Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения биопрепарата для кормопроизводства

Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству, в частности к кормопроизводству, и может быть использовано при производстве препаратов для консервирования зеленой массы растений.

Известен способ получения бактериальной закваски для силосования кормов (патент РФ №1091549, Кл. C12N 1/20, C12N 1/02, 1981), включающий использование маточного материала идентифицированных по виду культур молочнокислых и пропионово-кислых бактерий, выращивание бактерий на жидкой питательной среде, концентрирование бакмассы, нейтрализацию щелочью и последующее высушивание путем распыления в защитной среде.

Известен способ получения закваски для силосования кормов (патент РФ №2265655, Кл. C12N 1/20, C12R1:46, C12R1:25, 2003), включающий использование маточного материала идентифицированных по виду культур молочнокислых и пропионово-кислых бактерий, получение ассоциации штаммов молочнокислых и пропионово-кислых бактерий, которые затем смешивают с крупой зерновых или бобовых культур либо которыми заквашивают пастеризованное молоко. Изобретение позволяет получить силос с хорошей усвояемостью, обогащенный витамином B12, увеличить содержание питательных свойств силоса, снизить себестоимость получаемого силоса.

Известен биопрепарат для консервирования свекловичного жома для получения животных кормов, способ проведения консервирования с ним (Заявка на изобретение №2012126498, 2012), включающий культуру бактерий рода Bacillus, суспендированный в питательной среде, который вносят в свекловичный жом при концентрации 1 л на 80 т исходного свекловичного жома с влажностью от 70 до 80%, осуществляют закладку свекловичного жома для консервирования, после чего производят трамбовку и герметично укрывают.

Общим недостатком известных способов получения заквасок для силосования является трудоемкость и сложность технологии культивирования отселекционированных штаммов микроорганизмов, необходимость приобретения маточного материала определенных штаммов микроорганизмов, что отражается на себестоимости и в дальнейшем на цене реализации готовой закваски для силосования кормов. Кроме того, наладить производство таких биопрепаратов можно только в специализированных микробиологических лабораториях. Кроме того, недостаток сухих заквасок для силосования кормов состоит в том, что их трудно распределить равномерно при заготовке силоса, они могут действовать только там, куда попали, что сказывается на качестве корма. И обычно бактериальные закваски требуют специальной подготовки перед внесением в силосуемую массу, что увеличивает трудоемкость процесса силосования.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности является способ получения биопрепарата для кормопроизводства (патент РФ №2557191, Кл. A23K 1/16, 2014, прототип), предусматривающий проведение процесса ферментации торфопометной смеси, обогащенной биологически активной добавкой, с последующей экстракцией растворителем твердофазного продукта ферментации и фильтрацией экстрагированной массы. В качестве биологически активной добавки используют отходы мукомольного производства в количестве 5% от массы торфопометной смеси, обогащенную исходную смесь подкисляют 50%-ной уксусной кислотой в дозе 15 мл на 1 кг торфопометной смеси, процесс ферментации проводят в анаэробных условиях в три стадии: первую - в течение 48 ч при температуре 37°C, вторую - в течение 24 ч в температурном интервале 55-60°C, третью стадию - в течение 48 ч при температуре 37°C. В качестве растворителя твердофазного продукта ферментации берут 1%-ный раствор калия фосфорнокислого, а экстракцию проводят в течение 48 ч при температуре 22°C.

Конечный продукт - жидкий биопрепарат с высоким содержанием полезных молочнокислых микроорганизмов, питательных и физиологически активных веществ, используемый в кормопроизводстве как закваска для силосования.

Недостатком данного способа получения биопрепарата для кормопроизводства является использование в качестве экстрагента 1%-ного раствора калия фосфорнокислого, так как калий и фосфор, являясь важными биогенными элементами, оказывают сильное стимулирующее воздействие на всю содержащуюся в продукте ферментации микрофлору, активизируя ее развитие. При этом вместе с необходимыми и полезными для дальнейшего использования в кормопроизводстве молочнокислыми бактериями активно развиваются гнилостные (аммонифицирующие) и условно-патогенные (количество энтеробактерий не более n×10⁷ КОЕ/мл) микроорганизмы, бурный конкурентный рост которых подавляет развитие молочнокислой микрофлоры. В результате готовый биопрепарат содержит, помимо молочнокислых бактерий, достаточно большое количество ненужной посторонней микрофлоры. Наличие в готовом биопрепарате посторонней микрофлоры (не молочнокислой) сокращает срок хранения биопрепарата и снижает его эффективность как консерванта, о чем свидетельствует присутствие масляной и высокий процент уксусной кислоты в заготовленном силосе.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в разработке недорогого и эффективного нового биопрепарата для силосования, расширяющего ассортимент имеющихся комплексных биологических препаратов для силосования кормовых растений и обеспечивающего высокое качество силоса.

