Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения сухой ферментированной кормовой добавки для молоди рыб

Изобретение относится к области кормопроизводства и рыбной промышленности, и может быть использовано при изготовлении стартовых комбикормов для лососевых, осетровых, сиговых и других видов рыб.

Несбалансированный корм является причиной низкой скорости роста молоди рыб, их плохой выживаемости и увеличенным расходом комбикорма.

Установлено, что при выращивании рыб эта проблема снижается путем введения в корм продуктов частичного гидролиза белков. Ферментолизаты с различной глубиной гидролиза белка и в различных количествах вводят в рецептуры стартовых кормов для лососевых, осетровых, сиговых и др. видов рыб. При этом комбикорм балансируют по содержанию незаменимых аминокислот, белка, жира, минеральных веществ, углеводов, витаминов и т.д. («Технологические основы разведения и кормления лосевых рыб в индустриальных условиях», Пономарев С.В. и др., Астрахань, 2003).

Известен способ получения корма для молоди лососевых рыб, включающий получение протеолитического ферментативного белкового гидролизата без отделения негидролизованного белкового остатка, смешивание его с растительными компонентами, рыбным жиром, витаминно-минеральным премиксом, сушку смеси до достижения влажности готового продукта не более 10%. Для приготовления гидролизата используют отходы переработки гидробионтов, в качестве протеолитического агента - гепатопанкрес камчатского краба или препарата, полученного из него, приготовление белкового гидролизата осуществляют в соотношении масс сырья и воды 1:1; сырья и гепатопанкреаса-сырца или препарата 1:0,010-1:0,030 и 1:0,001-1:0,003 соответственно, при температуре 50-55°С и естественном рН в течение 1,5-2 ч до достижения степени гидролиза 12-20% (Патент №2366265, МПК A23K 1/00, опубл. 10.09.2009, Бюл. №25).

Недостатком данного способа является необходимость использования для получения гидролизата фермента - гепатопанкреса камчатского краба или препарата, полученного из него, большая вариативность источников сырья, которая не позволяет сказать, какой именно химический состав будет иметь конечный продукт; применение в некоторых случаях предварительной усушки гидролизата и его смешивание с филе рыбы, а также лиофильной сушки, необходимость многократного высушивания в виброкипящем слое.

Известен способ приготовления стартового корма для молоди осетровых рыб, содержащего рыбную муку, дрожжи, сухое молоко, соевый шрот, рыбий жир и витаминный премикс, а также в качестве заменителя рыбной муки гидролизат без отделения непроферментированного белкового остатка, полученного из малоценной и некондиционной рыбы с глубиной гидролиза по небелковому азоту 23-41% от общего азота сырья. Способ предусматривает гидролиз на основе автопротеолиза или с добавлением протеолитических препаратов при введении 30% воды к массе фарша и температуре 55-60°С при рН 6,6, осуществление инактивации ферментов подогревом при 90°С, удаление костного остатка протиркой. Полученный гидролизат без отделения непроферментированного белкового остатка с влажностью 35-40% вводят в количестве 50-60% от массы кормосмеси, при этом увлажнение ингредиентов корма происходит за счет влаги, содержащейся в гидролизате (Патент №2159556, МПК МПК A23K 1/10, опубл. 27.11.2000, Бюл. №33).

К недостаткам изобретения относится то, что ферментолизат, полученный данным способом, имеет влажность 35-40%, что не позволяет использовать его как самостоятельный продукт, либо предполагает его замораживание для хранения.

Известен способ получения рыбной кормовой муки, включающий измельчение рыбного сырья, его тепловую обработку при температуре 50-55°С в течение 5-8 минут, отделение плотной массы от жидкой прессованием, ферментативный гидролиз плотной массы при температуре 40-50°С в течение 35-55 минут с использованием ферментов протеолитического ряда, инактивацию фермента непосредственно в ферментаторе, конвективную сушку в виброкипящем слое при температуре 70-75°С в течение 35-45 минут, измельчение полученной массы на мельнице (Патент №2266691, МПК A23L 1/325, A23K 1/10, опубл. 27.12.2005, Бюл. №36).

Недостатками способа являются многостадийность получения ферментолизата, необходимость его высушивания в виброкипящем слое, а также неполное использование подпрессового бульона, что снижает биологическую и кормовую ценность рыбной муки.

Известен способ приготовления корма для молоди осетровых рыб, включающий смешивание компонентов животного и растительного происхождения, жира, поливитаминного премикса и гидролизата из частиковых рыб в количестве 5-25% с добавлением органических и неорганических кислот (муравьиная кислота) (рН 4,0-5,0) в соотношении 100:2, с добавлением гомогената внутренностей осетровых. Время выдержки гидролизата 7 суток, конечная глубина гидролиза 55-75% (Патент №2297154, МПК A23K 1/10, опубл. 20.04.2007, Бюл. №11).

