Производство кормовых дрожжей.

А.А. Андреев. Л.И. Брызгалов.

Книга содержит: 59 рисунков чертежей общего вида устройств, агрегатов, схем размещения производственного оборудования, установок, диаграмм. 16 таблиц, характеризующих технологические процессы. Подробно описаны все технологические процессы производства кормовых дрожжей. Суть производства - переработка органических отходов в кормовые дрожжи с помощью микроорганизмов. Предназначена для инженерно-технических работников микробиологической и смежных отраслей промышленности.

Книга содержит следующие главы:


Выдержки из книги.


Корма, не содержащие в достаточном количестве белков и витаминов, не могут удовлетворить животноводство и птицеводство. Даже такие ценные корма, как кукуруза и сахарная свекла, дающие максимальное количество кормовых единиц с гектара земли, богатые углеводами, но не содержащие достаточного количества азотистых веществ, могут быть использованы только при добавлении полноценного белка, витаминов и минеральных веществ.
В 1 кг ржаной озимой соломы содержится всего 4 г перевариваемого белка, в кормовой свекле 3, в овсяной мякине 21, в луговом сене 50, в кукурузном силосе 6, в зернах овса 77 г. Потребность же в перевариваемом белке для коровы недойной составляет 500-800 г/сут, коровы дойной - до 1500, молодой свиноматки - до 500 г/сут.
Во всех странах мира и в нашей стране отмечается большой дефицит кормового белка. Этот дефицит покрывается увеличением производства растительного протеина, содержащегося в сельскохозяйственных кормовых культурах: зерне, люцерне, сене и др.; выпуском рыбной и мясной муки, сухих молочных продуктов и обрата; применением для жвачных животных карбамида (мочевины) и более простых аммонийных соединений как частичных заменителей протеина. В последние годы в рацион кормления животных и птиц все больше вводит кормовые дрожжи, полученные на гидролизных и целлюлозных предприятиях, используя для этой цепи углеводы, содержащиеся в гидролизатах и сульфитных щелоках. Эти дрожжи являются биологически полноценным кормом, источником белка, витаминов и минеральных веществ. Гидролизные и сульфитные дрожжи содержат, %: 48-52 белка, 13-16 углевода, 2-3 жира, 22-40 безазотистых экстрактивных веществ и 6-10 золы. Кормовые дрожжи повышают биологическую ценность белков других кормов за счет содержащихся в ним незаменимых аминокислот. В состав этих дрожжей в следующих количествах входят все десять жизненно необходимых аминокислот, % от сухого вещества дрожжей: валин 3,1; лейцин 3,7; изолейции 3,5; аргинин 3,2; лизин 4,4; треонин 2,5; метионин 3,0; триптофан 0,3; тирозин 4,2; гистидин 1,4.
По содержанию аминокислот кормовые дрожжи близки к белкам животного происхождения. Для повышения эффективности использования основных растительных белковых ресурсов очень важно вводить кормовые дрожжи в рацион кормления животных. Кормовые дрожжи содержат витамины группы В и в этом отношении превосходят все белковые корма, в том числе и рыбную муку.
В гидролизате рисовой лузги биотина в два раза больше, чем в гидролизате подсолнечной лузги, что и определяет более высокую биологическую доброкачественность гидролизата рисовой лузги. Естественное сочетание в дрожжах полноценных белков и витаминов группы В очень важно для питания животных и птиц. Эти витамины тесно связаны с белковым обменом в организме животных и являются компонентами ферментных систем, активными катализаторами, необходимыми для усвоения аминокислот и синтеза белка.
Кормовые дрожжи - богатый источник витамина Д2. Содержащийся в жировом составе дрожжей эргостерин (0,25-0,7 % от абс. сухой биомассы дрожжей) при облучении ультрафиолетовыми лучами превращается в витамин Д2. В 1 кг облученных кормовых дрожжей можно довести содержание витамина Д2 до 5 000-12 000 интернациональных единиц. Зола кормовых дрожжей также содержит ценные для животных и птиц макро- и микроэлементы: фосфор, калий, кальций, железо, магний, натрий, серу, медь, кобальт и др. По общей питательности 1 кг кормовых дрожжей содержит до 1,03-1,16 кормовых единиц и особенно много перевариваемого (истинного белка) - до 380-480 г.
Скармливать животным и птицам кормовые дрожжи в натуральном виде не рекомендуется, их можно употреблять в рацион питания лишь как белково-витаминную добавку. Значительные исследования и многолетняя практика по скармливанию дрожжей доказали их высокую эффективность использования. Опыты, проведенные при откорме свиней, показали, что введение в корм дрожжей в количестве 8-10 % от сухой массы общего корма повышает привес животных на 15-20 % и снижает затраты общих кормов на единицу привеса более чем на 10 %, сокращает продолжительность откорма свиней со 148 до 116 дней. Большую ценность представляют кормовые дрожжи для племенных свиноматок: улучшается их общее состояние, повышается молочность, снижается смертность поросят.
Кормовые дрожжи можно успешно скармливать телятам и крупнорогатому скоту. Дрожжи могут заменить 20-30 % нормы цельного молока при вскармливании телят и обеспечить ежедневные привесы в 650-750 г. При выращивании телят 1 кг дрожжей заменяет 4-6 кг молока и позволяет получить дополнительно до 320 г телятины. Дрожжи повышают удои молока на 3-3,5 л в сутки и содержание жира в нем на 0,4-0,6 %.
Кормовые дрожжи являются ценным кормом для пушных зверей, заменяя на 30 % мясной корм. Систематическое скармливание дрожжей на зверофермах привело к повышению сопротивляемости животных заболеваниям и значительному улучшению качества меха. Дрожжи повышают рысистость и выносливость лошадей, снижают их утомляемость.
Особенно эффективно использование кормовых дрожжей в птицеводстве. Птица очень нуждается в белковом корме, содержащем комплекс витаминов В. Особенно необходимы дрожжи при клеточном содержании птиц, а также при выращивании цыплят. Добавление кормовых дрожжей в рацион в количестве 5 % от общей массы корма увеличивает яйценоскость кур-несушек на 21-40 % (в зависимости от породы кур), а 10 % - на 26-51 %. Килограмм дрожжей, скормленный курам, дает возможность получить дополнительно более 30-40 яиц
Кормовые дрожжи успешно используются при искусственном разведении рыбы, а также в пчеловодстве для подкормки пчел ранней весной.
Комбикормовая промышленность предъявляет большой спрос на кормовые дрожжи. В рецептуре комбикормов для различных видов сельскохозяйственных животных кормовые дрожжи составляют 3-5%, в белковых концентратах для свиней 15-20%.

