Оценка способов получения зерновой кормовой патоки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий РАН

Оценка способов получения зерновой кормовой патоки

С.К. Волончук, кандидат технических наук

И.В. Науменко, кандидат сельскохозяйственных наук

А.И. Резепин

Реферат

Цель работы - дать сравнительную оценку разных способов получения зерновой кормовой патоки. В исследовании рассматривались четыре варианта получения зерновой кормовой патоки: ранее разработанный в СибНИТИП и внедренный в Российской Федерации и разработанные при выполнении НИР 2018 г. (три варианта). Критерием оценки было содержание сахаров в патоке. В результате исследований установлено, что количество сахаров распределилось по вариантам в следующем порядке: в ранее разработанном - 17,00 % во вновь разработанном на основе воды - 14,52; на основе сыворотки и зерна, хранившегося 21 день после ИК-облучения, - 15,75; на основе сыворотки и зерна без хранения - 24, 67%. Полученная на основе молочной сыворотки патока содержит большее количество сахаров, способ менее энергозатратен и может быть рекомендован для внедрения.

Ключевые слова: пшеница, ферментативный гидролиз, фермент, инфракрасное излучение, деструкция, энергозатраты, фактор.

Abstract

кормовой зерновой патока

The purpose of the work is to give a comparative assessment of different ways to obtain grain feed syrup. The study considered 4 options for obtaining grain feed molasses: previously developed in SibNITIP and implemented in the Russian Federation and developed when performing research in 2018 (3 options). The evaluation criterion was the sugar content in the syrup. As a result of research, it was established that the amount of sugars was distributed among the options in the following order: 17.00 % - in the previously developed, in the newly developed water-based - 14.52 %, on the basis of whey and grain stored for 21 days - 15.75 %, on the basis of whey and grain without storage - 24, 67 %. The method obtained molasses based on whey contains a greater amount of sugars, less energy-consuming and can be recommended for implementation.

Key words: wheat, enzymatic hydrolysis, enzyme, infrared radiation, degradation, energy consumption, factor.

Наукой установлено, что лактация коровы - физиологический процесс, требующий больших энергетических затрат на образование и выделение молока. Недостаток энергии приводит к нарушениям обмена веществ. Основным источником энергии являются углеводы, поступающие с кормами. На 1 кг молока требуется 45 г глюкозы, а для высокопродуктивных коров в 2-3 раза больше. Однако в связи уменьшением заготовки сена, нарушением технологии при производстве сенажа, недостатком кормовой патоки (мелассы), которая является побочным продуктом при производстве сахара, возникает дефицит в рационе коров легкоусвояемых углеводов (сахаров). Кроме того, за период локтации с молоком выносится значительное количество кальция (6-9 кг), фосфора (4,5-7 кг) и магния (0,08-0,27 г/л) [1]. Восполнить недостаток сахаров можно, используя зерновую кормовую патоку.

В СФНЦА РАН, в Институте переработки сельскохозяйственной продукции, достаточно давно разработана технология производства кормовой зерновой патоки. Зерно пшеницы совместно с подкисленной водой в присутствии ферментов амилосубтилина и глюкаваморина в роторно-пульсационном аппарате (РПА) проходит ферментативный гидролиз (ФГ), результатом которого является патока с содержанием сахаров 17 %. Технология реализована в ряде областей Сибири, Татарстане [2, 3].

Как уже отмечалось, необходимо пополнять в рационе коров минеральные вещества, а также микроэлементы, витамины. С этой точки зрения было бы рационально использовать для производства зерновой кормовой патоки молочную сыворотку, которая является отходом производства творога и сыров.

Из публикаций и патентов по теме известно, что молочная сыворотка содержит белки, углеводы, ферменты, минеральные вещества и витамины. Однако соотношение белков, углеводов и минеральных веществ в ней неблагоприятное для пищеварения сельскохозяйственных животных, а содержание воды достигает 94 %. Являясь хорошей питательной сред для развития микроорганизмов, сыворотка должна скармливаться в течение 12 ч из-за быстрой порчи [4, 5]. Кислотность сыворотки составляет рН 5,0-5,5.

Цель работы - дать сравнительную оценку разных способов получения зерновой кормовой патоки.

Объектами исследования были разные способы получения зерновой кормовой патоки с использованием ИК-облученного зерна пшеницы Новосибирская 31, воды (подкисленной до значений рН 5,5) и подсырной молочной сыворотки. В связи с тем, что в производственном процессе получения патоки возможны непредвиденные перерывы, решено было проверить, как отразится на содержании сахаров в патоке использование ИК-облученного зерна со сроком хранения 21 день.

В работе использовался метод сравнительного анализа данных, полученных в процессе ФГ. Критериями оценки служат показатели содержания сахаров в патоке и удельных энергозатрат у всех представленных вариантов ФГ.