Недостатками этого способа являются использование внутренностей осетровых, вылов которых запрещен, а у искусственно выращиваемых осетровых рыб икру изымают прижизненным способом без вскрытия; применение органических и неорганических кислот, что требует дополнительных трудозатрат и соответствующего аппаратного оснащения линии производства гидролизата, а также большая длительность технологического процесса (7 суток), необходимость регулирования рН-среды и сублимационная сушка гидролизата, отличающаяся сложностью технического исполнения, эксплуатации и большими энергозатратами.

Наиболее близким по техническому решению является способ производства кормовой пасты из рыбного сырья, предусматривающий измельчение сырья, добавление к нему воды температурой 70-80°С в количестве 40-60% от массы сырья, прогревание до температуры 40-55°С, внесение раствора протеолитического ферментного препарата, действующего в интервале рН от 5,5 до 7,5 с концентрацией препарата, соответствующей фермент-субстратному соотношению 70-75 единиц протеолитической активности на 1 кг мягких тканей, ферментирование в течение 30-40 мин, инактивацию путем пастеризации в течение 10-15 мин при 80-90°С, отделение жидкой фракции от костной массы, отделение из жидкой фракции белковой части центрифугированием при факторе разделения 3000-4000 g, охлаждение до температуры не выше 50°С, смешивание полученной пасты с пиросульфитом натрия в количестве не более 2% к массе белкового осадка для хранения при плюсовых температурах. В качестве протеолитического фермента используют протосубтилин ГЗХ, Г10Х, Г20Х, протомегатерин Г20Х (Патент №2503249, МПК А23K 1/10, опубл. 10.01.2014, Бюл. №1).

К недостаткам прототипа относится наличие во влажной ферментированной белковой пасте консерванта - пиросульфита натрия, который при нагревании выше 65°С выделяет сернистый ангидрид SO₂ - токсичное вещество, что является препятствием для получения сухого продукта. Кроме того, бульон, полученный при центрифугировании жидкой части ферментолизата для получения непосредственно белковой пасты, не используется.

Задачей заявленного изобретения является создание нового способа приготовления сухой ферментированной кормовой добавки, обеспечивающего необходимую белковую сбалансированность компонента комбикорма с сокращением количества технологических операций; расширение ассортимента комбикормов из сырья морского происхождения.

Поставленная задача достигается тем, что способ приготовления сухой ферментированной кормовой добавки для молоди рыб, согласно изобретению, включает размораживание некондиционного рыбного сырья и его измельчение до получения фарша, внесение фермента и проведение ферментного гидролиза, инактивацию фермента, разделение полученной суспензии на жидкую фракцию и плотную костную массу, внесение в жидкий ферментолизат 25-30% пшеничных отрубей с получением массы влажностью не более 67% и коэффициентом трения-скольжения менее 1, дальнейшую сушку образуемой смеси на конвективном сушильном аппарате при температуре 60-80°С до влажности продукта не более 10%. Аминокислотный состав полученной кормовой добавки не менее чем на 79% сходен с набором аминокислот естественного корма для рыб - мелкого зоопланктона, преимущественно артемии (Artemia salina).

Технический результат достигается в получении кормовой добавки, сбалансированной по питательным веществам и аминокислотному составу сухого ферментированного компонента в рецептуры стартовых комбикормов для повышения их эффективности. Сокращение технологического процесса происходит за счет уменьшения количества технологических операций - времени производственного цикла, энергозатрат на его проведение, а также снижение потерь самого продукта за счет более полного использования компонентов сырья.

В качестве сырья можно использовать некондиционную рыбу различных видов, в частности, минтай, и отходы от ее переработки.

Ферментный гидролиз осуществляют при температуре 40-55°С в течение 30-60 минут. Инактивация фермента должна проводиться при температуре 80-95°С в течение 10-15 мин, что не только останавливает ферментную реакцию, но и снижает бактериальную обсемененность в ферментолизате.

В качестве фермента для гидролиза сырья используют стандартные протеолитические ферментные препараты в количестве 70-80 ПЕ/кг сырья, позволяющие получить гидролизат с прогнозируемыми качественными характеристиками. Наиболее доступным является протосубтилин Г20х.

Экспериментальным путем было установлено, что соотношение компонентов должно составлять - фарш : раствор фермента - 1:0,15-0,35, предпочтительно 1:0,25.

