Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка биотехнологии кормовых добавок с использованием отходов гидролизно-дрожжевых производств

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Разработка биотехнологии кормовых добавок с использованием отходов гидролизно-дрожжевых производств"

^ -

На правах рукописи

Я УДК 663.14:66.152.3.09:636.087.24(043.3)

\

КУЛИКОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИИ КОРМОВЫХ ДОБАВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ГИДРОЛИЗНО-ДРОЖЖЕВЫХ

ПРОИЗВОДСТВ

Специальность 03.00.23 - Биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1998 г.

Работа выполнена в АООТ "Павловские комбикорма" (г. Павлово, Нижегородец

обл.)

Научный консультант:

член-корреспондент МИЛ, доктор технических наук, профессор Винаров Л.Ю.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Борисенко Е.Г.

кандидат технических наук, главный специалист ОАО "Институт перерабатывающ промышленности " Кожарова Л. С.

Ведущая организация: Болшевский комбикормовый завод (Моск. обл.)

Защита диссертации состоится ¿Г" с^СО'^ 1998 г. в час. В

заседании диссертационного Совета К 063.51.04 при Московском Государственн' Университете пищевых производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, 1

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГУПП.

Ученый • секретарь диссертационного Совета, к.т.н., доцент

ТИХОМИРОВА О.И.

ABSTRACT

Kulikov V.A. "Development of the biotechnology of fodder additives with using of waste products of hydrolyze-yeast productions".

Dissertation on degree of the candidate of technical science was written on speciality "Biotechnology", Moscow State University of Food Productions, Moscow, 1998. 5 scientific papers. Mentioned above dissertation contain the results of experimental research is the field of studying the new fillers of premixes - fodder lignin. As it was stated, fodder lignin completely corresponds to the requirement to the filler of premix. During feeding the animals with premixes, overweight animals increases and the losses of cattle reduce. The industrial inculration of he "know-how" technology of fodder lignin and premixes on its basis in carried out. Using of the premix obtained for poultry was approbated on the poultry farms of Nizhniy Novgorod Region.

-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Удовлетворение потребительского спроса на животноводческую продукцию в условиях перехода к рыночной экономике во многом зависит от обеспечения прочной кормовой базы, повышения эффективности производства качественных кормов, улучшения их кормовых достоинств на основе последних достижений в области биотехнологии, биохимии и технологии получения комбикормов.

При использовании полноценного комбикорма, оптимально сбалансированного по всем питательным веществам, значительно (до 100%) повышается продуктивность животных, существенно сокращаются сроки откорма (до 20 дней) и сокращается расход кормов на единицу продукции (до 50-60%).

Проблема научно обоснованного балансирования комбикормов и копмовых рационов по комплексу питательных веществ (белку, аминокислотам, витаминному и минеральному еоставу) на основе последних достижений биохимии, микробиологии, биотехнологии приобретает с каждым годом все большее значение в связи с использованием этих веществ в животноводстве как основного источника питания. Основой этих питательных веществ являются биологически активные вещества (БАБ) - соли микро- и макроэлементов, витамины, антибиотики, лечебные препараты, ферменты, аминокислоты, энергетически потенциальные компоненты и др., вводимые в составе кормовых добавок, премиксов и обеспечивающие не только нормальный рост и развитие животных, но и участвующие во всех физиологических процессах организма животных и птиц и влияющие на состав и качество конечной продукции (мясо, молоко, яйцо и др.).

Достигнутые успехи в области биотехнологии и технологии комбикормов еще не достаточно полно удовлетворяют требованиям практики в ','иду усложнения расчетов рецептур, трудностей оперативного внесения коррекций в рецептуры с учетом фактической содержания БАВ в исходном комбикорме, физиологических потребностей в БАВ скармливаемых животных и птиц. Для эффективной отдачи от применения высококачественных комбикормов, сбалансированных всеми питательными составляющими, в которых содержатся необходимые стимулирующие добавки, расчет рецептурь» следует производить дифференцированно по природно-климатическим зонам России, используя для повышения оперативности и' эффективности расчетов современную вычислительную технику. Такой дифференцированный подход позволит значительно повысить отдачу от процедуры составления оптимальных

рецептур кормовых добавок, премиксов, выгодно отличаясь от доминирующего до сих пор приемов добавлять один и тот же премикс во все комбикорма в разных регионах России для животных одной группы и возраста. Несмотря на то, что комбикорма более 30-ти лет обогащают БАВ, до сих пор нет единого и научно обоснованного подхода к получению оптимального наполнителя при производстве кормовых добавок. Достаточно хорошо разработаны лишь общие требования, которым должен удовлетворять наполнитель. Поэтому проблема поиска эффективного наполнителя является весьма актуальной. Особенного внимания требует проблема применения в качестве наполнителя кормового лигнина (КЛ) - отхода многих гидролизно-дрожжевых производств.

Цель работы - разработка технологии производства кормовых добавок (премиксов) на основе отходов гидролизно-дрожжевых производств, в частности, кормового лигнина (КЛ) (модифицированного гидролизного лигнина) - нового источника сырья, использование которого призвано способствовать не только улучшению качества готовой продукции, но и высвободить для основного производства (комбикормов) значительное количество дефицитного биологического сырья (зерна, дрожжей, шрота, отрубей), а также снизить экологическую нагрузку на природу, а для гидролизно-дрожжевых заводов - создать малоотходную технологию.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- научно обоснована и разработана технология получения КЛ с использованием отходов гидролизно-дрожжевых производств;

- исследованы . физико-технологические, теплофизические, электростатические, гигроскопические, пожаровзрывобезопасные свойства КЛ, а также наполнителей с ним и комбикормов, обогащенных премиксом сКЛ;

- дана микробиологическая оценка КЛ, премиксов с его использованием и комбикормов, обогащенных премиксом с КЛ;

- разработана математическая модель, описывающая основные показатели процесса смешения в зависимости от размера частиц КЛ, его влажности и длительности процесса;

- исследована динамика изменения показателей качества кормовых добавок с использованием КЛ в процессе хранения;

- установлено, что использование КЛ в качестве кормовой добавки к комбикормам имеет ряд существенных преимуществ перед традиционными добавками: не требует сушки; способствует большему выпариванию влаги из материала; имеет удовлетворительную сыпучесть, гигроскопичность, меньшую, чем измельченное зерно электростатическую активность;

»•

адсорбционная активность на уровне и выше активированного угля; обладает хорошей адсорбцией холестерина и др.