При нормальной температуре и в чистой воде реакция гидролиза полисахаридов по существу не происходит. Гидролиз целлюлозы и гемицеллюлоз в целях ускорения реакции проводится в присутствии катализатора (минеральные кислоты - серная, соляная и др.), в также при повышенной температуре. Таким образом, в результате гидролиза полисахаридов можно получить гидролизный сахар в виде раствора (гидролизат). Содержащийся в гидролизате сахар состоит из гексозного (глюкоза, манноза и галактоза) и пентозного (ксилоза и арабиноза). Гексозный сахар при биохимической переработке может быть использован на получение этилового спирта, а пентозный, не применяемый для получения спирта методом брожения, - для получения кормовых дрожжей. По такой комплексной схеме использования сырья работают многие действующие гидролизные заводы.
По схеме растительное сырье подвергается гидролизу разбавленной до 0,5-0,6 %-ной серной кислотой в гидролизаппаратах при температуре 175-190°С. Образующийся попутно при этом фурфурол выводится в виде фурфуролсодержащего конденсата, а часть его остается в гидролизате. Оставшийся после гидролиза лигнин удаляется из аппарата. Полученный гидролизат с содержанием сахара до 3-3,5 % подвергается инверсии и нейтрализации известковым молоком или аммиачной водой. Полученный в результате известковой нейтрализации гипс вместе со всем шламом удаляется из раствора методом осаждения в отстойниках или сепарированием в вихревых очистителях (циклонах). После очистки от механических примесей нейтрализованный гидролизат охлаждается до 31-32°С и подается на спиртовое брожение в бродильное отделение гидролизного завода. При брожении, кроме спирта, образуется углекислота, которая выводится из бродильного отделения. Полученная в результате сбраживания гексозного сахара на спирт бражка направляется на перегонку и ректификацию, где происходит выделение из нее фракций (метанол, альдегиды и др.). Бражка, лишенная спирта (послеспиртовая барда), в основном содержит пентозный сахар (0,7-0,8 % РВ - редуцирующих веществ) и после охлаждения направляется на выращивание кормовых дрожжей. Для этого в дрожжерастительный аппарат подают засевные дрожжи чистой культуры, питательные соли, содержащие азот, фосфор, калий и другие необходимые для роста дрожжей элементы, а также воздух для обеспечения кислородом процесса образования биомассы дрожжей и осуществления дыхания дрожжевых
Выращенные дрожжи выводятся из аппарата в виде дрожжевой суспензии, которая в дальнейшем проходит стадии флотации и сепарирования для извлечении дрожжей, промывания и концентрирования. В дальнейшем дрожжевой концентрат упаривают до содержания 22-25 % сухого вещества и сушат до влажности 8-10 %. Полученные дрожжи упаковывают в бумажные мешки и отправляют на склад, а затем потребителю. При образовании моносахаров в процессе гидролиза растительных материалов образуется ряд других побочных веществ: фурфурол, оксиметилфурфурол, метиловый спирт, смолы, органические кислоты и др. Многие из них не имеют промышленного значения и являются даже вредными в процессе биохимической переработки гексозного и пентозного сахара на спирт и дрожжи.
В настоящее время ставятся задачи по организации безотходной технологии, при которой утилизируются все отходы: лигнин, шлам, углекислота, отработанная вода и др. Из некоторых веществ (лигнин, фурфурол, шлам, углекислота) получают ценные продукты.
Кормовые дрожжи могут быть получены также из гексозного сахара. В этом случае без получения этилового спирта все гексозные и пентозные сахара, содержащиеся в гидропизатах, утилизируются на кормовые дрожжи. Растительное сырье подвергается гидролизу почти в таких же условиях (концентрация раствора кислоты, температура), как по схеме 1. Последующие операции (инверсия, нейтрализация, очистка и охлаждение) также подобны этим операциям в схеме 1, за исключением специфических вспомогательных операций при подготовке сусла (подача большего количества питательных солей, большая степень удаления фурфурола, более глубокое охлаждение, разбавление сусла водой или отработанной культуральной жидкостью). Дрожжи выращиваются при более высоких концентрациях сахара в сусле. Требуется подача аммиачной воды как источника азота для микробиологического синтеза белка и для поддержания рН среды. Флотация, сепарирование, упаривание и сушка дрожжей аналогичны операциям в схеме 1. Некоторые технологические операции за последние 10-15 лет претерпели частичные изменения. По схеме 2 в настоящее время в больших масштабах развивается гидролизно-дрожжевая промышленность.