Отделение жидкого ферментолизата от плотной костной части, осуществляют любым известным способом. Костная часть может быть использована как минерально-белковая добавка после высушивания и измельчения.

В отличие от прототипа в заявленном способе из технологического процесса исключается центрифугирование жидкой части ферментолизата, что приводит к сокращению времени производственного цикла и энергозатрат на его проведение, а также потери самого продукта. Напротив жидкий ферментолизат (бульон) используется в полном объеме. Известно, что подпрессовый бульон содержит легкоусвояемые белковые вещества (полипептиды, низкомолекулярные пептиды, свободные аминокислоты).

Бульоны (рыбные), в которые переходит до 30% белковых веществ от их общего содержания в сырье, по общему химическому составу сопоставимы с пастами (табл. 1) и их можно использовать в кормовых смесях для сельскохозяйственных животных подобно подпрессовым бульонам (Черногорцев А.П., Шендерюк В.И., Ермолин П.П. «Консервирование подпрессовых бульонов и использование их в птицеводстве», Рыб. хоз-во, 1963, №7, с. 78-81). Скармливание подсосным поросятам ферментированного бульона в количестве 5 и 7% от рациона, способствует увеличению их абсолютного прироста, соответственно, на 4,9 и 11,6% и среднесуточного прироста на 8,5 и 13,3% (журнал «Известия ТИНРО», Владивосток, 2012, т.168, сто. 301-320).

Как видно из таблицы, жидкий ферментолизат содержит 85,5±0,7% воды и обладает абсолютной смачиваемостью, и адгезией к металлическим поверхностям сушильных аппаратов, поэтому в известных приведенных патентах его высушивают на сушилках с виброкипящим слоем, распылительных, вальцовых или сублимационных (лиофильных), отличающихся сложностью технического исполнения, эксплуатации и высокими энергозатратами.

В заявляемом способе значительное снижение энергозатрат при высушивании ферментолизата возможно с применением любого типа конвективных сушильных аппаратов: кондуктивно-конвективных, роторно-дисковых или роторно-трубных. Для использования существующих сушильных установок, содержание воды в высушиваемой массе должно находиться на уровне 61,5-67%.

Для снижения влажности ферментолизата и его адгезии к рабочим поверхностям сушильных аппаратов в него вносят отходы мукомольного производства (отруби пшеничные) - 25-30%.

Пшеничные отруби являются наиболее приемлемыми, т.к. обладают значительной влагоудерживающей способностью - 58,0±1,7% (Е. Грек, Е. Красуля, «Maisto chemija ir technologija», 2013, ISSN 1392-0227, т.47, №1), высоким содержанием белковых веществ с полноценным набором аминокислот (Остроумова И.Н. «Биологические основы кормления рыб», Изд-е 2-е, испр. и доп., СПб.:ГосНИОРХ, 2012, с. 564), а также низкой стоимостью.

Согласно закону Амонтона-Кулона, для большинства пар материалов коэффициент трения-скольжения (μ) не превышает 1. Если коэффициент трения-скольжения μ>1 - значит, что между контактирующими материалами возникает сила адгезии (Дерягин Б.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. «Адгезия твердых тел». - М.: Наука, 1973; www.ru.wikipedia.org/wiki/Трение), смесь при высушивании будет прилипать к поверхности аппарата, что создаст значительные технологические трудности при выгрузке готового продукта.

Исследовав состав и физические свойства смесей ферментолизата с отрубями, мы установили, что смесь, после введения в ферментолизат 15% отрубей, приобретает способность к формованию и отрыву от поверхности из стали марки Ст.3.

Так, при внесении в жидкую часть 20% пшеничных отрубей получается суспензия влажностью 70% с коэффициентом трения-скольжения 1,229 (μ) - более 1. Сушка полуфабриката при температуре 60-80°С на конвективно-сушильном (роторно-трубном, роторно-дисковом) аппарате невозможна из-за налипания и пригорания продукта на рабочей поверхности конвективно-кондуктивных сушильных аппаратов.

Смеси с содержанием отрубей 25% и более, при содержании воды 67% и менее, с коэффициентом трения-скольжения (μ) менее 1 пригодны для высушивания на конвективных сушильных аппаратах (табл. 2).

Таким образом, данный способ позволяет из 100 кг сырья, при введении в ферментолизат 25-30% отрубей, получать 24-30 кг кормовой добавки.

Полученный продукт легко измельчается и представляет собой порошок коричневого цвета с характерным запахом рыбы.

Содержание основных компонентов в конечном продукте отражено в табл. 3.

Из данной таблицы видно, что конечный продукт имеет значительное содержание белка, небольшое количество липидов и минеральных веществ.