Практическая ценность работы. Внедрены рецепты кормовых добавок с использованием в качестве наполнителя KJI - отхода гидролизно-дрожжевых производств, который оказался значительно лучше пшеничных отрубей по физико-технологическим свойствам: он практически не требует сушки, способствует большему выпариванию влаги из материала, имеет удовлетворительную сыпучесть, обладает значительно меньшей по сравнению с отрубями гигроскопичностью, меньшей чем дробленое зерно и одинаковой с пшеничными отрубями электростатической активностью, практически не содержит солей тяжелых металлов, пестицидов и других вредных и токсических веществ, способствует снижению содержания бактерий и микромицентов в процессе хранения премиксов и комбикормов с ними. N

Проверка разработанной технологии в производственных условиях подтвердила правильность полученных экспериментальных данных и показала, что коэффициенты вариации распределения витамина А, микроэлементов Мп и Fe удовлетворяют требованиям ГОСТ 26573.0-85. Установлена достаточно высокая кормовая ценность комбикорма с КЛ. Скармливание данного комбикорма сельскохозяйственной птице яичного направления, реализованное на ряде птицефабрик страны, показало высокую эффективность и позволило получить значительную дополнительную прибыль.

Даны рекомендации по реконструкции или строительству новых комбикормовых предприятий, где предусмотрены линии приготовления премиксов (цехов или заводов премиксов).

Апробация работы. Основные результаты были заслушаны и обсуждены на расширенном семинаре по производству комбикормов на предприятиях системы хлебопродуктов и сельского хозяйства (В-12 апреля 1996 г., Москва); на 4-ом Международном Конгрессе по органическим отходам и биоконверсии (Киев, июнь 1996 г.); на Международной конференции по кибернетике (Москва, октябрь 1996 г.).

Публикация результатов. По результатам исследования опубликовано 5 научных работ: 2 статьи; тезисы 3-х докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы. Работа содержит 160 страниц машинописного текста, 26 рисунков и 32 таблицы. Список литературы включает 150 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во вступлении .обоснована актуальность темы диссертации, ее народнохозяйственное значение, сформулирогана цель работы.

В первой главе на основе обзора отечественной и зарубежной литературы дано современное состояние проблемы балансирования комбикормов биологически активными веществами, подчеркнута важность этой проблемы в связи с использованием комбикормов в качестве основного источника питания на животноводческих комплексах и птицефабриках. БАВ (витамины; соли микроэлементов, антибиотики; ферменты, лекарственные препараты; успокаивающие и другие вещества, улучшающие вкус и запах продукции; антиоксиданты и консерванты, замедляющие окислительные процессы и подавляющие развитие микрофлоры и т.п.) обеспечивают через участие во всех физиологических процессах организма животного или птицы нормальный рост, развитие и активно влияют на состав и качество конечной продукции (мясо, яйцо и ДР-).

Вырабатываемые в настоящее время промышленностью премиксы (однородные смеси измельченных до необходимой крупности микродобавок и наполнителя, используемые для обогащения комбикормов и белково-витаминных добавок) не вполне удовлетворяют потребности комбикормовой промышленности в них ни по объему производства, ни по качеству, поскольку на сегодняшний день для всех почвенно-климатических зон России премиксы вырабатывают по единой рецептуре, которая не учитывает фактического состава исходных компонентов. В настоящее время как наполнитель в премиксах используют различные виды ценного сырья (например, продукты переработки пшеничного зерна и др.), однако выбор его научно не обоснован, экономически не целесообразен, разработаны лишь общие требования к наполнителю. Перспективным наполнителем может стать кормовой лигнин (модифицированный гидролизный лигнин), запасы которого достаточны, а использование на сегодняшний день мало эффективно. Гидролизный лигнин (ГЛ) нашел широкое использование в различных отраслях промышленности: в медицине, в ветеринарии; как консервирующая добавка при силосовании кормов; для стабилизации каротина; в дрожжевой промышленности; как органическое удобрение и т.п.

Возможность использования модифицированного ГЛ, т.е. КЛ, как наполнителя при производстве премиксов не изучена. Это определило цель настоящей работы - научное и практическое обоснование эффективности использования КЛ как наполнителя при производстве премиксов.

■ Вторая глава посвящена описанию экспериментальной базы, состоящей из лабораторного и производственно-технологического оборудования, объекта и программы исследования, методики исследования физико-технологических, биохимических и теплофизических свойств КЛ и премиксов на его основе. Дан подробный перечень показателей исследуемых свойств и приведены ссылки на литературные источники, в которых изложены многие из используемых методик экспериментального исследования.

Особое внимание уделено одной из наиболее важных стадий производства преирксов - процессу смешивания компонентов. Для достоверного описания процесса смешивания компонентов и сокращения количества опытов были использованы методы планирования экспериментов, включающие кодирование переменных, оценку значимости коэффициентов регрессий, проверку адекватности уравнения по критерию Фишера, определение критерия достоверности экспериментов по критерию Стьюдента.