Технический результат от решения поставленной задачи заключается в получении нового эффективного, недорогого и простого в производстве биопрепарата для силосования кормовых растений, расширяющего ассортимент комплексных биологических препаратов для силосования кормовых растений, использование которого при заготовке кормов обеспечит высокое качество силоса. Использование в качестве исходного сырья птичьего помета - многотоннажных отходов птицефабрик, направлено на улучшение экологической обстановки окружающей среды.

Поставленная в изобретении задача решена тем, что в способе получения биопрепарата для кормопроизводства, предусматривающем проведение процесса ферментации в анаэробных условиях смеси торфа и птичьего помета в соотношении компонентов 50:50, обогащенной отходами мукомольного производства в количестве 5% от массы торфопометной смеси и подкисленной 50%-ной уксусной кислотой в дозе 15 мл на 1 кг обогащенной отходами мукомольного производства торфопометной смеси, в три стадии: первую - в течение 48 ч при температуре 37°C, вторую - в течение 24 ч в температурном интервале 55-60°C, третью стадию - в течение 48 часов при температуре 37°C, с последующими экстракцией твердофазного продукта ферментации в течение 48 ч при температуре 22°C и фильтрацией экстрагированной массы, твердофазный продукт ферментации подвергают экстракции 1%-ным раствором уксусной кислоты.

Выбор компонентов исходной смеси - торфа и птичьего помета продиктован следующим.

Высокая степень обогащенности торфа гуминовыми кислотами, аминокислотами и микроэлементами свидетельствует о целесообразности и перспективности его применения в качестве исходного сырья. Кроме того, в нем содержится много азота. Обладая бактерицидными свойствами и кислой реакцией, торф подавляет развитие патогенных микроорганизмов.

Птичий помет содержит в своем составе большое количество азота и фосфора. Кроме того, он богат микроэлементами: марганцем, цинком, кобальтом, медью, железом и др. Примерно 3/4 сухого вещества составляет органическое вещество. Высокое содержание питательных веществ в птичьем помете обеспечивает развитие в нем большого количества различных микроорганизмов, в том числе и молочнокислых. Но при неправильном хранении птичий помет становится источником загрязнения окружающей среды и рассадником вредной микрофлоры. В связи с этим проблема утилизации и использования птичьего помета актуальна.

Соотношение компонентов торф:птичий помет 50:50 по массе получено экспериментальным путем, исходя из многочисленных опытов. При данном соотношении компонентов был получен наилучший положительный эффект по активизации процесса ферментации и накоплению в готовом биопрепарате полезной микрофлоры.

Для обогащения исходной смеси в данном изобретении использованы отходы мукомольного производства (ОММП), которые являются побочным продуктом переработки зерна и представляют собой чешуйки и более мелкого размера крупку, состоящую из оболочек зерна и зародышей. Их влажность не превышает 15%. ОММП богаты витаминами группы В и органической формой фосфора (фитином), никотиновой и пантотеновой кислотами. В них также много минеральных солей, но сравнительно мало кальция. ОММП содержат значительное количество крахмала и клетчатки. ОММП - дешевый и доступный для производства продукт, введение его в исходную смесь способствует стимуляции процесса ферментации, так как обогащает смесь витаминами и биологически активными веществами.

Процесс силосования происходит за счет роста и развития в консервируемой растительной массе молочнокислых микроорганизмов. Чтобы создать для них наиболее благоприятные условия, исходную смесь подкисляют уксусной кислотой как наиболее дешевой и доступной, кроме того, уксусная кислота, участвуя в процессах пищеварения жвачных животных, является полезной для них.

