Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА ОТХОДОВ ПОТРОШЕНИЯ ПТИЦЫ

Изобретение относится к агропромышленному комплексу, в частности к птицеперерабатывающей промышленности, и может быть использовано для создания технологической линии для проведения ферментативного гидролиза отходов потрошения птицы с целью получения высокобелковой кормовой добавки.

За последние пять лет в Российской Федерации наблюдается устойчивый рост производства птицы. Объемы малоценных (побочных) продуктов, получаемых при переработке птицы на предприятиях РФ, составляют почти 1,0 млн тонн. При этом побочные продукты являются ценнейшим источником животного белка, содержание которого в таких продуктах составляет почти 200,0 тыс. тонн.

При утилизации малоценных отходов предпочтение отдается технологиям, которые включают физическое и механическое воздействие на сырье. К таким методам относятся высокотемпературные технологии с применением значительного количества тепло- и электроэнергии. Подобные технологии в значительной степени утилизируют одни органические отходы, однако в процессе образуются новые, зачастую не менее опасные для экологии.

Поэтому в последнее время активно ведутся поиски альтернативных технологий утилизации отходов птицеводческого комплекса, которые смогут позволить максимально и массово извлекать компоненты сырья с высокой биогенной и кормовой доступностью, превращая их в экологически безопасные и полезные для здоровья продукты.

Традиционные технологии как отечественные, так и зарубежные позволяют получать из отходов потрошения птицы кормовую муку с низким содержанием усвояемого белка (перевариваемость белка от 25 до 50%), при этом от 50 до 75% доступного белка теряется из-за жесткого температурного многочасового процесса обработки. Кроме того, традиционные процессы обработки требуют значительных затрат энергии и при этом загрязняют окружающую среду.

Известен (RU Патент 2279810, опубл. 20.07.2006) способ получения белковой кормовой добавки из кератинсодержащего сырья. Способ заключается в нагреве и измельчении исходного сырья (отходы птицеперерабатывающей промышленности, отходы потрошения птицы), стерилизации и сушке, при этом влажность сырья составляет 35-95%, давление составляет 0,4-10,0 МПа, температура 60-120°C, с последующей гидротермической обработкой сырья при температуре 150-250°C в течение 5-300 сек с одновременным тонким измельчением и истиранием, выводом сырья в зону атмосферного давления.

Недостатком указанного способа является отсутствие стадии дополнительной очистки, за счет чего в готовом продукте содержится большое количество мелкодисперсных примесей.

Также известен способ получения белкового гидролизата, где в качестве сырья используют отходы переработки животных, птиц и рыб (RU Патент 2195130, опубл. 27.12.2002). Перед гидролизом сырье измельчают и проводят отбор жировой фракции. Гидролиз проводят в течение 6-7 ч в режиме открытого упаривания, а нейтрализацию осуществляют электрохимической обработкой в электролизере, разделенном мембраной на два отделения, помещая гидролизат в отделение с катодным электродом, раствор щелочи в отделение с анодным электродом и пропуская между электродами постоянный ток до установления значения pH гидролизата 5,6-7,0. При этом отбор жировой фракции осуществляют путем прогревания измельченного сырья с водой до 80-90°C, его отстаивания в течение 2-3 ч и снятия всплывшего липидного слоя для дальнейшей утилизации. Плотность постоянного тока на катоде в процессе нейтрализации устанавливают 5,5-6,0 А/дм². Упаривание гидролизата проводят до плотности 1,05-1,12 г/см³ и значения pH 4,5-6,0.

Недостатком способа является отсутствие механизма тонкого измельчения сырья, что не обеспечивает большого выхода питательных компонентов, при этом для реализации данного способа требуются большие энергетические затраты.

Известен (RU Патент 2143422, опубл. 10.03.2011) способ получения кормовой добавки из перопухового сырья. Используемое неизмельченное сырье (отходы кератинсодержащего сырья) исходной влажностью 30-75% непрерывно подают в канал смесителя-измельчителя, где осуществляют уплотнение в 8-10 раз и нагрев при давлении 0.5-5.0 МПа и температуре сырья 60-120°C с последующей гидротермической обработкой при температуре 180-200°C в течение 5-90 сек с одновременным тонким измельчением и истиранием. Процесс тонкого измельчения и водный гидролиз кератина осуществляют в тонком слое до 30 мм, затем проводят вторую фазу высокотемпературного гидролиза при давлении 5.0-15.0 МПа в течение 90-270 сек при температуре 180-250°C и выводят продукт переработки сырья в зону атмосферного давления.