Наконец, разработана оригинальная экспериментальная методика определения адсорбционных свойств КЛ, оценки санитарного качества КЛ и премиксов на его основе' с применением метиленовой сини в качестве красителя, что позволяет просто и оперативно оценивать качество исследуемого материала.

В третьей главе основное внимание уделено исследованию свойств кормового лигнина (КЛ) как модификации гидролизного лигнина (ГЛ). ГЛ представляет собой биополимер природного происхождения с разветвленной фекрл-пропановой структурой. Использование ГЛ в кормопроизводстве основано на его высокой адсорбционной способности, благодаря которой он поглощает и прочно удерживает на высокоразвитых поверхностях болезнетворные бактерии, токсины, холестерин, находящиеся в пищеварительном тракте животных и птицы. Именно этим объясняется лечебно-профилактический эффект ГЛ. Однако, ГЛ имеет ряд недостатков, наличие которых обусловило необходимость разработки специальной кормовой формы лигнина - КЛ. При этом в ГЛ дополнительно вводят гидроокись кальция и гидроокись меди. Гидроокись кальция насыщает ГЛ ионами кальция, что позволяет избежать связывания кормового кальция с ГЛ и, следовательно, вывода этих ионов из организма животных. Кроме того, при этом частично нейтрализуется кислота, содержащаяся в лигнине (до рН = 4,5-5,5), что значительно уменьшает его химическую агрессивность. 'Гидроокись меди, обладающая бактерицидными свойствами, позволяет снизить обсемененность КЛ и комбикорма, увеличить сроки их сохранности.

■Рис.1. Зависимость электростатической активности ЭСА,у«е. наполнителей премиксов от влажности наполнителей со , % : I - дробленое зерно пшеницы; 2 - кормовой лигнин; 3 - пшеничные отруби.

Рис»2„ Зависимость электростатической активности ЭСА.у.е. разных образцов кормового лигнина от его влажности о) ,% : I - КЛ (контроль); 2 - КЛ с цетавлоном ( г% ПАВ в КЛ -ввод в растворе); 3 - КЛ с цетавлоном ( X% ПАВ в КЛ -ввод в растворе); 4 - КЛ с цетавлоном ^ 2% ПАВ в КЛ -ввод в сцпучем виде)«

Рис.3. Изменение влакности испытуемых материалов в зависимости от времени сушки ,мин (начальная влажность 23$): I - отруби; 2 - отруби 2% цетавлона; 3- кормовой лигнин; 4 - кормовой лигнин 2% цетавлона.

Рис А. Изменение влажности испытуемых материалов-ы ,% в зависимости от времени сушки Т , мин (начальная влажность со© = 68%): I - отруби; 2 - отруби + 2% цетавлона; 3 - Ю1+ 1% твина-80; 4- - кормовой лигнин; 5 - КЛ + 2$> цетавлона.

Выборочное исследование химического состава показало, что содержание в КЛ основных элементов следующие. Зола: 3,5-14,7%; углерод общий: 42,9-50,8%; азот общий: 0,39-0,54%; отношение С : О: 75 : 117,3; азот аммиачный: 2,2-7,6 г/100 кг. Значение pH соответствует условиям, обеспечивающим сохранность БАВ в премиксе на основе КЛ и составляет pH 4,0-6,0. В золе КЛ содержится: СаО - 32,0%; MgO - 0,6%; Fe203 - 16, 0%; S1O2 - 49,5%; Р2О5 - 1,5%. Содержание Рв при использовании КЛ в комбикормах ниже ПДК в 2,5 раза и составляет 4 мг/кг. В КЛ не обнаружены такие пестициды, как а, ß, у - гексахлорциклогексаны, гектахлор, фозанол, рогор, прометрин, отразан, прозарин, симазин.

Изучены физико-технологические, теплофизические,

гигроскопические, сорбционные свойства , КЛ, установлена его удовлетворительная электростатическая активность и хорошая пожаробезопасность. Некоторые результаты исследований приведены на рис.1, 2,3,4 I

Микробиологические исследования по степени сорбции показали, что КЛ улучшает ветеринарное и санитарное состояние комбикормов и премиксов. Он способен выводить из бактериальной взвеси до 45% клеток Bacillus cereus и Esherichia coli; до 30% Bacillus subtilis и Bacillus macerans; 10-15% энтерококов, Bacillus licheniformis и Erwinia herbiola. Кроме того, КЛ не обладает способностью адсорбировать .хлористый натрий, рибофлавин, тирозин и лейцин; незначительно адсорбирует крахмал, трипсин, альбумин; хорошо адсорбирует холестерин.

Таким образом, КЛ является ценным биохимическим и кормовым сырьем, удовлетворяющим всем требованиям, предъявляемым к наполнителям премиксов, поскольку: а) крупность частиц КЛ не превышает 1 мм; б) он обладает хорошей сцепляемостыо с микро- и макроэлементами; в) объемная масса КЛ находится в Пределах 0,25-0,35 т/м3; г) массовое содержание влаги в КЛ находится в пределах 6-13%; д) он нейтрален по отношению к БАВ; е) проявляет бактерицидные свойства; ж) характер изусгся удовлетворительной теплопроводностью; и) имеет удовлетворительные электростатические свойства и

пожаровзрывобезопасен; к) может практически полностью заменять собой пшеничные отруби.

Четвертая глава посвящена разработке" технологических схем производства кормового лигнина и премиксов на его основе. Основу технологии производства КЛ составляют: обогащение гидролизного лигнина медно-кальциевыми солями, двухступенчатая сушка, отсеивание мелкой и крупной фракций. Более детально технологическая схема производства КЛ представлена на рис.5.

