RU2613493C2 - Method of production of protein-vitamin additive of starch-containing grain raw material - Google Patents
Method of production of protein-vitamin additive of starch-containing grain raw material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613493C2 RU2613493C2 RU2015121481A RU2015121481A RU2613493C2 RU 2613493 C2 RU2613493 C2 RU 2613493C2 RU 2015121481 A RU2015121481 A RU 2015121481A RU 2015121481 A RU2015121481 A RU 2015121481A RU 2613493 C2 RU2613493 C2 RU 2613493C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- yeast
- starch
- grain
- nutrient medium
- protein
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23K—FODDER
- A23K10/00—Animal feeding-stuffs
- A23K10/10—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
- A23K10/12—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes by fermentation of natural products, e.g. of vegetable material, animal waste material or biomass
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскому хозяйству, к кормопроизводству, в частности к технологиям производства кормовых дрожжей из гидролизатов, получаемых при переработке растительного сырья. Получаемая по данному способу белково-витаминная добавка на основе крахмалсодержащего зернового сырья может быть использована при составлении полноценных кормов для свиней, птиц, крупного рогатого скота в качестве белковой составляющей.The invention relates to agriculture, to fodder production, in particular to technologies for the production of fodder yeast from hydrolysates obtained from the processing of plant materials. Obtained by this method, a protein-vitamin supplement based on starch-containing grain raw materials can be used in the preparation of complete feeds for pigs, birds, cattle as a protein component.
Во всех странах мира и в нашей стране отмечается большой дефицит кормового белка. Растущая во всем мире потребность в продуктах питания способствует поиску новых путей и источников получения белка для людей и животных. Основным путем снижения этого дефицита является производство биомассы с помощью микробиологического синтеза, в том числе с использованием в качестве сырья зерна, такого как пшеница, рожь, ячмень, отходы мукомольного производства. Недостатком зернового сырья является низкая доступность содержащихся в нем питательных элементов, высокий уровень клетчатки, плохая перевариваемость, что делает невозможным применение его для откорма молодняка сельскохозяйственных животных, молоди рыб.In all countries of the world and in our country, there is a large shortage of feed protein. The growing worldwide need for food is helping to find new ways and sources of protein for people and animals. The main way to reduce this deficit is to produce biomass using microbiological synthesis, including using grain such as wheat, rye, barley, and waste from flour milling as raw materials. The disadvantage of grain raw materials is the low availability of the nutrients contained in it, a high level of fiber, poor digestibility, which makes it impossible to use it for fattening young farm animals, juvenile fish.
В последние годы в рацион кормления животных и птиц все больше входят кормовые дрожжи, полученные на гидролизных и целлюлозных предприятиях, используя для этой цели углеводы, содержащиеся в гидролизатах и сульфитных щелоках. Эти дрожжи являются биологически полноценным кормом, источником белка, витаминов и минеральных веществ. Комбикормовая промышленность предъявляет большой спрос на кормовые дрожжи. В рецептуре комбикормов для различных видов сельскохозяйственных животных кормовые дрожжи составляют 3-20%. Кормовые дрожжи повышают биологическую ценность белков других кормов за счет содержащихся в них незаменимых аминокислот. По содержанию аминокислот кормовые дрожжи близки к белкам животного происхождения. Кормовыми дрожжами удается заменить значительную часть кормов животного происхождения, применяемых в кормлении животных и птицы.In recent years, the diet of animals and birds increasingly includes fodder yeast obtained at hydrolysis and cellulose enterprises, using for this purpose carbohydrates contained in hydrolysates and sulfite liquors. This yeast is a biologically complete feed, a source of protein, vitamins and minerals. The feed industry is in great demand for fodder yeast. In the compounding for various types of farm animals, feed yeast is 3-20%. Fodder yeast increases the biological value of the proteins of other feeds due to the essential amino acids contained in them. In terms of amino acid content, fodder yeast is close to proteins of animal origin. Fodder yeast manages to replace a significant part of animal feed used in animal and bird feeding.
Кормовые дрожжи с успехом используются во всех отраслях животноводства и птицеводства, поэтому потребность в них ежегодно возрастает. Получение кормовых дрожжей является одним из направлений крупного промышленного производства кормового белка и витаминов.Fodder yeast is successfully used in all sectors of animal husbandry and poultry farming, so the need for them is increasing annually. Obtaining feed yeast is one of the areas of large industrial production of feed protein and vitamins.