Недостатком указанного способа является отсутствие стадии дополнительной очистки, за счет чего в готовом продукте содержится большое количество мелкодисперсных примесей.

Наиболее близким аналогом является способ получения белкового ферментированного корма из отходов убоя птицы (RU Патент 2409972, опубл. 27.01.2011). Отходы убоя птицы предварительно обезвоживают до влажности 60-65%, накапливают их в дозирующих емкостях до массы, необходимой для загрузки одного котла с добавлением в эту емкость ферментов. Затем эту массу подают в котел и проводят гидролиз при температуре 45-55°C в течение 40-50 мин. Затем проводят стерилизацию при температуре 135-140°C в течение 0,5 ч и вакуумированную сушку с конденсацией соковых паров при температуре 80-100°C в течение 4-5 ч с применением двухступенчатого регулирования подачи пара. Готовый продукт охлаждают холодным воздухом на ленточном охладителе до температуры ниже 30°C и подвергают сепарированию на виброрешетном сепараторе.

Недостатком способа является сложная технологическая схема получения белкового корма.

Анализ достижений в изучаемой области показывает, что возможными путями устранения указанных недостатков могут быть: интенсификация термообработки сырья, переработка его в непрерывном потоке, устранение микробиологической порчи сырья до начала переработки и совмещение технологических операций.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа проведения ферментативного гидролиза отходов потрошения птицы (отходы переработки птицы и яиц, в т.ч. технические отходы, железистые и мышечные желудки, головы, ноги, шеи, сердца, костная фракция).

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в получении высокобелковых кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и птиц, а также рационального использования отходов птицефабрик.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ проведения ферментативного гидролиза отходов потрошения птицы, включающий ферментативный гидролиз, пастеризацию биомассы, очистку и обезжиривание, причем отходы предварительно подвергают высокотемпературной обработке при температуре 150-200°C с одновременным измельчением в течение 60-120 сек с последующим проведением ферментативного гидролиза в ферментере при 55°C, куда вносят консорциум микроорганизмов (Bacillus endophyticus 2102, Bacillus safensissp., Bacillus pumilus SAFR032, Bacillus licheniformis, Streptomyces parvussp в соотношении 1:1:1:1:1) при постоянном перемешивании со скоростью 20-25 об/мин в течение 12-24 ч, по окончании которых массу пастеризуют в течение 10-30 мин при температуре 75-95°C, далее массу отправляют на очистку в рифайнер и/или декантер и затем на обезжиривание в сепаратор при скорости подачи ферментируемой массы 0,6 м³/ч.

Используют консорциум микроорганизмов, содержащий Bacillus endophyticus 2102, Bacillus safensissp., Bacillus pumilus SAFR032, Bacillus licheniformis, Streptomyces parvuss, взятых в соотношении 1:1:1:1:1.

После пастеризации гидролизата может проводиться грубая очистка на рифайнере с диаметром ячеек сетки 0,5 мм, углом наклона лопаток 45°, скорости подачи ферментируемой массы 0,5 м³/ч.

После пастеризации гидролизата может проводиться отделение взвешенных частиц на декантере, скорость подачи ферментируемой массы в центрифугу - 0,6 м³/ч.

В некоторых вариантах реализации способа после пастеризации проводят грубую очистку гидролизата на рифайнере, а затем на декантере дополнительно отделяют взвешенные твердые частицы, скорость подачи ферментируемой массы в центрифугу - 0,6 м³/ч.

Изобретение реализуется следующим образом.