Мелкий щебень, механические примеси на

свалку

БР

Транспортировка и дозирование сырого лигнина и минерального наполнителя

•ТП

Сушка лигнина: 1-я и 2-я ступень

Сырой лигнин из сцеж ГСЦ Влажность до 65 %

Сепарирование сухого лигнина от дымовых газов и водяных паров

Дымовые газы Т = 450-650°С

Отработанные

дымовые газы -

Выброс в атмосферу

и водяные пары

• Г

ВР Транспортирование сухого лигнина

Подмешивание Са-содер-жащего компонента и сернокислой меди

ТП Расфасовка смеси

ОБВ Промывка и осаждение уносов лигнина

ОБО Отстаивание

Сточные воды *

Шлам на свалку

Рис.5, Технологическая схема производства кормового лигнина.

С учетом того, что KJ1 (как наполнитель премиксов) по своим технологическим свойствам близок к отрубям, производство премиксов на базе КЛ осуществляется на стандартном оборудовании с использованием норм технологических режимов, разработанных для смесей витаминов и микроэлементов с отрубями. Отличие в технологии получения премиксов на базе КЛ от стандартной схемы состоит только в линии подготовки наполнителя. Так как производство и подготовка КЛ • наполни'.'г:ля совмещены, то нет необходимости в цехе премиксов подготавливать наполнитель (сушить, дробить, просеивать). Технологическая схема упрощается и представляет собой линию ввода наполнителя КЛ - прием, хранение и дозирование.

Основным процессом технологической схемы производства премиксов является смесеобразование. При производстве премиксов смесители применяют: а) при подготовке предсмесей микроэлементов (средних компонентов); б) при подготовке холин-хлорида; в) при подготовке предварительных смесей микроэлементов. Введение нового компонента в состав премиксов - КЛ и отсутствие данных по оптимальной организации процессов смешения вызвало необходимость постановки ряда экспериментов . rio смешиванию. Для определения таких значений характеристик КЛ, которые обеспечивали бы лучшее распределение микро-и макросоставляющих премикса, был поставлен трехфакторный эксперимент по исследованию влияния крупности частиц, влажности лигнина и продолжительности смешивания на однородность премикса. Некоторые результаты обработки экспериментальных данных на ПЭВМ методами планирования эксперимента представлены на рис.6, 7, 8.

В результате удалось установить, что увеличение влажности уменьшает коэффициент вариации, поэтому оптимальным значением влажности в пределах выбранного интервала является 5%; при любой крупности частиц оптимальное время смешивания составляет 9,0 мин.; уменьшение коэффициента вариации наблюдается при увеличении крупности частиц и достигает минимума при 0,6 мм; коэффициент вариации при этих значениях составил 3,5%.

Доказано, что к?ждый из исследованных компонентов премикса достигает наибольшей однородности смеси при смешивании в разное время, поэтому приготовление премиксов необходимо вести поэтапно, составляя предсмес»! компонентов премикса, где бы не только учитывалась химическая инертность их друг к другу, но и оптимальное время смешивания каждого компонента. Проведенные исследования по нахождению оптимальных норм технологических режимов при производстве премиксов на основе КЛ дают результаты, которые могут

13 ^мин

Рис.6. Зависимость коэффициента неоднородности смеси у , % от влажности со , % и продолжительности смешиваният , мин при крупности частиц кормового лигнина М=0,4 мм: I -У =3,5%; 2 - 4,0%; 3 - 4,5%; 4 - 5,07»; 5 - 5,5%; б - 6,0%; 7 - 6,556; 8 - 7,0%.

13

Рис.7» Зависимость коэффициента неоднородности смеси У , % от

крупности частиц М,нм и продолжительности смешивания Т,мин при влажности кормового лигнина<о = 5 %: I - ^ = 4,0%; г - 3,5%; 3 - 4,0%; 4 - 5,0%; 5 - 6,0%; б - 7,0%.

¿0

{5

У//о

М>

Т}нин

Рис.8. Зависимость коэффициента неоднородности распределения компонентов префикса у , % от продолжительности смешиванияТ,ыи Наполнитель - КЛ: I - витамин А; 2 - марганец с/к; 3 - железо с 4 - медь с/к; 5 - витамин В2. Наполнитель - отруби: б - витамин

5

быть использованы на практике при проектировании цехов премиксов с целью оптимизации и. удешевления технологии получения премикса с использованием в качестве наполнителя КЛ.

Пятая глава посвящена биологической оценке эффективности использования КЛ и 'комбикормов, обогащенных премиксами нг основе КЛ, путем постановки зоотехнических исследований на лабораторных животных и научно-хозяйственных опытов в производственных условиях.

Зоотехнический исследования в лабораторных условиях проводились на белых крысах. При этом кормовые качества КЛ оценивали з трех сериях опытов. В первой серии опытов (использовалось 30 белых крыс) КЛ вводили вместо зерна в течение 20 дней; прирост живой массы получили на 16,4% выше, чем в контрольной группе. Во второй серии опытов (кормление 22-х белых крыс в течение 10 дней) уточнялось оптимальное содержание КЛ в корме, при котором наблюдался максимальный прирост живой массы: максимальное увеличение прироста живой массы наблюдалось в корме с содержанием 1% КЛ, хотя кормовая ценность комбикорма оказалась высокой при 0,5% вводе КЛ в корм. В третьей серии опытов на 22-х месячных белых крысах в течение 96-ти дневного кормления изучали влияние комбикорма, содержащего 1% КЛ на прирост живой массы самцов и самок...