Известен ряд изобретений, в которых способ получения белковых кормовых дрожжей (авт.св. №906495, 1980 г., патент RU 2113490, 1998 г., патент ЕР 0169068, 1984 г.), включает гидролиз сырья растительного происхождения минеральными кислотами при определенной температуре с последующим выращиванием культур дрожжей-продуцентов белка.A number of inventions are known in which the method for producing protein fodder yeast (ed. St. No. 906495, 1980, patent RU 2113490, 1998, patent EP 0169068, 1984) includes the hydrolysis of plant materials with mineral acids at a certain temperature followed by growing cultures of protein-producing yeast.
Недостатками гидролиза растительного сырья минеральными кислотами является недостаточное образование простых углеводов для последующего процесса ферментации, связанное с тем, что при кислотном гидролизе гидролизуется не только крахмал до глюкозы, но происходит разрушение самой глюкозы и разрушение пятиатомных сахаров до фурфурола и оксиметилфурфурола.The disadvantages of hydrolysis of plant raw materials with mineral acids is the insufficient formation of simple carbohydrates for the subsequent fermentation process, due to the fact that during acid hydrolysis, not only starch is hydrolyzed to glucose, but glucose itself is destroyed and pentatom sugars are destroyed to furfural and hydroxymethyl furfural.
Известны способы получения белковой кормовой добавки из зерновых продуктов, использующие в качестве хотя бы одного из штаммов-продуцентов дрожжи рода Candida (патент RU 2146097, 1999 г., патент RU 2041946, 1993 г., патент RU 167771, 1989 г., патент RU 2091492, 1995 г., патент RU 2042331, 1994 г., патент RU 2041946, 1993 г., патент RU 2054881, 1995 г., патент RU 2140449, 1998 г., патент 2159287, 2000 г.).Known methods for producing protein feed additives from cereal products, using as at least one of the producer strains yeast of the genus Candida (patent RU 2146097, 1999, patent RU 2041946, 1993, patent RU 167771, 1989, patent RU 2091492, 1995, patent RU 2042331, 1994, patent RU 2041946, 1993, patent RU 2054881, 1995, patent RU 2140449, 1998, patent 2159287, 2000).
Использование дрожжей рода Candida, которые отнесены СанПином к условно-патогенным микроорганизмам, является нежелательным, так как они включены в перечень веществ, которые оказывают вредное воздействие на человека, и при их использовании требуются дополнительные затраты на проведение процесса термолиза, обезвреживание стоков и воздушных выбросов.The use of yeast of the genus Candida, which SanPin classifies as opportunistic microorganisms, is undesirable, since they are included in the list of substances that have a harmful effect on humans, and their use requires additional costs for the thermolysis process, neutralization of effluents and air emissions.
Кроме того, недостатками ряда этих изобретений является также потеря сахаров из-за того, что отделенные зерновые оболочки не используются в дальнейшем процессе выращивания культур микроорганизмов - продуцентов белка. Содержание сырого протеина не превышает 53-55%.In addition, the disadvantage of some of these inventions is also the loss of sugars due to the fact that the separated grain shells are not used in the further process of growing cultures of microorganisms - protein producers. The crude protein content does not exceed 53-55%.
Известен способ получения белково-углеводной биологически активной кормовой добавки (патент RU 2391857, 2008 г.), предусматривающий обработку суспензии зерновой дробины мультиэнзимной композицией, содержащей ксиланазу, целлюлазу, нейтральную протеазу и β-глюканазу с последующим культивированием дрожжей Yarrowia lypolytica Y-2375 для получения автолизата и дальнейшее культивирование культуры Lactobacillus casei В-7657. Способ позволяет получить продукт с содержанием белка 30%, клетчатки - 12%.A known method of producing a protein-carbohydrate biologically active feed additive (patent RU 2391857, 2008), comprising treating a suspension of grain grains with a multi-enzyme composition containing xylanase, cellulase, a neutral protease and β-glucanase, followed by cultivation of Yarrowia lypolytica Y-2375 yeast autolysate and further cultivation of a culture of Lactobacillus casei B-7657. The method allows to obtain a product with a protein content of 30%, fiber - 12%.
В ряде изобретений (патент RU 2391859, 2007 г., патент RU 2243678, 2003 г., заявка RU 2007147178, 2007 г.) для получения белково-витаминных кормов проводят совместную инкубацию молочнокислых и пропионовокислых бактерий, таких как Lactobacillus acidophilus и Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii, или Propionibacterium acnes, или Lactobacillus plantarum. В итоге получаются продукты, содержащие 45,9-53% сырого протеина, 1,5-2,5% органических кислот, массовая доля углеводов по сухому весу составляет 37,7-44,2%, массовая доля золы по сухому весу - 2,5%.In a number of inventions (patent RU 2391859, 2007, patent RU 2243678, 2003, application RU 2007147178, 2007), for the production of protein-vitamin feed, lactic acid and propionic acid bacteria, such as Lactobacillus acidophilus and Propionibacterium freudenreichii subsp, are co-incubated . shermanii, or Propionibacterium acnes, or Lactobacillus plantarum. The result is products containing 45.9-53% crude protein, 1.5-2.5% organic acids, the mass fraction of carbohydrates by dry weight is 37.7-44.2%, the mass fraction of ash by dry weight is 2 ,5%.