В результате осуществления процесса ферментации создаются благоприятные условия для активного развития микроорганизмов. На первой стадии процесса, которая протекает 48 часов при температуре 37°C, наблюдается рост и развитие разных видов микроорганизмов, для которых данная температура является оптимальной - это мезофильные микроорганизмы, аэробные и анаэробные, развивающиеся за счет остаточного количества воздуха, который содержится в исходной смеси. За время проведения первой стадии процесса ферментации развивающиеся в ферментируемой массе микроорганизмы продуцируют ферменты, участвующие в процессах преобразования.

Вторая стадия процесса протекает при температуре пастеризации 55-60°C, поэтому губительна для патогенной микрофлоры. Тем самым обеспечивается санитарно-гигиеническая чистота получаемого биопрепарата.

Третья стадия процесса ферментации, протекающая в течение 48 часов при температуре 37°С, направлена на дальнейшую активизацию мезофильной молочнокислой микрофлоры с целью ее увеличения и сохранения в конечном биопрепарате.

Вторая и третья стадии процесса ферментации протекают уже в строго анаэробных условиях, так как весь остаточный воздух был уже израсходован микроорганизмами на первой стадии процесса. Анаэробные условия исключают развитие аэробной гнилостной микрофлоры и стимулируют развитие молочнокислых микроорганизмов, являющихся факультативными аэробами.

Таким образом, именно такие температурный и воздушный режим процесса ферментации и его продолжительность позволяют молочнокислым микроорганизмам достичь своего максимального развития. Кроме того, предварительное обогащение исходной смеси отходами мукомольного производства позволяет активизировать рост и развитие микроорганизмов, а подкисление исходной смеси дает приоритет в развитии и доминировании молочнокислой микрофлоре.

Твердофазный продукт ферментации подвергают экстракции 1%-ным раствором уксусной кислоты СН₃СООН в течение 48 часов при температуре 22°C. В этот период происходит извлечение питательных компонентов в раствор. Экстракция продукта ферментации направлена на получение раствора, включающего вещества, способные влиять на активизацию процесса силосования растительных кормов.

Выбор уксусной кислоты СН₃СООН в качестве экстрагента обусловлен следующим. Оптимальное значение pH для молочнокислых бактерий (МКБ), как и для большинства других микроорганизмов, нейтральное, но МКБ выдерживают и более кислую среду. Очень кислая среда (pH≤4,2) подавляет их рост и развитие, а слабощелочная среда, которая образуется при экстракции 1%-ным раствором калия фосфорнокислого (RU, №2557191, прототип), создает благоприятные условия для развития нежелательной для производства силоса микрофлоры (гнилостной, масляно-кислой и др.). Использование 1-%-ной уксусной кислоты в качестве экстрагента привело к снижению активной кислотности pH в готовом биоконсерванте до 4,9, что подавило развитие энтеробактерий (не более n×10⁵ КОЕ/мл), при этом количество молочнокислой микрофлоры оставалось на достаточно высоком уровне (n×10⁸ КОЕ/мл). Использование 1%-ной уксусной кислоты в качестве экстрагента повысило эффективность готового биопрепарата как консерванта при силосовании кормовых трав (табл. 2 и табл. 3).

Фильтрацию экстрагированной массы осуществляют под давлением сжатого воздуха до 3 атм. для максимального отделения мелкодисперсной твердой фазы.

Благодаря применению нового экстрагента получен новый более эффективный жидкофазный биопрепарат с высоким уровнем биогенности, питательности и физиологичности как результат процессов преобразований, протекающих в ферментируемой и экстрагируемой массе, что позволяет использовать его в качестве закваски для силосования кормов и при этом получать более качественный силос.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На чертеже изображена схема, поясняющая способ получения биопрепарата для кормопроизводства. В таблице 1 представлена характеристика биопрепарата; в таблицах 2 и 3 - эффективность использования полученного биопрепарата при силосовании кормовых культур.