Патоку получали на роторно-пульсационном аппарате (РПА) типа МАГ-50 (рис. 1).

Рис. 1. Гомогенизатор МАГ-50: 1 - стол; 2 - нога; 3 - бак; 4 - диспергатор; 5 - подшипниковый узел; 6 - привод диспергатора; 7 - плита; 8 - прихваты; 9 - мешалка; 10 - привод мешалки; 11 - воронка; 12 - крышка; 13 - выпускной вентиль; 14 - термометр; 15 - кронштейн термометра; 16 - прижим; 17 - ниппель слива; 18 - накидная гайка; 19 - стопорный болт; 20 - ниппель; 21 - отвод; 22 - масленка

РПА относятся к гидромеханическим преобразователям механической энергии в акустическую, тепловую и энергию других видов, что позволяет интенсифицировать гидромеханические и тепломассообменные процессы в нестационарных потоках при обработке гетерогенных сред [6].

На аппарате МАГ-50 при достижении требуемой температуры отключается диспергатор, а реакционная смесь перемешивается крыльчатой мешалкой, обеспечивая непрерывность контакта ферментов с измельченной массой зерна. Следующее включение диспергатора происходит при достижении нижней предельной температуры.

Момент отбора проб увязан с температурой внутри бака, введением ферментов и рН среды. Интервал в 60 мин до отбора следующей пробы установлен на основе предыдущих исследований по ферментативному гидролизу патоки на основе подкисленной воды.

Данные ферментативного гидролиза ИК-обработанного зерна представлены в табл. 1 для патоки на основе подкисленной воды и табл. 2 для патоки на основе сыворотки. Из приведенных данных видно, что в пробах № 3, взятых через одинаковый промежуток времени (154 мин), максимальное содержание сахаров составляет 24,67 % в патоке на основе молочной (подсырной) сыворотки и 14,52 % в патоке, полученной при использовании воды. Это дает основание предполагать, что сахара, содержащиеся в сыворотке, перешли в патоку.

Таблица 1. Экспериментальные данные по ферментативному гидролизу ИК-облученного зерна на основе воды

Таблица 2. Экспериментальные данные по ферментативному гидролизу ИК-облученного зерна на основе молочной (подсырной) сыворотки

Более быстрая динамика и уровень выхода сахаров для ФГ на подсырной сыворотке в отличие от ФГ на основе воды, возможно, обусловлены влиянием ингредиентов сыворотки, в частности молочной кислоты, на активность ферментов. Как известно, на активность ферментов влияет множество факторов химической природы (органические и минеральные) как в сторону ингибирования, так и их активации. Сложный состав сыворотки требует отдельного исследования в плане установления интегрального влияния последней на активность используемых в данной технологии ферментов.

Относительно низкий уровень сахаров - 14,52 % при ФГ на водопроводной воде может объясняться ингибирующим действием гидромеханического воздействия на активность ферментов.

В табл. 3 представлены результаты ФГ зерна, хранившегося 21 день (3 недели) после ИК-облучения. Сравнение данных табл. 2 и 3 показывает, что длительный промежуток времени между ИК-облучением и ФГ заметно снижает количество сахаров - с 24,67 до 15,75 % при одинаковой длительности ФГ - 154 мин.

Таблица 3. Экспериментальные данные по ферментативному гидролизу ИК-облученного зерна длительного хранения на основе молочной (подсырной) сыворотки

Причиной уменьшения количества сахаров при ФГ ИК-облученного зерна с длительным сроком хранения, вероятно, являются морфологические и молекулярные изменения облученного крахмала при хранении. По данным Д.С. Кочанова [7], степень декстринизации крахмала при 150 °С составляет 56,4 % при времени облучения 45 с и 54,6 % при 175 °С и времени облучения 60 с. При этом степень клейстеризации крахмала за такое же время обработки достигает 68 %. После декстринизации при длительном хранении часть недекстринизованного (желатинизированного) крахмала трансформируется в резистентную форму, устойчивую к действию ферментов при ФГ. В результате количество сахара при ФГ после трех недель хранения уменьшается на 8,92 %.

Графическое и математическое описание трех способов ФГ при производстве зерновой кормовой патоки приводится на рис. 2, 3.

Рис. 2. Зависимость содержания сахаров от продолжительности ферментативного гидролиза (ФГ) в различных средах (вода, молочная сыворотка): ФГ на молочной (подсырной) сыворотке (12 ч после ИК-облучения зерна); ФГ на молочной (подсырной) сыворотке (21 день после ИК-облучения зерна); ФГ на воде (12 ч после ИК-облучения зерна)

В прикладном плане важным для технико-экономического обоснования технологии получения патоки является сравнение удельных энергозатрат всех представленных вариантов ФГ. На рис. 3 можно видеть существенное превышение энергозатрат (почти в 3 раза) для ФГ в водной среде по сравнению с вариантом на молочной (подсырной) сыворотке.

