованием серийно выпускаемого оборудования в легкоусвояемый белковый продукт (аминокислотный комплекс), идущий в качестве полезной кормовой добавки.
Технический результат изобретения заключается в повышении времени переработки КСС в среднем в 2 раза по сравнению с прототипом, в получении более богатого комплекса аминокислот в результирующем белковом продукте и обеспечении его усвояемости на уровне не менее 85% при экологической чистой и низко затратной переработке сырья.
Техническое решение поставленной задачи и технический результат обеспечивается за счет использования операции грубого помола КСС до размера частиц не более 5 мм, дальнейшего тонкого помола сырья до размера частиц не более 0,2 мм, гомогенизации тонкого помола путем его перемешивания и нагрева в диапазоне температур от 30 до 60°С с добавлением воды и последующей ферментации нагретой массы ферментом, содержащим расщепляющие кератин протеазы, сепарации ферментированной массы на жидкую и твердую фракции. Жидкая фракция представляет собой водный раствор аминокислотного комплекса, твердый нерастворимый осадок подвергается повторно в указанном выше цикле тонкому помолу, гомогенизации, ферментации и сепарации до полной его ферментации.
Сущность изобретения заключается в том, что грубо измельчают содержащее кератин сырье, в качестве которого используют птичье перо и пух, шерсть и щетину, до размера частиц не более 5 мм. затем его тонко измельчают до размера частиц не более 0.2 мм, помол гомогенизируют путем перемешивания и нагрева в диапазоне температур от 30 до 60°С с добавлением воды, нагретую массу ферментируют ферментом, содержащим расщепляющие кератин протеазы, ферментированную массу сепарируют на жидкую и твердую фракции, твердый нерастворимый осадок повторно подвергают в указанном цикле тонкому помолу, гомогенизации, ферментации и сепарации до полной его ферментации. Блок-схема заявляемого способа представлена на фиг. 1.
В экспериментальном примере практической реализации заявляемого способа в качестве исходного сырья использовалось 100 кг куриного пера и пуха, которое в течении 10 минут (с учетом загрузки/выгрузки) первично измельчалось до максимального размера частиц в 5 мм с помощью измельчителя пера «ИП-1М» с производительностью 1 т/ч с постановкой фильеры в 10 мм, затем измельченные перо и пух вторично измельчались до максимального размера частиц в 0,2 мм в течении 2 минут на том же измельчителе «ИП-1М», но с постановкой фильеры с отверстиями 2 мм. Полученный помол загружался с добавлением 500 л воды в диспергатор «РДН-2» с производительностью 3 м3/ч, где производился процесс гомогенизации в течении 30 минут, затем полученная масса загружалась в емкость для ферментации «ЦКТ-0,6» объемом 600 л с добавлением 0,06 кг фермента «Протосубтилин», ферментация проходила в течении 200 минут при температуре массы от 30 до 60°С, после чего ферментированная масса подвергалась сепарации в центрифуге «BR-145» на жидкую и твердую фракции в течении 15 минут. В результате было получено 75 кг сухого вещества в 15% водном растворе легкоусвояемого аминокислотного комплекса с достигаемой степенью усвоения продукта в 90% и 25 кг твердого нерастворимого осадка, который также может быть подвергнут переработке до полного завершения ферментации. Тем самым, весь технологический процесс по заявляемому способу является экологически чистым, не требующим специальных разрешений и условий труда. При этом процесс получения белкового продукта из 100 кг сырья по заявляемому способу в конкретном примере занял 4 часа 5 минут при фактических затратах 8 кВт*ч электроэнергии. Указанный результат в 2 раза в среднем быстрее способа-прототипа, который занимает от 5 до 10 часов рабочего времени и экономичнее примерно в 3 раза по затратам электроэнергии, что полностью отвечает заявленному техническому результату. Описанный пример реализации наглядно представлен на фиг. 2.
Способ переработки сырья с содержанием кератина в легко усвояемый белковый концентрат – кормовую добавку, характеризующийся тем, что грубо измельчают содержащее кератин сырье, в качестве которого используют птичье перо и пух, шерсть и щетину, до размера частиц не более 5 мм, затем его тонко измельчают до размера частиц не более 0,2 мм, помол гомогенизируют путем перемешивания и нагрева в диапазоне температур от 30 до 60oС с добавлением воды, нагретую массу ферментируют ферментом, содержащим расщепляющие кератин протеазы, ферментированную массу сепарируют на жидкую и твердую фракции, твердый нерастворимый осадок повторно подвергают в указанном цикле тонкому помолу, гомогенизации, ферментации и сепарации до полной его ферментации.