Способ получения биопрепарата для кормопроизводства включает следующие операции:

- измельчение птичьего помета и торфа, взятых в соотношении компонентов 50:50;

- перемешивание измельченных компонентов;

- введение в смесь отходов мукомольного производства в количестве 5 мас. % торфопометной смеси;

- дополнительное перемешивание смеси;

- введение в смесь уксусной кислоты 50%-ной концентрации в дозе 15 мл на 1 кг торфопометной смеси;

- дополнительное перемешивание смеси;

- проведение процесса ферментации в анаэробных условиях в три стадии: первую стадию проводят при температуре 37°C в течение 48 часов, вторую - в температурном интервале 55-60°C в течение 24 часов, третью - при температуре 37°C в течение 48 часов;

- проведение процесса экстракции твердофазного продукта ферментации при температуре 22°C в течение 48 часов растворителем, в качестве которого используют 1%-ный раствор уксусной кислоты;

- фильтрацию экстрагированной массы под давлением 3 атм.

Пример конкретного выполнения заявленного способа.

Данный способ получения биопрепарата для кормопроизводства осуществлен с использованием запатентованной в ГНУ ВНИИМЗ технологической линии, предназначенной для получения жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия (патент РФ на полезную модель №109461, кл. C05P11/00, 2011).

Готовят исходную смесь из 100 кг птичьего помета и 100 кг торфа. Исходное сырье тщательно измельчают и перемешивают до получения однородной массы. Далее полученную смесь обогащают отходами мукомольного производства в количестве 10 кг, перемешивают, затем вносят 3 л 50%-ной уксусной кислоты. Снова все перемешивают и загружают готовую исходную смесь в корпус ферментера. После чего проводят процесс ферментации в анаэробных условиях в три стадии. Первую стадию проводят при температуре 37°C в течение 48 часов. На второй стадии смесь нагревают до 55-60°C в течение 24 часов. Третью стадию проводят при температуре 37°C в течение 48 часов.

Продукт ферментации, представляющий собой твердый сыпучий материал, поступает в экстрактор. Одновременно в резервуар экстрактора подают растворитель (экстрагент) - 1%-ный раствор СН₃СООН в количестве 580,7 л (для получения в конечном итоге маточного 10%-ного раствора биопрепарата). Экстракцию проводят при температуре 22°C в течение 48 часов. По окончании экстракции экстрагированную массу подвергают фильтрации под давлением 3 атм.

Новый биопрепарат для силосования, полученный по предлагаемому способу, имеет богатый состав (табл. 1) и представляет собой жидкость темно-коричневого цвета со специфическим запахом, возможен осадок, pH 4,6-5,0.

Полученный биопрепарат для кормопроизводства используют в качестве закваски для силосования растительного сырья (табл. 2, табл. 3).

Наличие в составе биопрепарата микрофлоры, ферментов и легкогидролизуемых углеводов позволяет отнести его к группе комбинированных биологических препаратов. Действующим началом нового биопрепарата, обеспечивающим высокое качество силоса, является наличие в его составе водорастворимых углеводов, ферментов и микроорганизмов. Входящие в состав биопрепарата углеводы необходимы для питания молочнокислых микроорганизмов, участвующих в процессе создания кислой среды в силосуемой массе. Ферменты, присутствующие в биопрепарате, обладают способностью расщеплять полисахариды на глюкозу и фруктозу, наиболее доступные углеводы для молочнокислых бактерий. Содержание большого количества молочнокислых микроорганизмов обеспечивает активизацию процессов силосования и обогащение готового корма легкопереваримыми питательными и биологически активными веществами.

Заявленный способ получения биопрепарата для кормопроизводства промышленно осуществим, а полученный данным способом биопрепарат применим в кормопроизводстве как закваска для силосования растительного сырья. В качестве примера конкретного применения полученного биопрепарата был заложен опыт по силосованию, результаты которого приведены в табл. 2 и табл. 3.

Из результатов опыта, приведенных в табл. 2 и 3, можно сделать вывод, что, действительно, полученный заявленным способом биопрепарат способствует процессу силосования, обеспечивая получение корма более высокого качества, по сравнению с прототипом (RU, №2557191).

Так как в производстве нового биопрепарата используются отходы птицефабрик, то применение данной технологии предполагает улучшение экологической обстановки и уменьшение загрязнения окружающей среды.

Производство нового биопрепарата достаточно простое и доступное, не требующее сложных и длительных специфических операций и дорогого сырья, благодаря чему полученный заявленным способом биопрепарат является не только эффективным, но и недорогим и простым в производстве. Его можно рекомендовать как эффективную закваску при приготовлении силоса, расширяя ассортимент биопрепаратов для силосования и укрепляя кормовую базу животноводства.