Сухая ферментированная кормовая добавка, полученная заявляемым способом, содержит набор аминокислот на 79-82% сходных с аминокислотами мелкого зоопланктона - артемии (Artemia salina) (табл. 4). Артемия выбрана в качестве эталона сравнения для корма рыб, т.к. она является естественным кормом для рыб и эффективно усваивается ранней молодью рыб в период формирования пищеварительной системы.

Исследования показали, что при внесении в жидкую часть ферментолизата 35% пшеничных отрубей с получением суспензии влажностью 59% и коэффициентом трения-скольжения 0,857 (μ) - менее 1 - соотношение содержания набора незаменимых аминокислот сухой ферментированной кормовой добавки снижается до 66-75% по схожести с аминокислотным составом естественного корма для рыб - артемии.

Кормовая добавка может использоваться как самостоятельный продукт, так и компонент комбикормов.

Изобретение позволяет организовать централизованное производство сухой ферментированной кормовой добавки, которую можно транспортировать на предприятия производящие комбикорма, избежав при этом необходимость организации на них участков для гидролиза и сушки белкового материала.

Сухую ферментированную кормовую добавку в комбикорма можно производить на существующем рыбомучном оборудовании после незначительной модернизации.

Способ осуществляется следующим способом:

Рыбное сырье размораживают, измельчают до фарша, затем перемешивают с водным раствором ферментного препарата, при фермент-субстратном соотношении 70-80 Пе/кг сырья, соотношении фарш : ферментный раствор, равном 1:(0,15-0,35). Ферментный гидролиз осуществляют при температуре 40-55°С в течение 30-60 мин, инактивацию ферментов проводят в течение 10-15 мин при 80-95°С непосредственно в ферментаторе. Полученную суспензию разделяют процеживанием на жидкий ферментолизат и плотную костную часть. В жидкую часть при перемешивании вносят 25-30% пшеничных отрубей до получения массы с влажностью в пределах 61,5-67,0% и коэффициентом трения-скольжения (μ) менее 1. Образуемую смесь сушат на конвективном сушильном аппарате при температуре 60-80°С до влажности продукта не более 10%. Полученный продукт измельчают.

Изобретение подтверждается примерами конкретного выполнения:

Пример 1.

Для приготовления сухой ферментированной кормовой добавки берут некондиционный минтай, размораживают и измельчают до фарша. В сырье вносят ферментный препарат Протосубтилин Г20х в количестве 75 Пе/кг сырья, при соотношении ферментный раствор : сырье, равное 0,25:1. Ферментный гидролиз осуществляют при температуре 47°С в течение 45 мин, инактивацию фермента осуществляют при 85°С, в течение 12 мин. Полученную суспензию разделяют процеживанием на жидкий ферментолизат и плотную костную часть. В жидкую часть вносят 25% пшеничных отрубей с получением массы влажностью 66%, коэффициентом трения-скольжения (μ) 0,976. Образуемую смесь сушат на конвективно-сушильном (роторно-трубном) аппарате при температуре 70°С до влажности продукта не более 10%, затем измельчают.

Данный способ позволяет из 100 кг сырья получать 24-25 кг сухого продукта.

Содержание основных компонентов в сухом продукте из ферментолизата и отрубей отражено в табл. 5.

По содержанию набора незаменимых аминокислот сухая ферментированная кормовая добавка на 80-83% сходна с естественным кормом для рыб (артемия) (табл. 6).

Пример 2.

Для приготовления сухой ферментированной кормовой добавки берут некондиционный минтай, размораживают и измельчают до фарша. В сырье вносят ферментный препарат Протосубтилин Г20х в количестве 70 Пе/кг сырья, при соотношении ферментный раствор: сырье, равное 0,15:1. Ферментный гидролиз осуществляют при температуре 40°С в течение 60 мин, инактивацию фермента осуществляют при 95°С, в течение 10 мин. Полученную суспензию разделяют процеживанием на жидкий ферментолизат и плотную костную часть. В жидкую часть вносят 30% пшеничных отрубей с получением массы влажностью 62%, коэффициентом трения-скольжения (μ) 0,931. Образуемую смесь сушат на конвективно-сушильном (роторно-трубном) аппарате при температуре 60°С до влажности продукта не более 10%, затем измельчают.

Данный способ позволяет из 100 кг сырья получать 29-30 кг сухого продукта.

Содержание основных компонентов в сухом продукте из ферментолизата и отрубей отражено в табл. 7.

По содержанию набора незаменимых аминокислот сухая ферментированная кормовая добавка на 79-82% сходна с естественным кормом для рыб (артемия) (табл.8).