Исходное сырье (отходы потрошения птицы) проходит предварительную гидротермическую обработку в аппарате для высокотемпературной обработки. В аппарат сырье поступает влажностью 50-55%. Далее осуществляют его уплотнение и нагрев в канале смесителя-измельчителя при непрерывной подаче при температуре сырья 60-120°C с последующей гидротермической обработкой сырья при температуре 190-200°C в течение 90 сек с одновременным тонким измельчением и истиранием. Затем переработанное сырье выводят в зону атмосферного давления. Процесс измельчения и ферментативный гидролиз совмещены и осуществляются в тонком слое до 20 мм.

С целью проведения ферментативного гидролиза отходов потрошения птицы в ферментационный реактор объемом 3,0 м³ добавляют воду в соответствии с режимом гидромодуля 8 и вносят измельченные отходы. После загрузки температуру смеси сырья и воды доводят до 55°C. В нагретую смесь вносят консорциум микроорганизмов. Ферментативный гидролиз ведут при постоянном перемешивании в течение 12-24 ч. По окончании ферментативного гидролиза температуру массы повышают и выдерживают в течение 10-30 мин. Далее масса отправляется на очистку от примесей в рифайнер и/или декантер и затем на обезжиривание в сепаратор. Обезжиренный и очищенный гидролизат перекачивают в приемную емкость.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами (сравнение разработанного способа проведения ферментативного гидролиза отходов потрошения птицы для обоснования достижения указанного технического результата будет проведено со способом получения белкового ферментированного корма из отходов убоя птицы согласно патенту RU 2409972).

Пример 1

Исходное сырье (отходы потрошения птицы) проходит предварительную гидротермическую обработку в аппарате для высокотемпературной обработки. В аппарат сырье поступает влажностью 50-55%. Далее осуществляют его уплотнение и нагрев в канале смесителя-измельчителя при непрерывной подаче при давлении 0,4-10,0 МПа и температуре сырья 60-120°C с последующей гидротермической обработкой сырья при температуре 150-200°C в течение 60-120 сек с одновременным тонким измельчением и истиранием. Затем переработанное сырье выводят в зону атмосферного давления. Процесс измельчения и ферментативный гидролиз совмещены и осуществляются в тонком слое до 20 мм.

С целью проведения ферментативного гидролиза отходов потрошения птицы в ферментационный реактор объемом 3,0 м³ добавляют воду в соответствии с режимом гидромодуля 8 и вносят измельченные отходы. После загрузки температуру смеси сырья и воды доводят до 55°C. В нагретую до 55°C смесь вносят консорциум микроорганизмов (Bacillus endophyticus 2102, Bacillus safensis sp., Bacillus pumilus SAFR032, Bacillus licheniformis, Streptomyces parvus sp. в соотношении 1:1:1:1:1). Ферментативный гидролиз ведут при температуре 55°C и постоянном перемешивании со скоростью 20-25 об/мин в течение 12-24 ч.

После окончания ферментативного гидролиза температуру массы повышают до 90-95°C, выдерживают при этой температуре в течение 10-30 мин.

По прошествии времени пастеризованная масса насосом подается в рифайнер - проточный фильтр грубой очистки. На выходе из фильтра получают 2 фракции - «твердую» и «жидкую (бульон + жир). Диаметр ячеек сетки фильтра - 0,5 мм; угла наклона лопаток - 45°, скорости подачи ферментируемой массы на фильтр - 0,5 м³/ч.

После «жидкую» фракцию подают в приемную емкость и затем насосом перекачивают в сепаратор для отделения жира и осветления бульона. Полученный готовый продукт насосом подают в приемную емкость.

Пример 2

Исходное сырье (отходы потрошения птицы) проходит предварительную гидротермическую обработку в аппарате для высокотемпературной обработки. В аппарат сырье поступает влажностью 50-55%. Далее осуществляют его уплотнение и нагрев в канале смесителя-измельчителя при непрерывной подаче при давлении 0,4-10,0 МПа и температуре сырья 60-120°C с последующей гидротермической обработкой сырья при температуре 150-200°C в течение 60-120 сек с одновременным тонким измельчением и истиранием. Затем переработанное сырье выводят в зону атмосферного давления. Процесс измельчения и ферментативный гидролиз совмещены и осуществляются в тонком слое до 20 мм.

