Способ получения биопрепарата для силосования

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

Известны способы получения бактериальной закваски для силосования кормов, конечный продукт которых представлен в сухом виде (патент РФ №1091549, кл. C12N 1/20, C12N 1/02, 1981; патент РФ №2265655, кл. C12N 1/20, C12R 1:46, C12R 1:25, 2003).

Недостаток сухих заквасок для силосования кормов заключается 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.

Известны поточные линии (патент РФ на ПМ №50530, Кл. C05F 3/00, C05F 11/00, 2005; патент РФ на ПМ №57276, Кл. C05F 3/00, C05F 11/00, 2006) для получения жидкофазных биологически активных средств. Реализуемый ими способ получения жидкофазных биологически активных средств предусматривает процесс ферментации смеси торфа и органических отходов, обогащенной биодобавкой, с последующими экстракцией растворителем твердофазного биосредства и фильтрацией. Конечный продукт - жидкофазное биосредство с повышенным содержанием физиологически активных веществ.

В технологии производства биологически активных средств предусмотрена корректировка и нормализация их состава. В зависимости от технологии получения твердофазного биологически активного средства в биореакторе, способа экстракции биологически активных веществ, а также выбора экстрагента можно получить спектр жидкофазных биосредств для адресного их использования под конкретные цели: для использования в качестве биостимулятора для роста и развития растений, для активизации почвенно-микробиологических процессов, силосования многолетних трав, в кормопроизводстве как кормовая добавка, для внесения в почву под конкретные сельскохозяйственные культуры.

Известен способ получения жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия (патент РФ №2365568, кл. С05Р 11/00, 2009), предусматривающий проведение процесса ферментации торфонавозной смеси, обогащенной биологически активной добавкой, с последующей экстракцией растворителем твердофазного продукта ферментации и фильтрацией экстрагированной массы. В качестве биологически активной добавки используют золу лиственных пород в количестве 3% от массы торфонавозной смеси, процесс ферментации проводят в три стадии: первую и третью - в течение 48 часов при температуре 37°С, вторую - в течение 24 часов в температурном интервале 55-60°С, при этом осуществляют продувку смеси воздухом в продольном и поперечном направлениях в течение 30 мин. через каждые 24 часа, кроме того, в качестве растворителя твердофазного продукта ферментации берут 1%-ный раствор калия фосфорнокислого, а экстракцию проводят в течение 48 часов при температуре 22°С.

Конечный продукт - жидкофазное биосредство (ЖФБ) с высоким уровнем биогенности, питательности и физиологичности, используемое для улучшения роста и развития растений, а также для активизации почвенно-микробиологических процессов. Данное жидкофазное биосредство используют в качестве биопрепарата для силосования козлятника восточного (патент РФ №2437567, кл. C1 А23К 3/00, 2010). Но, поскольку известное биосредство предназначено для активизации процессов роста и развития растений, технология его получения направлена на активизацию другого сообщества микроорганизмов, чем это необходимо для эффективного проявления свойств закваски для силосования. Путем модификации технологии получения жидкофазного биосредства можно получить новый более эффективный биопрепарат для силосования кормов.

Известен способ получения биопрепарата для кормопроизводства (патент РФ №2557191, А23К 1/16, 2014, прототип), предусматривающий проведение процесса ферментации смеси торфа и птичьего помета в соотношении компонентов 50:50, обогащенной отходом мукомольного производства, в количестве 5% от массы торфопометной смеси и подкисленной 50%-ной уксусной кислотой в дозе 15 мл на 1 кг торфопометной смеси, в три стадии: первую и третью - в течение 48 часов при температуре 37°С, вторую - в течение 24 часов в температурном интервале 55-60°С, с последующей экстракцией твердофазного продукта ферментации 1%-ным раствором калия фосфорнокислого в течение 48 часов при температуре 22°С и фильтрацией экстрагированной массы с получением жидкофазного биопрепарата. Фильтрацию экстрагированной массы проводят под давлением до 3 атм.

Недостаток известного способа получения биопрепарата для кормопроизводства заключается в недостаточно эффективном проявлении свойств полученной закваски для силосования, обусловленном тем, что по завершении процесса ферментации твердофазный продукт имеет нейтральную или слабощелочную среду (рН=7-8,5), что косвенно указывает на развитие микроорганизмов-контаминатов - другого сообщества микроорганизмов, присутствующих в исходной смеси, и недостаточное развитие молочнокислых, которые продуцируют органические кислоты при своем развитии. Данное обстоятельство отрицательно сказывается на эффективности полученной закваски для силосования.

