Способ получения кормового белка и устройство для его осуществления

Способ получения кормового белка и устройство для его осуществления

Реферат

 

Используется в сельском хозяйстве. Относится к способам получения кормового белка и устройствам для осуществления данного способа. Способ получения кормового белка, например из свиного навоза с примесью твердых веществ, включает культивирование дрожжей рода Candida utilis, аэрацию и перемешивание культуральной суспензии. В жидкий навоз, содержащий 0,5 - 0,9% твердых веществ в качестве источника углерода, вводят синтетический этанол, периодически добавляют раствор солей сернокислого марганца и сернокислого цинка, а каждую порцию жидкого навоза титруют фосфорной кислотой до pH 4,0 - 4,5. Устройство для осуществления способа содержит вертикальный цилиндрический корпус, аэратор и устройство для перемешивания, при этом корпус выполнен в виде двух герметичных секций, соединенных между собой воздушным коллектором и перепускными трубами с заслонками. На одной из секций установлено приспособление для поочередного отвода отработанного воздуха из секций. Перепускные трубы расположены под углом 30 - 40^o к поверхности аэратора. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к способам получения кормов для сельскохозяйственных животных и птиц.

Производство кормового белка путем микробиологического синтеза в значительной мере восполняет дефицит белкового питания в кормовом питании сельскохозяйственных животных и птиц. Экскременты животных, в частности, навоз свиней, могут служить хорошим сырьем для выращивания высокопродуктивных быстрорастущих штаммов дрожжей, способных активно ассимилировать из среды биогенные элементы и накапливать при этом значительное количество биомассы с содержанием до 60% истинного белка. Навоз свинец содержит все необходимые элементы, за исключением углеводородов (при небольшом дефиците марганца и цинка) для выращивания дрожжей [1] Известен способ получения богатой белком биомассы дрожжей на жидком навозе свинец, подвергнутом предварительной обработке гидролизом для расщепления трудноусвояемых веществ [2] Однако процесс гидролиза по данному способу является длительным и, кроме того, при кислотном гидролизе образуют вредные вещества, например, фурфурол и др. которые переходят в питательный субстрат и снижают его качество, так что полученный корм пригоден для кормления нежвачных животных.

В настоящее время установлена возможность выращивания дрожжей и на негидролизованных навозных стоках: в ФРГ разработан способ утилизации навоза свинец с помощью дрожжей с получением кормового белка [3] Отличительной особенностью этого способа является предварительная многоступенчатая адаптация дрожжей в растворе мочевины или в разбавленных фекальных водах с концентрацией, нарастающей от 1 до 20% Культивировались дрожжи Candida utilis Candida robusta, Candida tropicalis. Ферментация длилась 20 ч. Средний выход биомассы дрожжей составил 2 кг/м³, содержание белка в сухой биомассе 46-61% Недостатками данного способа являются сложность технологического процесса и малый выход дрожжей.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ переработки экскрементов свиней в кормовую добавку в емкости с перемешивающим и аэрирующим устройствами, предусматривающий культивирование дрожжей рода Candida utilis на навозном субстрате, содержащем от 1 до 20% твердых веществ, добавление пекарских дрожжей и сахара (как источника углерода) при поддержании температуры 24-34^оС рН 4,0-6,5; аэрирование среды воздухом и ведение процесса методом отлив-долив: часть переработанной суспензии периодически удаляется, а аналогичный объем отходов подается в емкость. В результате получают белковую кормовую добавку.

Известное устройство, выбранное в качестве прототипа представляет собой открытую вертикальную цилиндрическую емкость, снабженную аэрирующим и перемешивающим устройствами [4] По известному способу в известном устройстве осуществлялась переработка экскрементов свиней с содержанием твердых веществ 9% с помощью дрожжей рода Candida utilis. Рабочий объем перерабатываемой суспензии составлял 133 л (35 галлонов), расход воздуха 100 л/мин (0,75 л/л мин). Каждые 12 ч выгружалось 9,5 л белкового корма и загружалось 9,5 л отходов, следовательно производительность способа (проток) составил 1/160 ч^-1. Ниже приведено содержание в кормовой добавке аминокислот, мас. в сухом состоянии: Лизин 1,03 Валин 0,88 Гистидин 0,36 Метионин 0,34 Аргинин 0,91 Изолейцин 0,75 Аспарагиновая Лейцин 1,44 кислота 1,51 Тирозин 0,63 Пролин 0,82 Фенилаланин 0,83 Глицин 0,98 Триптофан 0,1 Аланин 1,66 Однако известный способ, осуществляемый в известном устройстве, неприменим из-за низкой производительности на свинокомплексах, где количество жидких стоков достигает 1000 м³ в сутки и более, а использование дорогостоящих продуктов сахара и пекарских дрожжей и механического перемешивания делают данный способ и устройство экономически невыгодным. Кроме того, периодические добавление новой порции отходов без предварительной их обработки фосфорной кислотой существенно ухудшает условия метаболизма дрожжевых клеток.