На белых' крысах проведены опыты по определению активности органоспецифических " ферментов в сыворотке крови." Избранные ферментные тесты позволили оценивать состояние печени (трансаминазы и ингибитора трипсина), желчевыводящих путей и почек (щелочная фосфатаза и лейцинаминопептидаза), поджелудочной железы (а-амилаза). Результаты исследований представлены в таблице, из которой следует, что содержание белка и активность органоспецифических ферментов в сыворотке крови опытной группы крыс, получавшей с кормом в течение 3,5 месяцев КЛ в дозе 1% к массе корма, не отличаются от контрольных показателей:

Таблица

№ пп Показа! ели Контроль Опыт

1 Общий белок, % 7.80±0.30 7.70±0.40

2 Аспартаттрансаминйза, ед/мл 32.00±5.00 36.00±6.00

3 Аланинтрансаминаза, ед/мл 45.00±6.00 46.00±6.00

4 Щелочная фосфотаза, мк-кат/л 4.2810.61 • 4.15±0.57

5 а-Амилаза, мк-кат/л 65.00+6.80 6!.20±5.90

6 Лейцинаминопептидаза, мк-кат/л 12.00±0.75 '11.20±1.32

7 Ингибитор трипсина, г/л 1.55±0.08 1.58±0.11

Таким образом, проведенные исследования на белых лабораторных крысах свидетельствуют о полной безвредности КЛ, способности его не снижать и даже несколько увеличивать живую массу животных, что свидетельствует об эффективности и целесообразности использования КЛ в качестве компонента комбикорма, поскольку кормовая ценность комбикорма увеличивается в среднем на 9%.

Опытно-промышленные эксперименты на птицефабриках позволили сделать следующие выводы: 1) премикс с наполнителем КЛ можно применять с 1-10-20 дня жизни цыплят до 3-4 месяцев; 2) премикс с наполнителем КЛ способствует сохранности птиц на 1,0-1,7%; 3) премикс повышает количество- гемоглобина и эритроцитов в крови соответственно на 2,0% и 2,7%, что улучшает лейкоформулу крови; 4) премикс с КЛ повышает средний ..прирост живой массы цыплят яйценоских пород на 10,6%, улучшает кормовую ценность корма на 18,8%,, увеличивает яйценоскость птицы с 55 до 60%; повышает прирост живой массы цыплят-бройлеров на 5-8%.

Ветеринарно-санитарной экспертизой установлено, что показатели качества белка мяса птиц, которые с первых дней жизни получали корм с 1,0% лигнина, на 23% лучше, чем в контрольной группе.

ВЫВОДЫ

1. Разработана технология производства кормового лигнина из гидролизного лигнина и технология производства премиксов с использованием кормового лигнина как наполнителя в премиксах вместо пшеничных отрубей. "

Кормовой лигнин значительно лучше отрубей по физико-технологическим свойствам - он практически не требует сушки, способствует большему выпариванию влаги из материала,. имеет удовлетворительную сыпучесть, обладает значительно меньшей по сравнению с отрубями гигроскопичностью, меньшей чем дробленое зерно и одинаковой с пшеничными отрубями электростатической активностью. При температуре до 100°С кормовой лигнин не вступает во взаимодействие с кислородом воздуха, а адсорбционная способность его выше активированного угля, он очень хорошо адсорбирует холестерин.

2. Установлено, что кормовой лигнин соответствует требованию к наполнителю по кормовой ценности - он практически не содержит солей тяжелых металлов, пестицидов и других вредных и токсических веществ, он способствует снижению содержания бактерий и микромицентов в процессе

хранения премиксрв и-комбикормов с ним, кормовой лигнин значительно меньше обсеменен бактериальной микрофлорой.

3. Получена математическая модель процесса смешивания кормового лигнина с БАВ и эмпирическая зависимость однородности смеси при смешивании от влажности кормового лигнина, размера его частиц и продолжительности процесса.

4. Разработаны нормы технологического режима для производства премиксов на основе кормового лигнина и технология его производства. Проверка технологии в производственных условиях подтвердила правильность выводов, полученных на основе экспериментальных данных, и показала, что коэффициенты вариации распределения витамина А, микроэлементов Мп и Ие соответственно составили 7,2; 9,6 и 10,9%. Таким образом, выработанный яремикс отвечает требованиям ГОСТ 26573.0-85.

5. Установлена достаточно высокая кормовая ценность комбикорма с 1% кормового лигнина - прирост живой массы лабораторных белых крыс по сравнению с контролем был выше на 7,9-10,1% (в среднем 9,0%).

6. Научно-производственные опыты на курах-несушках показали, что использование комбикормов, обогащенных премиксом с кормовым лигнином улучшает кормовую ценность корма на 18,8%; обеспечивает меньшую потребность корма на одну голову на 8,4%; снижает расход кормовых единиц на производство 10 яиц на 4,5-4,9%; увеличивает яйценоскость птицы с 55 до 60%; улучшает сохранность птицы на 1,0-1,7%. Установлен прирост живой массы цыплят-бройлеров на 5-6%.

7. Премикс с кормовым лигнином повышает содержание гемоглобина и эритроцитов в крови птиц соответственно на 2,0 и 2,7%, что улучшает лейкоформулу крови.

8. Ветеринарно-санитарной экспертизой установлено, что показатели качества белка мяса птиц, которые с первых дней жизни получали корм с 1,0% лигнина, на 23% лучше, чем в контрольной группе.

9. Полученные данные имеют теоретическое и практическое значение поскольку могут быть" использованы при реконструкции или строительстве новых комбикормовых предприятий, где предусмотрены линии производства премиксов (цехов или заводов премиксов).

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Куликов В.А., Дорохов И.Н. Использование новых видов наполнителей для производства премиксов .//Доклад на международном семинаре "Техника и технология комбикормового производства", Институт повышения квалификации руководящих работников и

специалистов перерабатывающей промышленности, Москва, февраль-март 1996 г. ^

2. Куликов В.А., Кожарова Л.С., Шерстобитов В.В. Исследование свойств кормового лигнина, получаемого из отходов гидролизно-дрожжеьых производств.//Тезисы доклада на IV Международном конгрессе по органическим отходам и биоконверсин, Киев, июнь 1996 г.