Кроме того, биопрепарат для кормопроизводства, полученный известным способом, со временем меняет свои состав и свойства из-за наличия в нем живой микрофлоры. В готовом биопрепарате, кроме молочнокислых, содержатся и другие микроорганизмы, которые в процессе хранения даже при низкой температуре (3°С) медленно, но развиваются. Наиболее активные из них - аммонифицирующие, или гнилостные микроорганизмы. В анаэробных условиях в процессе их жизнедеятельности происходит распад белковых веществ на аммиак, углекислый газ и другие органические соединения, в том числе и ядовитые, поэтому этот процесс в биопрепарате для кормопроизводства крайне нежелателен. Кроме того, аммиак подщелачивает среду, что создает условия для развития также нежелательных Клостридий и Энтеробактерий. При этом развитие молочнокислых бактерий угнетается из-за дефицита питательных веществ и из-за конкуренции с другими микроорганизмами. Из-за этих процессов рН биопрепарата увеличивается и из слабокислой становится нейтральной и далее - слабощелочной. Снижается количество молочнокислых бактерий и увеличивается количество гнилостных микроорганизмов, энтеробактерий, также могут присутствовать в нем и вредные продукты их метаболизма. В результате со временем биопрепарат меняет свои состав и свойства количественно и качественно, снижая при этом эффективное проявление свойств как закваски для силосования. Процессы аммонификации (гниение, разложение белковых веществ) сопровождаются выделением аммиака и сероводорода, о чем свидетельствует появляющийся со временем неприятный запах.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении эффективности биопрепарата для силосования и увеличении времени эффективного его использования.

Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в повышении качества приготовленного силоса с использованием полученного заявленным способом биопрепарата как закваски для силосования и увеличении времени эффективного его использования.

Поставленная в изобретении задача решена тем, что в способе получения биопрепарата для силосования, предусматривающем проведение процесса ферментации смеси торфа и птичьего помета в соотношении компонентов 50:50, обогащенной отходом мукомольного производства в количестве 5% от массы торфопометной смеси и подкисленной 50%-ной уксусной кислотой, в три стадии: первую - в течение 48 часов при температуре 37°С, вторую - в течение 24 часов в температурном интервале 55-60°С, третью стадию - в течение 48 часов при температуре 37°С, при этом процесс ферментации проводят в анаэробных условиях, после чего твердофазный продукт ферментации подвергают экстракции 1%-ным раствором калия фосфорнокислого в течение 48 часов при температуре 22°С и последующей фильтрации экстрагированной массы, 50%-ную уксусную кислоту берут в дозе 25 мл на 1 кг торфопометной смеси, а по окончании процесса фильтрации в полученный конечный продукт вводят натрий хлористый в сухом виде в количестве 10 мас. %, перемешивают компоненты до полного его растворения, после чего полученный биопрепарат выдерживают в течение 12 часов при температуре 22°С. Фильтрацию экстрагированной массы проводят под давлением до 3 атм.

В ходе разработки нового способа получения биопрепарата для силосования подобрана и подтверждена экспериментально доза подкислителя исходной смеси для ферментации, а также сделан выбор препарата с консервирующим действием - хлористый натрий, при введении которого в свежеприготовленный фильтрат получают конечный продукт - биопрепарат для силосования, который в течение 6 месяцев сохраняет высокую эффективность для силосования зеленой массы растений.

Исходная торфопометная смесь содержит очень большое количество различных микроорганизмов, в том числе: аммонифицирующих, энтеробактерий, микроскопических грибов, клостридий, молочнокислых и др. Молочнокислым бактериям, как более примитивным и требовательным к среде обитания, трудно захватить приоритет в развитии. Аммонифицирующие микроорганизмы более активные и на начальном этапе ферментации (когда между частицами исходной смеси еще содержится неизрасходованной воздух, то есть процесс не строго анаэробный), активно развиваются, при этом продуцируют аммиак, который сдвигает рН среды в щелочную сторону. Чтобы ингибировать развитие аммонификаторов, на этапе подготовки исходной смеси для ферментации в торфопометную смесь вносят уксусную кислоту 50%-ной концентрации в дозе 25 мл на 1 кг торфопометной смеси (табл. 2, 3). Выбор данной дозы продиктован критериями оптимальных условий для жизнедеятельности молочнокислых бактерий. Более кислая среда подавляет их рост и развитие, а более щелочная - создает благоприятные условия для развития нежелательной микрофлоры - гнилостной и масляно-кислой (Шлегель Г. Общая микробиология: перевод с немецкого / под ред. Е.Н. Кондратьевой. - М.: Мир, 1987). Уксусная кислота, являясь естественным метаболитом обмена веществ в пищеварительном тракте жвачных животных, не оказывает вредного или токсичного действия на их организм.