Белковый продукт, полученный по известному способу, содержит до 12% твердых веществ, в которых остается трудноусвояемый белок, что также снижает качество корма.

Целью предлагаемого способа и устройства является увеличение выхода биомассы, интенсификация процесса и обеспечение высокого качества белкового корма.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения кормового белка из жидкого навоза свиней с примесью твердых веществ, включающем культивирование дрожжей рода Candida utilis, аэрацию и перемешивание культуральной суспензии, в жидкий навоз, который содержит твердых веществ 0,5-0,9% вводят в качестве источника углерода синтетический этанол, а для восполнения дефицита марганца и цинка периодически добавляют раствор солей сернокислого марганца и сернокислого цинка. Для улучшения условий метаболизма дрожжевых клеток каждую порцию жидких отходов, добавляемую в культуральную суспензию, титруют фосфорной кислотой до рН 4,0-4,5.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для получения кормового белка, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, аэратор и устройство для перемешивания, корпус выполнен в виде двух герметичных секций, которые для осуществления перемешивания суспензии соединены воздушным коллектором и перепускными трубами с заслонками. На одной из секций установлено приспособление для поочередного отвода отработанного воздуха из секций.

Выходной конец перепускной трубы расположен под углом 30-45^о к поверхности аэратора для турбулизации среды и диспергирования выходящего из аэратора воздуха.

Приспособление для поочередного отвода отработанного воздуха состоит из клапанной коробки, которая управляется поплавком, соединенным с клапанами штангой.

Предложенная конструкция устройства обеспечивает малую энергоемкость при высокой производительности способа: хороший массообмен способствует интенсивному процессу выращивания дрожжей.

П р и м е р. В устройство объемом 2 м³ (каждая секция объемом 1 м³) загружают 1,2 м³ жидкого навоза.

Состав стоков, твердые вещества 0,9% а также, мг/л: азот 380. фосфор 160; калий 176; магний 55; железо 10; цинк 1,4; марганец 0,8; медь 0,01.

Для осуществления ферментации в среду, предварительно оттитрованную фосфорной кислотой до рН 4,0-4,5, добавляют 3 л синтетического этанола, раствор, содержащий по 4,5 г солей MnSO₄ и ZnSO₄, 300 л суспензии дрожжей рода Candida utilis ВСБ-651 (концентрация дрожжей 18 г/л по АСБ). Затем включают подачу сжатого воздуха с давлением 0,025 МПа (0,25 кгс/см²) в объеме 1,5 м³/мин. Максимальное давление в секции во время работы составляет 0,008-0,1 МПа (0,08-0,1 кгс/см²). В процессе ферментации поддерживают температуру 32-33^оС; показатель рН 4,0-4,5 поддерживают титрованием каустика. При кислотности среды 4,0-4,5 подавляется естественная бактериальная микрофлора стоков, рН-оптимум для которой составляет 6,0-7,5. В устройстве осуществляется перемешивание жидкими струями, циркулирующими в перепускных трубах со скоростью 2 м/с. Струи жидкости, направленные трубами на выходящий из аэраторов воздух, диспергируют его и создают в секциях турбулентное перемешивание. Спустя 4 ч, когда концентрация дрожжей в среде достигает 18,4 г/л (по АСБ), содержание азота 57 мг/л, фосфатов 0, цикл выращивания считается законченным. Из устройства сливают 300 л дрожжевой суспензии и добавляют 300 л жидкого навоза, предварительно оттитрованного фосфорной кислотой до рН 4,5. Ферментацию возобновляют, поддерживая в среде концентрацию этанола 2 г/л, Mn и Zn 3 мг/л, температуру 32-33^оС, рН 4,0-4,2. Каждый час осуществляют слив 300 л дрожжевой суспензии с концентрацией дрожжей 16 г/л (по АСБ), азота 5 мг/л, фосфатов 0; и долив 300 л оттитрованных стоков. Таким образом, производительность способа составляет 300 л/ч (проток 1,5 ч^-1). При передавливании жидкой среды из секции в секцию в перепускные трубы втягиваются верхние слои среды, а выбрасывается жидкость в нижней, придонной части секций. При такой гидродинамической обстановке в секциях пенообразование подавлено, и необходимость добавлять химический пеногаситель отпадает. Процесс проводится в течение 15 ч. После фильтрации получают кормовой белок эприн и очищенные сточные воды с содержанием азота 5 мг/л, фосфатов 0. Сточные воды можно сливать в реку, использовать для технический целей или для приготовления пищи сельскохозяйственным животным при влажном кормлении. Полученный корм эприн содержит 55% (по АСБ) протеина. Аминокислотный состав эприна, (по АСБ): Лизин 4,8 Аланин 3,3 Гистидин 1,8 Метионин 0,8 Триптофан 0,8 Валин 2,8 Аспарагиновая кислота 4,8 Изолейцин 2,8 Аргинин 3,2 Лейцин 3,9 Пролин 2,0 Тирозин 2,1 Глицин 2,5 Фенилала- нин 2,5 Кроме перечисленных аминокислот, содержание которых в корме значительно (в 2-4 раза) превосходит содержание аналогичных аминокислот в корме, полученном по способу-прототипу, в состав эприна входит, (по АСБ): Треонин 3,0 Серин 3,0 Глутаминовая кислота 5,8 Цистин 0,6 Данные аминокислоты в составе белкового корма, полученного по способу прототипу, отсутствуют. Эприн богат витаминами, содержит необходимые для жизнедеятельности организма животных минеральные элементы: кальций, фосфор, магний, калий, натрий, железо, марганец, цинк. По питательной ценности эприн близок к высокоценным кормам животного происхождения (рыбная и мясокостная мука) и превосходит жмыхи и шпроты.