Рис. 3. Зависимость удельных энергозатрат от продолжительности ферментативного гидролиза (ФГ) в различных средах (вода, сыворотка): ФГ на воде (12 ч после ИК-облучения зерна); ФГ на молочной (подсырной) сыворотке (21 день после ИК-облучения зерна); ФГ на молочной (подсырной) сыворотке (12 ч после ИК-облучения зерна)

В результате анализа данных, полученных при производстве зерновой кормовой патоки тремя способами, установлено преимущество использования молочной (подсырной) сыворотки для приготовления патоки из ИК-облученного зерна пшеницы как важной составляющей кормового рациона сельскохозяйственных животных, содержащей большее количество легкоусвояемых сахаров по сравнению с водой. Это связано не только с составом сыворотки, содержащей органические и минеральные ингредиенты, но и выраженной интенсификацией ФГ, проводимого на основе данной сыворотки. При этом заметно меньше удельные энергозатраты при одинаковой длительности процесса. Установлено, что длительное хранение ИК-облученного зерна приводит в последующем процессе ФГ к существенному снижению содержания сахаров и потому является технологически неоправданным.

Библиографический список

1. Саханчук А.И., Буракевич Т.А., Микуленок В.Г. Углеводно-минерально-витаминная добавка в кормлении дойных коров в зимний период. - Витебск, 2013. - 6 с.

2. Наноэкобиотехнология производства зерновых паток для животноводства: метод. рекомендации / К.Я. Мотовилов, О.К. Мотовилов, В.В. Аксенов В.В. [и др.]. - Новосибирск, 2015. - 60 с.

3. Совершенствование технологии подготовки зерна пшеницы перед скармливанием животным/ С.К. Волончук, В.В. Аксенов, И.В. Науменко, А.И. Резепин // Инновации и продовольственная безопасность. - 2018. - № 1 (19). - С. 65-68.

4. Патент РФ № 2363238. Способ получения молочно-растительной кормовой добавки / И.М. Осадченко, И.Ф. Горлов, С.Е. Божкова [и др.]. - 15.04.2008.

5. Патент РФ № 2154386. Способ переработки молочной сыворотки / А.Ю. Винаров, Ю.И. Беляков, Т.Е. Сидоренко ^и), А.И. Каравацкий (BY). - 20.08.2000.

6. Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика: монография. - М.: Машиностроение -1, 2001. - 260 с.

7. Кочанов Д.С. Научное обеспечение процесса микронизации зерновых культур и разработка технологии производства комбикормов из микронизированного зерна: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Воронеж, 2014. - 24 с.

References

1. Sahanchuk A.I., Burakevich T.A., Mikulenok V.G. Uglevodno-mineral'no-vitaminnaja dobavka v kormlenii dojnyh korov v zimnij period./«Nauchno-praktichesij centr Nacionalnoj akademii nauk Belarusi po zhivotnovodstvu». Zhodino. Minskaja obl., Respublika Belarus // UO «Vitebskaja ordena «Znak Pocheta» gosudarstvennaja akademija veterinarnoj mediciny» Vitebsk. Respublika Belarus. - 2013. - 6 s.

2. Nanojekobiotehnologija proizvodstva zernovyh patok dlja zhivotnovodstva: metodicheskie rekomendacii / K.Ja. Motovilov, O.K. Motovilov, V.V. Aksenov V.V., i dr. - Novosibirsk. - 2015. - 60 s.

3. Sovershenstvovanie tehnologii podgotovki zerna pshenicy pered skarmlivaniem zhivotnym/ S.K. Volonchuk, V.V. Aksenov, I.V. Naumenko, A.I. Rezepin // Innovacii i prodovol'stvennaja bezopasnost. - 2018. - № 1 (19). - S.65-68.

4. Patent RF № 2363238, 15.04.2008./ Osadchenko I.M., Gorlov I.F., Bozhkova S.E., i dr. Sposob poluchenija molochno-rastitelnoj kormovoj dobavki.

5. Patent RF № 2154386, 20.08.2000./ Vinarov A.Ju., Beljakov Ju.I., Sidorenko T.E. (RU), Karavackij A.I. (BY). Sposob pererabotki molochnoj syvorotki.

6. Promtov M.A. Pulsacionnye apparaty rotornogo tipa: teorija i praktika: monografja. M.: Mashinostroenie - 1, 2001. - 260 s.

7. Kochanov D.S. Nauchnoe obespechenie processa mikronizacii zernovyh kultur i razrabotka tehnologii proizvodstva kombikormov iz mikronizirovannogo zerna: avtoref. diss. ... kand. tehn. nauk. - Voronezh. - 2014 g. - 24 s.

Размещено на Allbest.ru