3. Куликов В.А., Винаров А.Ю., Шерстобитов В.В. Разработка технологической схемы производства кормового лигнина и премиксов на его основе.//Тезисы доклада нг. IV Международном конгрессе по органическим отходам и биоконверсии, Киев, июнь 1996 г.

4. Куликов В.А., Дорохов И.Н., Нгуен Тхао. Производство кормового лигнина и премиксов на его основе.//Комбикормовая промышленность, 1996.-№ 7,-С.26-27.

5. Куликов В.А., Дорохов И.Н., Нгуеп Тхао. Особенности технологических схем производства кормового лигнина и премиксов на его основе.//Комбикормовая промышленность, 1997,-№ .-С.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Куликов, Владимир Алексеевич, Москва

АООТ "ПАВЛОВСКИЕ КОМБИКОРМА

На правах рукописи

КУЛИКОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИИ КОРМОВЫХ ДОБАВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ГИДРОЛИЗНО-ДРОЖЖЕВЫХ

ПРОИЗВОДСТВ

03.00.23 - Биотехнология

ДИССЕРТАЦИЯ На соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный консультант: член-корреспондент МИА, д.т.н., профессор Винаров А.Ю.

МОСКВА-1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ................................................ 5

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ КСМБИ-

КОРМОВ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ..............в

1.1. Обогащение комбикормов биологически активными веществами........................................................8

1.2. Принципы разработки обогащающих добавок............12.

1.3. Развитие технологии производства премиксов ... М

1.4. Общие требования к наполнителю премиксов ..........2.4

1.5. Нормы технологического режима обогащения комбикормов ..............................................................................35

1.6. Краткая характеристика гидролизного лигнина .. зб

1.7. Использование гидролизного лигнина в народном хозяйстве ........................................................................44

1.8. Выводы по главе. Цель ж задачи исследования .. 47

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДИКА ИСОЩОБАНШ.. 5"0

2.1. Объект и программа исследования....................50

2.2. Экспериментальная база ...............................51

2.3. Перечень исследуемых показателей физико-технологических свойств кормового лигнина, премиксов на его основе и методы их изучения........ 53

2.4. Методика определения теплофизических свойств кормового лигнина и премиксов на его основе ж основных характеристик пожаробезопасности кор-

мового лигнина ............................... 5"4

2.5. Методика регрессионного анализа планирования и обработки многофакторных экспериментов для описания процессов смешения ................. 55"

2.6. Экспериментальная методика определения, адсор-ционных свойств кормового лигнина, методики оценки его санитарного качества и премиксов

на его основе ............................... 65

2.7. Выводы по главе ...................................66

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРЕу!ЕНТАЛЬШХ ИССЛЕДОВАНИЙ СВОЙСТВ

КОРМОВОГО ЯНШИНА й ПРЖЙКСОВ НА ЕГО ОСНОВЕ ... 68 3.1. Кормовой лигнин -.модификация гидролизного

лигнина ..................................... Б 8

3.2. Химический состав кормового лигнина ........... 69

3.3. Физико-технологические свойства кормового лигнина и премиксов на его основе ................ 72

3.3.1. Технологические свойства кормового лигнина

и премиксов на основе кормового лигнина ..... 72

3.3.2. Гигроскопические свойства кормового лигнина

и премиксов на его основе .................., 78

3.3.3. Электростатические, теплофизические и пожаробезопасные свойства кормового лигнина и премиксов на его основе ........................... 79

3.3.4. Микробиологические и сорбционные исследования кормового лигнина и премиксов на его основе ......................................88

3.4. Выводы по главе .............................. . 92

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРЕМИКСОВ НА ОСНОВЕ

КОРМОВОГО ЛИШЕНА .............................. 94

4.1. Исследование эффективности смешивания кормового лигнина с микродобавками в лабораторном горизонтальном смесителе периодического действия ........................................ 94

4.2. Эксперименталько-лабора торная проверка производства премикса по рецепту I П1-2 на

основе кормового лигнина ..................... 99

4.3. Определение оптимальных норм тешологического режима при производстве опытных премиксов .... <02.

4.4. Экспериментально-промышленная проверка производства премжкса по рецепту П1-2 на основе КЛ ........................................406

4.5. Разработка технологий производства наполнителя и премиксов на его основе ...............\дТ

4.5.1. Технологии производства наполнителя премик-

сое кормового лигнина ......................407

4.5.2. Технология производства премиксов на основе кормового лигнина .........................

4.6. Изменение качества премиксов в процессе хранения........................................449

4.6.1. Изменение показателей качества премиксов

на основе кормогого лигнина при- ранении, „ * Ш е лабораторных условиях .................

4.6.2. Изменение физико-технологических свойств кормового лигнина и премиксов на его основе в процессе хранения .....................424

4.7. Анализ соответствия рецептуры цремиксов составу комбикормов для различных сельскохозяйственных жиеотных и птиц .....................424

4.8. Выводы по главе ...............................Ш

ШВА 5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРЕФИКСОВ НА ОСНОВЕ КОРМОВОГО ЛИГНИНА. ........... . е 429

5.1. Оценка кормовой ценности кормового лигнина

на лабораторных животных.....................-129

5.2. Опытно-промышленные эксперименты на птицефабриках .....................................434

5.3. Ветеринарно-санитарная экспертиза 120-днеЕных тушек птицы яйценоской породы ............... 440

5.4. Экономический эффект от использования премиксов и комбикормов на основе кормового лигнина е народном хозяйстве по результатам промышленных экспериментов ......................44-2

5.5. Выводы по главе ...............................443

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ .........................................444

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................................-146

ВВЕДЕНИЕ

Экономическая ж политическая самостоятельность государства возможна только при полном и разностороннем обеспечении населения продовольствием на основе высокоразвитого сельского хозяйства и, в частности, кормопроизводства, как основы ликвидации дефицита в продуктах животноводства и птицеводства £63.

