Установлена необходимость переработки основного отхода производства спирта — спиртовой барды. Описана сущность микробиологических методов ее переработки, используемые микроорганизмы. Представлен состав спиртовой барды, причины ее использования в качестве кормовой добавки для сельскохозяйственных животных. Даны основные химические элементы, которые должны входить в состав спиртовой барды для культивирования на ней микроорганизмов. Рассмотрены штаммы дрожжей, являющиеся продуцентами различных биологических веществ. Приведены преимущества и недостатки использования дрожжей рода Candida для переработки спиртовой барды.
Ключевые слова: спиртовая барда, микробиологическая переработка, дрожжи, Candida, кормовой белок.
Введение. В связи с развитием различных отраслей промышленности и сельского хозяйства, возникла необходимость утилизировать или перерабатывать образовавшиеся производственные отходы. В процессе спиртового производства образуется спиртовая барда, состоящая из нерастворимой и растворимой фракций. В связи с большим объемом ее ежегодной выработки на российских спиртовых заводах (около 10 млн м3), необходимость переработки спиртовой барды отражена в Федеральном законе от 21.07.2005 г. № 102-ФЗ. Разработано множество методов переработки спиртовой барды, среди которых большое развитие получили микробиологические методы. Сущность данных методов заключается в культивировании микроорганизмов с использованием барды в качестве питательной среды для развития микроорганизмов с образованием кормового белка, который в дальнейшем используют в качестве добавки в корм для сельскохозяйственных животных. В качестве источника кормового белка используют различные микроорганизмы: дрожжи, бактерии, низшие мицелиальные грибы, одноклеточные водоросли. Одним из способов переработки спиртовой барды с получением кормового белка, является использование дрожжей рода Candida.
Постановка задачи. Для успешного развития сельского хозяйства требуется разработка белковых кормовых продуктов, которые могут быть получены в т.ч. на основе микробиологической переработки спиртовой барды. Поэтому возникает необходимость проанализировать микроорганизмы, которые используются в качестве продуцентов кормовых белков и других биологических веществ — кормовых добавок для сельскохозяйственных животных, в частности, дрожжи рода Candida.
Теория. В состав свежей спиртовой барды входят различные компоненты (Табл. I), большое значение среди которых представляет сырой протеин, что позволяет использовать ее в качестве кормовой добавки для сельскохозяйственных животных [1, 2].
Таблица 1
Состав спиртовой барды
|
Сухие вещества |
Вещество |
Содержание в% |
|
Сырой протеин |
26-28 |
|
|
Клетчатка |
20 |
|
|
Зола |
5,5 |
|
|
Безазотистые экстрактивные вещества |
21 |
|
|
Липиды |
3,5 |
|
|
Химические компоненты |
Азот |
5,5 |
|
Фосфор |
2,7 |
|
|
Калий |
1,4 |
|
|
Кальций |
0,2 |
|
|
Магний |
0,6 |
|
|
Натрий |
0,1 |
|
|
Железо |
0,004 |
|
|
Марганец, цинк |
0,01 |
Препятствием для использования спиртовой барды в качестве готового кормового продукта для сельскохозяйственных животных является высокое содержание в ней воды (85 %), а также потеря ее качественных показателей в течение короткого периода времени (1-2 сутки) с выделением неприятного для животных запаха. Данные особенности делают экономически не выгодной транспортировку спиртовой барды, что вызывает необходимость направлять барду на очистные сооружения, либо сливать на поля орошения и в водоемы, что приводит к загрязнению воздушной, водной среды и почвы [3]. Поэтому в настоящее время разработаны различные методы переработки барды, большое значение среди которых получили микробиологические методы.
Использование микроорганизмов для переработки спиртовой барды основано на их способности потреблять различные органические вещества, разлагать и трансформировать природные биополимеры [1]. Микроорганизмы являются продуцентами витаминов, аминокислот, ферментов, кормовых белков. В качестве источника кормового белка используют дрожжи, бактерии, низшие мицелиальные грибы, одноклеточные водоросли. В настоящее время самыми распространёнными продуцентами кормового белка являются дрожжевые микроорганизмы.
Среди известных штаммов дрожжей, в качестве продуцентов веществ на спиртовой барде различными учеными используются следующие: Rhodosporidium diobovatum 115 (продуцент белка, β-каротина), Candida retilis ВСБ651 (обладают амилолитической активностью), сочетание Candida tropicalis СК-4 с Rhodosporidium diobovatum-1 (позволяет получать полноценный белково-витаминный корм).