С целью проведения ферментативного гидролиза отходов потрошения птицы в ферментационный реактор объемом 3,0 м³ добавляют воду в соответствии с режимом гидромодуля 8 и вносят измельченные отходы. После загрузки температуру смеси сырья и воды доводят до 55°C. В нагретую до 55°C смесь вносят консорциум микроорганизмов (Bacillus endophyticus 2102, Bacillus safensis sp., Bacillus pumilus SAFR032, Bacillus licheniformis, Streptomyces parvus sp. в соотношении 1:1:1:1:1). Ферментативный гидролиз ведут при температуре 55°C и постоянном перемешивании со скоростью 20-25 об/мин в течение 12-24 ч.

После окончания ферментативного гидролиза температуру массы повышают до 90-95°C, выдерживают при этой температуре в течение 10-30 мин.

По прошествии времени пастеризованная масса насосом подается в декантер - горизонтальную центрифугу для отделения взвешенных частиц. На выходе из центрифуги получают 2 фракции - «твердую» и «жидкую» (бульон + жир). Скорость подачи ферментируемой массы в центрифугу - 0,6 м³/ч.

После «жидкую» фракцию подают в приемную емкость, и затем насосом перекачивают в сепаратор для отделения жира и осветления бульона. Полученный готовый продукт насосом подают в приемную емкость.

Пример 3

Исходное сырье (отходы потрошения птицы) проходит предварительную гидротермическую обработку в аппарате для высокотемпературной обработки. В аппарат сырье поступает влажностью 50-55%. Далее осуществляют его уплотнение и нагрев в канале смесителя-измельчителя при непрерывной подаче при давлении 0,4-10,0 МПа и температуре сырья 60-120°C с последующей гидротермической обработкой сырья при температуре 150-200°C в течение 60-120 сек с одновременным тонким измельчением и истиранием. Затем переработанное сырье выводят в зону атмосферного давления. Процесс измельчения и ферментативный гидролиз совмещены и осуществляются в тонком слое до 20 мм.

С целью проведения ферментативного гидролиза отходов потрошения птицы в ферментационный реактор объемом 3,0 м³ добавляют воду в соответствии с режимом гидромодуля 8 и вносят измельченные отходы. После загрузки температуру смеси сырья и воды доводят до 55°C. В нагретую до 55°C смесь вносят консорциум микроорганизмов (Bacillus endophyticus 2102, Bacillus safensis sp., Bacillus pumilus SAFR032, Bacillus licheniformis, Streptomyces parvus sp. в соотношении 1:1:1:1:1). Ферментативный гидролиз ведут при температуре 55°C и постоянном перемешивании со скоростью 20-25 об/мин в течение 12-24 ч.

После окончания ферментативного гидролиза температуру массы повышают до 90-95°C, выдерживают при этой температуре в течение 10-30 мин.

По прошествии времени пастеризованная масса насосом подается в рифайнер. На выходе из рифайнера получают 2 фракции - «твердую» и «жидкую (бульон + жир).

После рифайнера «жидкую» фракцию подают в приемную емкость; из приемной емкости насосом подают в центрифугу «декантер» для дополнительной очистки от твердых частиц.

На выходе из декантера получают 2 фракции - «твердую» и «жидкую» (бульон + жир). Скорости подачи ферментируемой массы в декантер - 0,6 м³/ч.

Результаты определения показателей качества и безопасности ферментативных гидролизатов отходов потрошения птицы по сравнению с ближайшим аналогом (RU Патент 2458077) представлены в таблице 1.

Таким образом, установлено, что все опытные партии ферментативных гидролизатов отходов потрошения птицы, полученные по примерам 1-3, отличаются высоким содержанием белка (79,6-89,7% в пересчете на сухое вещество), кальция (12,0-13,4%), фосфора (9,0-10,7%) и низким содержанием жира (не более 0,8%) и сырой клетчатки (не более 0,6%). По химическим и микробиологическим показателям безопасности ферментативные гидролизаты удовлетворяют требованиям действующей нормативной документации.

Следует отметить, что наиболее высокие значения массовой доли белка, кальция и фосфора достигаются в ферментативных гидролизатах отходов потрошения птицы, полученных по примерам 1 и 3.