Актуальность. Удовлетворение потребительского спроса на животноводческую продукцию в условиях ее прихода к рынку во многом ' зависит от организации прочно! кормовой базы, налаживания производства качественных кордав ж поиска путей повышения их кордовых достоинств.

Резервы продуктивности скота и птицы заложены в использовании комбикорма• При скармливании полноценного комбикорма, сбалансированного по веем питательным веществам, значительно (д© 100$) повввгается продуктивность животных, существенно сокращаются сроки откорма (до 20 .дней), расход кормов на единицу продукции уменьшается до 50-60$ [ 1233.

Проблема балансирования комбикормов и кормовых рационов по комплексу питательных веществ (энергии, белку, аминокислотам, витаминному и минеральному составу) приобретает с каждым годом все больше© значение в ©вязи с использованием их в животноводстве как основного источника штанга С 893. Джя этой цели применяют ; биологически активные вещества (БАВ) - соли микро- и макроэлементов, витамины, антибиотики, лечебные препараты, ферменты, аминокислоты и др., вводимые в состав премиксов, и обеспечивающие не только нормальный рост и развитие животных, но и участвующие во всех физиологических процессах организма животного или птицы и, влияющие на состав и качество конечной продукции (мясо, молоко, яйцо и др.) С36, 1293.

-6В России в настоящее время действуют 315 комбикормовых завода общей мощностью 32 млн.т, комбикормов и БВД в год и 200 межколхозных комбикормовых заводов общей мощностью 20 млн.т/год. При межколхозных комбикормовых заводах действуют 80 технологических линий по производству премиксов.

В 1993 году было выработано 8000 тыс.т комбикормов, 50 тыс.т БВД и 34 тыс.т премиксов, что значительно ниже потребности (дефицит в производстве премиксов составляет более 70$). Главная причина - отсутствие сырья, тго привода к "замораживанию" производственных мощностей отрасли.

Одним из путей выведения отрасли из кризиса является объединение в одно звено производителей комбикормов, сельхозпродукции, ее переработчиков и торговли с разделением полученной прибыли дифференцированно по всей цепи с учетом вклада каждого [23], а с .другой - необходима активизация внешнеэкономической деятельности, и не только путем закупки за рубежом сырья и оборудования, но и привлечения на конкурсной основе зарубежных инвестиций, создания совместных предприятий, особенно тех, которые по современной технологии производят витаминно-минеральные кормовые добавки [132]. Требуется также дальнейшее совершенствование существующих технологий на основе современных достижений науки [36, 129].

Цель работы. Отсутствие в настоящее время научно-обоснованного мнения о выборе наполнителя при производстве премиксов вызвало необходимость разработки технологии производства премиксов на основе кортового лигнина (КЛ) (модифицированного гидролизного лигнина) - нового источника сырья, использование которого должно способствовать не только улучшению качества готовой продукции, но и высвободить для основного производства (комбикормов) значительное количество отрубей, шрота, дрожжей, зерна, а также снизить экологическую нагрузку на природу, а для гидролизных заво-

дов - создать малоотходную технологию. Общий объем производства ГЛ ежегодно составляет 1,5 млн.т в пересчете на сухое вещество в странах бывшего СССР.

Научная новизна работы. Предложен новый наполнитель для премиксов. Впервые получены данные таких показателей как:

- физико-технологические: объемная масса, плотность, коэффициент уплотнения, пористость, углы естественного откоса и-обрушения, сыпучесть;

- теплофизические: теплоемкость, коэффициенты температуропроводности и теплопроводности, тепловая активность;

- электростатические, пожаробезопасные, гигроскопические;

- коэффициенты переваримости комбикорма с КЛ курами-несушками

Разработана технология переработки ГЛ в кормовой лигнин и

технология использования КЛ в производстве премиксов.

На зашит? выносятся:

- результаты исследования химического состава, оценка кормовой ценности, содержание пестицидов и тяжелых металлов в КЛ;

- физико-технологические (ФТС), теплофизические, пожаробезопасные, гигроскопические, электростатические свойства КЛ;

- результаты исследований эффективности смешивания К1 с микродобавками в зависимости от продолжительности смешивания;

- технология производства кормового лигнина и премиксов на его основе, результаты ФТС и микробиологических показателей как премиксов с КЛ, так и комбикормов с ним в процессе хранения;

- данные зоотехнической и экономической оценки эффективности использования премиксов с К! и комбикормов с премиксами на КЛ при скармливании сельскохозяйственной птице.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ

КОМБИКОРМОВ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМ ВЕЩЕСТВАМИ

1.1. Обогащение комбикормов биологически активными веществами

Организация и функционирование комбикормовой промышленности базируется на ряде фундаментальных положений, имеющих под собой научное обоснование и прошедших апробацию практикой:

1. Скармливание животным комбикорма является экономически значительно более целесообразным, нежели поочередное скармливание отдельных компонентов, входящих в состав этого комбикорма. Применение комбикормов значительно снижает коэффициент конверсии корма в животноводческую продукцию, поскольку в каждой даче комбикорма должны содержаться все необходимые элементы питания.

Комбикорм сегодня рассматривается не как простая суша питательных веществ, а в качестве проводника технического прогресса, двигателя согласованной экономической деятельности.