Твердофазный продукт ферментации при внесении подкислителя - уксусной кислоты в дозе 25 мл на кг исходной торфопометной смеси, по завершении процесса ферментации имеет рН=5,6-7,6, то есть среда слабокислая или нейтральная. Следовательно, молочнокислые бактерии в процессе ферментации лучше развиваются в общем консорциуме (сообществе) микроорганизмов, показателем чего является накопление органических кислот, а результатом - повышение эффективности полученного биопрепарата как закваски для силосования (табл. 1).

Введение натрия хлористого после проведения операции фильтрации в фильтрат в количестве 10 мас. % в сухом виде с последующими перемешиванием компонентов до полного растворения натрия хлористого и выдерживанием полученной смеси в течение 12 часов при температуре 22°С обеспечивает ингибирование аммонификаторов в процессе хранения и сохранение высокого титра молочнокислых бактерий биопрепарата для силосования, благодаря чему эффективное использование заявленного биопрепарата как закваски при силосовании зеленой массы растений увеличивается до 6 месяцев его хранения при температуре 3°С.

Развитие большинства микроорганизмов подавляется введением в раствор натрия хлористого. Действие натрия хлористого основано на создании повышенного осмотического давления вокруг бактериальной клетки. Повышение осмотического давления в биопрепарате выше определенного уровня приводит к прекращению жизнедеятельности микроорганизмов, их анабиозу и полному отмиранию. Осмотическое давление внутри бактериальной клетки обычно несколько выше давления окружающей среды. Обменные процессы микроорганизма с внешней средой нормально протекают только при наличии разности их осмотического давления. Повышение осмотического давления в биопрепарате приводит к нарушению обмена бактериальной клетки с внешней средой, усилению выведения воды из клетки, ее обезвоживанию, уменьшению объема протоплазмы, отслоению ее от оболочки и гибели микробной клетки. Таким образом, под влиянием достаточно концентрированных растворов хлористого натрия от бактериальной клетки отнимается вода, а протоплазма подвергается обезвоживанию и плазмолизу.

Характер влияния хлористого натрия на различные микроорганизмы неодинаков. Неодинаковое влияние осмотического давления растворов соли на различные микроорганизмы в значительной мере объясняется различием в уровне обмена веществ этих микроорганизмов. Наиболее выносливы к действию хлористого натрия грамположительные кокки; менее выносливы бациллы. К числу последних относится большинство гнилостных аэробов. Чувствительность к действию соли обнаруживают также и многие гнилостные анаэробы. (https://studopedia.ru/2108314_komerviruyushchee-deystvie-hloristogo-natriya.html).

Жизнедеятельность толерантных к хлористому натрию микроорганизмов не всегда подавляется. Некоторые из них, например, молочнокислые бактерии постепенно адаптируются к высокой концентрации хлористого натрия, начинают размножаться (L. plantarum, L. leichmanii, Pediococcus cerevisiae, Str. Lactis; http://smikro.ru/?p=222).

Внесение хлористого натрия в готовый биопрепарат не меняет его рН, так как раствор хлористого натрия имеет нейтральную реакцию. Но в процессе хранения рН биопрепарата снижается (табл. 4.), что указывает на развитие молочнокислых бактерий, которые могут быть устойчивыми к консервирующему действию хлористого натрия.

Внесение хлористого натрия в биопрепарат для силосования первоначально приводит к некоторому снижению всех микроорганизмов, в том числе и молочнокислых, так как высокая его концентрация (10%) подавляет развитие всех микроорганизмов. Но со временем в нем начинают развиваться устойчивые к хлористому натрию молочнокислые микроорганизмы, тогда как другие микроорганизмы полностью инактивированы. В результате при хранении хлористый натрий не только консервирует биопрепарат, но и обеспечивает приоритет в развитии молочнокислых бактерий. Поэтому эффективность биопрепарата для силосования при хранении не снижается.