Сущность предложенного способа поясняется чертежом, на котором представлено устройство для получения кормового белка.

Устройство содержит две герметичные секции 1 и 2, выполненные в виде вертикальных цилиндрический емкостей. Емкости снабжены технологическими патрубками и контрольными устройствами (на чертеже не показаны), аэраторами 3, расположенные по осям секций. Секции сообщаются между собой перепускными трубами 4 с заслонками 5 для перетока жидкой среды, причем выходной конец трубы расположен под углом 30-45^о к поверхности аэратора 3. На крышке одной из секций установлено устройство для поочередного отвода отработанного воздуха из секций, состоящее из коробки 6 с клапанами 7 и 8, сообщенной с выхлопным коллектором 9, и поплавка 10, связанного с клапанами 7 и 8 штангой 11. Поплавок 10 свободно перемещается по штанге 11 между упорами 12.

Аппарат работает следующим образом: секции заполняют жидкой средой, предварительно оттитрованной фосфорной кислотой, вносят необходимое количество этанола, раствора солей марганца и цинка, посевных дрожжей и начинают аэрацию. Всплывший поплавок 10, воздействуя на верхний упор 12, открывает клапан 8. Секция 2 сообщается с атмосферой, а в секции 1 копится воздух, передавливая заданную часть жидкости сверху вниз в секцию 2. Уровень жидкости в секции 1 понижается поплавок 10, воздействуя своим весом на нижний упор 12, переключает клапаны, воздух 1 выходит, а в секции 2 накапливается, жидкость передавливается вниз из секции 2 в секцию 1. Таким образом объем жидкости по перепускным трубам 4, передавливается из секции в секцию в виде струй, направленных под углом на выходящий из аэраторов 3 воздух, диспергируя его и создавая турбулентное перемешивание в секциях.

Из приведенного примера и сравнения его со способом-прототипом видно, что производительность предлагаемого способа получения белкового корма увеличивается (проток 1/160 ч^-1 и 1/5 ч^-1) в 30 раз; для ферментации вместо сахара и пекарских дрожжей используется более дешевый продукт синтетический этанол. В устройстве отсутствует механическое перемешивание. Получаемый корм отличается высоким качеством, за навозные стоки практически не содержат примеси азота и фосфора. Следует отметить, что предлагаемый способ, благодаря высокой производительности, позволяет при больших объемах навозных стоков перейти к непрерывно-проточному методу выращивания кормовых дрожжей в аппарате вытеснения, конструктивно использующем поплавково-клапанное устройство и перепускные трубы, имеющем цилиндрические горизонтальные секции, у которых отношение длины к диаметру равно 20.

Формула изобретения

1. Способ получения кормового белка из свиного навоза с примесью твердых веществ, включающий культивирование дрожжей Candida utilis при аэрации и перемешивании культуральной суспензии, отличающийся тем, что перед культивированием в жидкий навоз, содержащий 0,5 0,9% твердых веществ, в качестве источника углерода вводят синтетический этанол, периодически добавляют раствор солей сернокислого марганца и сернокислого цинка до содержания каждого из них в среде 3 г/м³, а каждую порцию жидкого навоза, добавляемого в культуральную суспензию, титруют фосфорной кислотой до рН 4,0 4,5.

2. Устройство для получения кормового белка, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, аэратор и устройство для перемешивания, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде двух герметичных секций, соединенных между собой воздушным коллектором и перепускными трубами с заслонками, а на одной из секций установлено приспособление для поочередного отвода отработанного воздуха из секций.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выходной конец перепускной трубы расположен под углом 30 45^o к поверхности аэратора.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что приспособление для поочередного отвода отработанного воздуха состоит из клапанной коробки, управляемой поплавком, соединенным с клапанами штангой.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 15.07.1996

Номер и год публикации бюллетеня: 19-2000

Извещение опубликовано: 10.07.2000