2. Мощный рычаг повышения эффективности комбикормов - использование в их составе комплекса биологически активных веществ (БАВ) - витаминов, солей микроэлементов, антибиотиков, ферментных и лекарственных препаратов, успокаивающих и .других веществ, улучшающих вкус, запах, а также антиоксидантов и консервантов, замедляющих окислительные процессы и подавляющих развитие микрофлоры. БАВ обеспечивают через участие во всех физиологических процессах организма животного или птицы нормальный рост и развитие и влияют на состав и качество конечной продукции (мясо, яйцо, и др.).

Применение комплекса БАВ базируется, во-первых, на глубоко научном подходе к потребности различных животных, а также половозрастных групп в этих веществах. Во-вторых, на промышленном крупномасштабном производстве этих веществ для нужд животновод-

отва [128].

В таблице 1.1. представлены данные, характеризующие влияние добавки и ВАВ на прирост живой массы и потребление корма у свиней [49].

Таблица 1.1.

Влияние биологической полноценности рационов на привесы и затраты корма у свиней (по Мюллеру)

Группа | ! Рацион и добавки 1 г {Прирост жи-!вой массы !в день, кг ■! Потребность !корма на I кг !привеса, кг

I. Основной рацион (ОР) с недостат-

ком белка и БАВ 0,32 7,5

2. ОР, выравненный по протеину 0,41 5,5

3. ОР с добавлением витаминов 0,50 4,7

4. ОР с добавлением антибиотиков 0,57 4,0

5. Рацион 4-й группы с добавле-

нием метионина и лизина 0,62 3,8

Как следует из табл. 1.1. обогащение ОР комплексом БАВ экономически выгодно.

Обогащение комбикормов, БВД, кормовых смесей осуществляют при помощи премиксов.

Премиксы - однородные смеси измельченных до необходимой крупности микродобавок и наполнителя, используемые для обогащения комбикормов и белково-витаминных добавок (БВД). Премиксы вводятся в комбикорм в количестве 1-5$ и выпускаются на ГОСТ 26573.0-85.

По данным сельскохозяйственных научно-исследовательских институтов добавка комплекса биологически активных веществ, недостающих в кормах, при небольшом повышении стоимости комбикорма

-додает возможность увеличить привес свиней на откорме на 20-26$; повысить надой молока у коров на 10-19$; увеличить привес молодняка крупного рогатого скота при откорме на 20$; резко увеличить привес цыплят и яйценоскость кур при одновременном сокращении затрат корма на I кг продукции на 10-15$.

По своему составу премиксы классифицируют на комплексные или универсальные; однотипные - минеральные (МНР), аминокислотные, витаминные и т.д.; .двойные - витаминно-аминокислотные (ВАЛ), ви-таминно-антибиотические. По назначению премиксы классифицируют на профилактические, лечебные, биокомплексы, предназначенные для использования непосредственно на межхозяйственных предприятиях и на фермах. В состав профилактических премиксов входят витамины, антибиотики и другие биологически-активные вещества в дозировках, которые рассчитаны на здоровую популяцию, развивающуюся в условиях промышленного комплекса, либо опытной фермы. Антибиотики способствуют сдерживанию развития вредной микрофлоры в составе комбикормов и поддержанию определенного равновесия в составе микрофлоры желудочно-кишечного тракта животных.

Лечебные премиксы применяют для одновременного лечения большого числа животных (стадо, ферма и т.д.) от каких-либо инфекционных или .других заболеваний. Эти премиксы вводят в комбикорма в течение определенного времени. Лечебные премиксы отличаются значительно большим количеством вводимых в них важнейших компонентов - витаминов, антибиотиков. В них также вводят специальные лечебные препараты, например: антигельминтные, сульфамидные и др.

Все чаще начинают использовать биокомплексы.. Это особый вид премиксов, предназначенных .для кормления в первую очередь крупного рогатого скота кормовыми смесями, в состав которых входит повышенное количество грубых кормов, В биокомплексах повышено содержание микроэлементов и витаминов.

Применяют также комплексные (универсальные) премиксы, имеющие профилактические дозировки. Эти премиксы изготавливают в специальных цехах и установках.

Интересен опыт Латвии. Там на специализированных предприятиях вырабатывают раздельно ШР и ВАЛ на базе жидкого концентрата лизина (ЖКЛ) и поставляют их комбикормовым предприятиям .для одновременного ввода в комбикорма. Как правило, универсальные премиксы изготавливают такой концентрации, что их вводят в состав комбикорма в количестве 1%, а в БВД - 4-5$ [98].

В настоящее время микробиологическая и химическая промышленность производят для животноводства: аминокислот - 2 препарата, витаминов - 17 - препаратов, микроэлементов - 6 солей, кормовых ферментов - 5 препаратов, транквилизаторов - 4 препарата, небелковых азотистых соединений - 4 препарата, антибиотиков - 4 препарата и около 10 наименований других активных веществ. Эти отрасли промышленности вырабатывают более 60 названий кормовых препаратов. Это количество в дальнейшем будет увеличиваться. Во многих странах с интенсивно развитым животноводством в кормлении животных используется более 150 препаратов разных групп активных веществ [35].

Накопленный к настоящему времени опыт отечественной и зарубежной практики свидетельствует о том, что более высокий эффект от добавки биологически активных веществ в рационы можно получить при комплексном их использовании.

Восполняя недостающие элементы питания и действуя в качестве катализаторов многочисленных реакций обмена веществ, происходящих в организме, биокомплексы способствуют снижению потерь основных питательных веществ корма, связанных с процессом превращения их в вещества тела и продукции. 3 результате более эффективного использования питательных веществ рациона производство

продуктов животноводства на тех же кормах значительно увеличивается.

1.2. Основные принципы разработки .обогащающих добавок

Без перевода животноводства и птицеводства на интенсивный путь развития в условиях промышленной технологии нев