Концентрации хлористого натрия 10% соответствуют примерно 60-65 атм. осмотического давления, что обеспечивает достаточный бактериостатический и бактерицидный эффект, обеспечивающий сохранение свойств биопрепарата и наиболее эффективно проявляющийся через 12 часов при температуре 22°С.

Увеличить срок хранения биопрепарата можно и путем внесения уксусной кислоты, как наиболее дешевой и доступной (табл. 5). При этом полезные молочнокислые бактерии выдерживают достаточно кислую среду (до рН=4,3), а нежелательные гнилостные микроорганизмы при такой кислотности среды гибнут. Но, как показали исследования (табл. 4 и 5), через 6 месяцев хранения в биопрепарате с уксусной кислотой значительно уменьшается количество полезной молочнокислой микрофлоры. Поэтому в качестве консерванта был выбран натрий хлористый.

Условия и срок хранения заявленного биосредства получены экспериментальным путем и составляют 6 мес. при температуре 3°С.

С периодичностью в месяц биопрепарат тестировали при одинаковых условиях на ряд показателей, определяющих его качество. Результаты тестирования приведены в табл. 4, из которой можно сделать вывод, что качество биопрепарата для силосования при его хранении в течение 6 месяцев снижается незначительно по сравнению со свежеприготовленным биопрепаратом.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

На чертеже изображена схема, поясняющая способ получения биопрепарата для силосования; в табл.1 приведена характеристика биопорепарата для силосования; в таблице 2 - определение количества подкислителя; в таблице 3 приведена микробиологическая характеристика разных партий биопрепарата в зависимости от количества подкислителя; в таблице 4 показано влияние хлористого натрия (10 мас. %) на качество биопрепарата при его хранении в течение 6 месяцев при температуре 3°С; в таблице 5 - влияние 50%-ной уксусной кислоты (0,8 мас. %) на качество биопрепарата при его хранении в течение 6 месяцев при температуре 3°С; в таблице 6 показана эффективность использования биопрепарата по качеству корма при силосовании козлятника восточного; в таблице 7 - эффективность использования биопрепарата по качеству корма при силосовании клевера лугового; в таблице 8 - эффективность использования биопрепарата по качеству корма при силосовании донника белого.

Способ получения биопрепарата для силосования включает следующие операции:

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

- перемешивание измельченных компонентов;

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

- дополнительное перемешивание смеси;

- введение в смесь уксусной кислоты 50%-ной концентрации в дозе 25 мл на 1 кг торфопометной смеси;

- дополнительное перемешивание смеси;

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

- проведение процесса экстракции твердофазного продукта ферментации при температуре 22°С в течение 48 часов 1%-ным раствором калия фосфорнокислого;

- фильтрацию экстрагированной массы под давлением до 3 атм;

- внесение 10 мас. % натрия хлористого в сухом виде в готовый биопрепарат для силосования;

- перемешивание компонентов до полного растворения натрия хлористого и выдерживание смеси в течение 12 часов при температуре 22°С.

Пример конкретного выполнения заявленного способа.

Заявленный способ получения биопрепарата для силосования осуществлен с использованием запатентованной в ФГБНУ ВНИИМЗ технологической линии, предназначенной для получения жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия (патент РФ на ПМ №57276, Кл. C05F 3/00, C05F 11/00, 2006).

Готовят исходную смесь из 100 кг птичьего помета и 100 кг торфа. Исходное сырье тщательно измельчают и перемешивают до получения однородной массы. Полученную смесь обогащают отходом мукомольного производства в количестве 10 кг (5 мас. % от исходной торфопометной смеси), перемешивают, добавляют 5,25 л 50%-ной уксусной кислоты. Снова перемешивают и загружают в ферментер для проведения процесса ферментации в три стадии.

На первой стадии процесса, которая протекает 48 часов при температуре 37°С, наблюдается рост и развитие всех видов микроорганизмов, для которых данная температура является оптимальной - это мезофильные микроорганизмы, в том числе аэробные и анаэробные, развивающиеся за счет воздуха, оставшегося между частицами исходной смеси. За время проведения первой стадии процесса ферментации развивающиеся в ферментируемой массе микроорганизмы продуцируют ферменты, участвующие в процессах преобразования. Но для приоритетного развития молочнокислой микрофлоры в исходную смесь добавляют 50% -ную уксусную кислоту в дозе 25 мл на 1 кг торфопометной смеси, сдерживающей развитие аммонификаторов и других посторонних микроорганизмов.