При накоплении биомассы дрожжей источником углерода могут служить: глюкоза, ксилоза, мальтоза, сахароза, манноза, арабиноза, а также уксусная кислота, этиловый спирт и другие органические вещества. Некоторое количество углеводов содержится в отходах пищевой промышленности, которые можно использовать для выращивания дрожжей. К таким отходам следует отнести послеспиртовую барду заводов производства этилового спирта биохимическим способом из мелассы, зерна и картофеля; соковые воды крахмальных заводов; отбросный щелок, получаемый при известковой сепарации мелассы; отходы некоторых других пищевых производств. Количество дрожжей, которое можно получить на этих заводах, определяется количеством отходов. Ресурсы их в нашей стране сравнительно невелики.
Для выработки кормовых дрожжей используются также и отходы целлюлозно-бумажной промышленности: послеспиртовая барда, предгидролизаты и щелока. Например, некоторые виды сульфитного щелока нецелесообразно перерабатывать на этиловый спирт ввиду незначительного содержания в них гексоз. Однако потребность в кормовых дрожжах за счет использования вышеперечисленных отходов целлюлозной промышленности может быть удовлетворена лишь в незначительной степени. Большое количество дрожжей должно быть получено из других, более значительных источников сырья: отходы древесины хвойных и лиственных пород и сельского хозяйства (подсолнечная лузга, кукурузная кочерыжка, рисовая шелуха и т.д.).
Растительное сырье очень разнообразно по свойствам и гранулометрическому составу. По происхождению его можно разделить на две группы: древесное сырье (многолетние растительные ткани); растительные отходы сельского хозяйства (однолетние растительные ткани). Древесное сырье разделяется на хвойное и лиственное. Оба эти вида в одинаковой степени пригодны для производства дрожжей. Из хвойных пород древесины на переработку чаще всего поступает сосна, ель, а в районах Восточной Сибири и Дальнего Востока - лиственница; из лиственных преобладает береза. Древесное сырье поступает на гидролизные предприятия в виде отходов лесопиления, дров, баланса и технологической щепы. Отходы древесины разделяются на следующие виды:

1. Отходы лесопиления (твердые и мягкие: горбыль, брусок, опилки, щепа и др.).

2. Отходы фанерного, мебельного, спичечного и других производств (шпон, "карандаш" и др.).

3. Отходы производства дубильных экстрактов (одубина).

4. Отходы канифольно-экстракционных заводов (щепа после экстракции осмола). Некоторые из отходов (опилки, стружки, одубина, щепа после экстракции) пригодны для гидролиза баз какой-либо дополнительной обработки, другие лесосечные отходы) требуют измельчения и сортировки. Количество древесных отходов ограничено и не может обеспечить рост производительности гидролизных предприятий. Поэтому приходится использовать более дорогую технологическую щепу, изготавливаемую на специальных предприятиях, или получать ее на гидролизном предприятии из дров и баланса.