Питательная среда для культивирования дрожжей должна иметь определенное соотношение углерода, азота, фосфора и других элементов (К, Mg, Са, Fe, Mn, Zn и т.д.), а также растворенного кислорода, поэтому в барду добавляют дополнительное количество солей азота и фосфора. Для увеличения массы кормового белка в спиртовую барду добавляют еще и дополнительные источники питания: крахмалсодержащее сырье (пшеничные отруби, пшеничная мука) [4], свекловичный жом, меласса, дробленая солома, ячменная дерть и др. [1].
Наибольшее содержание кормового белка в спиртовой барде обеспечивает культивирование дрожжей рода Candida. Они представляют собой эукариотические одноклеточные микроорганизмы. В процессе роста биомассы в дрожжевой клетке происходит ферментативный синтез белка. Кроме кормового белка, дрожжи являются продуцентами аминокислот (триптофан, лизин), витаминов, микробных липидов, липазы [5], что позволяет получать биологически полноценные и обогащенные отдельными питательными элементами корма для сельскохозяйственных животных. Культивирование дрожжей рода Candida позволяет получить до 14-21 кг сухих кормовых дрожжей из 1 м3 спиртовой барды с содержанием сырого протеина 47-56 % [1]. Кормовой белок, синтезируемый дрожжами, превосходит белок животного происхождения по содержанию аминокислот и своей усвояемости для животных.
К преимуществам использования дрожжей рода Candida для переработки спиртовой барды можно отнести то, что они проявляют наибольшую биосинтетическую активность при культивировании, не обладают какой-либо патогенностью и вирулентностью для сельскохозяйственных животных [6], обеспечивают полную переработку барды и высокое содержание белка в полученном продукте. Но технология переработки барды с использованием данных микроорганизмов является многостадийной, требует капиталовложений и больших затрат энергии на культивирование дрожжей, т. е. может использоваться только на крупных предприятиях [7].
Выводы и заключение. Спиртовая барда является основным отходном спиртового производства, необходимость в ее переработке утверждена законодательством. Дрожжи рода Candida являются продуцентами кормового белка и других ценных веществ, обеспечивают полную переработку барды и высокое содержание белка в готовом продукте, который можно использовать в качестве кормовой добавки для сельскохозяйственных животных. Несмотря на то, что на сегодняшний день накоплен значительный опыт переработки спиртовой барды, дальнейшее изучение микробиологических методов переработки барды, в т.ч. с применением дрожжей, является актуальной технической задачей, требующей дальнейших исследований.
Литература:
- Кузнецов, А.Е., Прикладная экобиотехнология: в 2 т. Т. 2 / А.Е. Кузнецов, Н.Б. Градова, С.В. Лушников, М. Энгельхарт, Т. Вайссер, М.В. Чеботаева. — М.: БИНОМ, 2015. — 629 с.
- Кухаренко А.А. Безотходная биотехнология этилового спирта / А.А. Кухаренко, В.Ю. Винаров. — М.: Энергоатомиздат, 2001. — 271 с.
- Пат. РФ 2312520 Российская Федерация, МПК A 23 L 1/0524. Способ комплексной переработки послеспиртовой барды / Кайшев А.Ш., Кайшева Н.Ш., Парфейников С.А.; патентообладатели Кайшев А.Ш., Кайшева Н.Ш., Парфейников С.А. — № 2006100222/13; заявл. 20.07.07; опубл. 20.12.2007, Бюл. № 35. — 9 с.
- Пат. 2159287 Российская Федерация, МПК7 C 12 P 21/00, A 23 K 1/06. Получение пептидов или протеинов из отходов спиртового и пивоваренного производства / Винаров А.Ю., Заикина А.И., Захарычев А.П., Зобнина В.П., Сидоренко Т. Е., Ковальский Ю.В., Рогачева Р.А., Зорина Л.В.; заявитель и патентообладатель ГУП «Гос. научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ» — № 2000107993/13; заявл. 03.04.00; опубл. 20.11.00. — 4 с.
- Дедков, В.Н. Разработка биотехнологии кормового белка из растительного сырья: дис. … канд. техн. наук: 03.01.06 / Дедков Виталий Николаевич. — Воронеж, 2014. — 146 с.
- Ловкис, З.В. / Технология и опытный образец оборудования по переработке послеспиртовой барды с получением дрожжевого кормового концентрата З.В. Ловкис, А.А. Пушкарь, Л.Г. Сергеенко, А.А. Шепшелев, Д.А. Зайченко, Н.Н. Якимович, А.А. Бильдюкевич // Пищевая промышленность: наука и технологии. — Минск: Республиканское унитарное предприятие "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию". — 2013. — № 1 (19). — С. 10-16.
- Кузнецов, И.Н. Анализ мирового опыта в технологии переработки послеспиртовой барды / И.Н. Кузнецов, Н.С. Ручай // Труды БГТУ. Серия IV. Химия, технология органических веществ и биотехнология. — Минск: УО «БГТУ». — 2010. — № 18. — С. 294-301.