Вторая стадия процесса протекает при температуре пастеризации 55-60°С, поэтому губительна для патогенной микрофлоры. Тем самым обеспечивается санитарно-гигиеническая чистота получаемого биопрепарата. Кроме того, на данной стадии кислорода в ферментируемой смеси уже не остается и процесс проходит в анаэробных условиях.

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

Именно такой температурный режим процесса ферментации и его продолжительность позволяет микроорганизмам достичь своего максимального развития. Кроме того, предварительное обогащение исходной смеси отходом мукомольного производства позволяет активизировать рост и развитие микроорганизмов, а также интенсифицировать процессы трансформации, осуществляемые ими.

Извлечение питательных компонентов в раствор достигается экстракцией твердофазного продукта ферментации 1%-ным раствором калия фосфорнокислого (K₂HPO₄) в течение 48 часов при температуре 22°С. Твердофазный продукт ферментации, представляющий собой сыпучий материал, подают в экстрактор. Одновременно в резервуар экстрактора подают растворитель (экстрагент) - 1%-ный раствор К₂НРО₄ в количестве 580,7 л (для получения в конечном итоге маточного 10%-ного раствора биопрепарата). При этом K₂HPO₄ одновременно выступает в качестве активатора микробиологической деятельности как источник питания и энергии для микроорганизмов, т.е. полученный биопрепарат содержит большое количество живой микрофлоры, в том числе и определенное количество микроорганизмов, вызывающих процессы аммонификации (гниение, разложение белковых веществ), сопровождающиеся выделением аммиака и сероводорода.

По окончании экстракции экстрагированную массу фильтруют под давлением сжатого воздуха до 3 атм. с целью максимального отделения мелкодисперсной твердой фазы.

Полученный жидкий биопрепарат для силосования (жидкая фракция) характеризуется максимальным уровнем питательности и наличием большого количества микроорганизмов, которое обусловлено способом получения твердофазного продукта ферментации, благоприятствующим их активному развитию. Развитие большинства микроорганизмов, в первую очередь гнилостных, подавляется введением в раствор натрия хлористого.

В результате фильтрации получают 555 л готового жидкого биопрепарата и 239 кг твердого остатка. В 555 л готового жидкого биопрепарата водят 55,5 кг сухого хлористого натрия, тщательно перемешивают до его полного растворения и выдерживают 12 часов при температуре 22°С.

Введение хлористого натрия в конечный продукт - биопрепарат для силосования, способствует прекращению развития гнилостных микроорганизмов, энтеробактерий, клостридий и других нежелательных микроорганизмов. Благодаря развитию устойчивых к хлористому натрию молочнокислых микроорганизмов (табл. 4), при хранении хлористый натрий не только консервирует биопрепарат, но и обеспечивает приоритет в развитии молочнокислых бактерий. Поэтому эффективность биопрепарата для силосования при хранении не снижается, а эффективное использование заявленного биопрепарата как закваски при силосовании зеленой массы растений увеличивается до 6 месяцев его хранения при температуре 3°С.

Новый биопрепарат для силосования, полученный заявленным способом, имеет богатый состав (табл. 1) и может быть использован в кормопроизводстве как закваска для силосования растительного сырья (табл. 6, 7, 8).

Наличие в его составе микрофлоры и ферментов позволяет отнести полученный биопрепарат к группе комбинированных биологических препаратов, действующим началом которого, обеспечивающим высокое качество силоса, является наличие в его составе ферментов и микроорганизмов. Содержанием большого количества молочнокислых микроорганизмов обусловлена эффективность нового биопрепарата, направленная на активизацию процессов силосования и обогащение готового корма легкопереваримыми питательными и биологически активными веществами. Внесение хлористого натрия обеспечивает эффективное проявление его свойств для силосования зеленой массы растений до 6 месяцев при температуре 3°С (табл. 6, 7, 8).

Заявленный способ получения биопрепарата для силосования промышленно осуществим, а полученный данным способом биопрепарат применим в кормопроизводстве в качестве эффективного консерванта при силосовании кормовых растений в течение 6 месяцев.

Способ получения биопрепарата для силосования

Способ получения биопрепарата для силосования

Способ получения биопрепарата для силосования

Способ получения биопрепарата для силосования