Недостатком использования штаммов молочнокислых и пропионовокислых бактерий для получения белковых кормов является недостаточное продуцируемое количество белка (до 53%), вследствие слабой устойчивости к кислотообразованию и ограниченного количества простых углеводов в составе питательной среды из-за слабой амилолитической активности культур молочнокислых микроорганизмов.The disadvantage of using strains of lactic acid and propionic acid bacteria to obtain protein feed is the insufficiently produced amount of protein (up to 53%), due to poor resistance to acid formation and a limited number of simple carbohydrates in the nutrient medium due to the weak amylolytic activity of cultures of lactic acid microorganisms.
Известен способ получения белковой кормовой добавки с использованием дрожжей и бактерий, обладающих амилолитической активностью, или ассоциации дрожжей, предусматривающий применение в качестве питательной среды послеспиртовой барды, в которую добавляется крахмалсодержащее сырье (патент RU 2159287, 2000 г., патент RU 2391857, 2008 г., заявка RU 93027117, 1993 г., патент EP 1988169, 2007 г.).A known method for producing protein feed additives using yeast and bacteria with amylolytic activity, or yeast association, providing for the use of post-alcohol distillery stillage in which starch-containing raw materials are added (patent RU 2159287, 2000, patent RU 2391857, 2008 , application RU 93027117, 1993, patent EP 1988169, 2007).
Недостатком является высокий уровень клетчатки - 12%, и невысокое содержание белка 30%-53%.The disadvantage is a high level of fiber - 12%, and a low protein content of 30% -53%.
Из уровня техники также известен большой ряд изобретений получения белковых продуктов путем ферментации хлебопекарных дрожжей Saccharomyces Cerevisiae (патент RU 2183666, 2000 г., заявка RU 2012142740, 2012 г., заявка RU 2006126544, 2006 г., заявка RU 93027117, 1993 г., заявка WO 2009129320, 2008 г.), а также в качестве микроорганизмов, использующих бактериальные штаммы или их ассоциации со штаммами дрожжей Saccharomyces cerevisiae, обладающими амилолитической активностью (патент RU 2111253, 1996 г.), или применение в качестве продуцентов белка смесь дрожжей-сахаромицетов и/или бактерий, обладающих амилолитическими ферментами, и грибов, утилизирующих органические кислоты (патент RU 2220590, 2000 г., патент RU 2163076, 1999 г.).A wide range of inventions for the production of protein products by fermentation of Saccharomyces Cerevisiae baker's yeast (patent RU 2183666, 2000, application RU 2012142740, 2012, application RU 2006126544, 2006, application RU 93027117, 1993, WO 2009129320, 2008), as well as microorganisms using bacterial strains or their associations with Saccharomyces cerevisiae yeast strains having amylolytic activity (patent RU 2111253, 1996), or using a mixture of yeast-saccharomycetes as protein producers and / or bacteria with amylolytic enzymes, and fungi that utilize organic acids (patent RU 2220590, 2000, patent RU 2163076, 1999).
В данных изобретениях подготовку зернового сырья осуществляют путем его размалывания, приготовления водной суспензии зернового сырья, проведения ферментолиза зернового сырья с помощью жидких амилолитических ферментов, ферментолиз осуществляют до достижения содержания глюкозы 10-13%. Данные способы дают возможность получать конечный продукт с содержанием белка 30-58%, сырой клетчатки 5-15% от его общего веса и широким набором витаминов группы B, H, Е, D и др., микро- и макроэлементов, безазотистых экстрактивных веществ 31-45%.In these inventions, the preparation of grain raw materials is carried out by grinding, preparing an aqueous suspension of grain raw materials, carrying out fermentolysis of grain raw materials using liquid amylolytic enzymes, fermentolysis is carried out until the glucose content of 10-13% is reached. These methods make it possible to obtain a final product with a protein content of 30-58%, crude fiber 5-15% of its total weight and a wide range of vitamins B, H, E, D, etc., micro and macro elements, nitrogen-free extractive substances 31 -45%.
Недостатками данных способов с использованием штамма дрожжей Saccharomyces cerevisiae являются низкая скорость роста, низкая конверсия первоначального субстрата в белок, высокое содержание клетчатки в готовом продукте.The disadvantages of these methods using the Saccharomyces cerevisiae yeast strain are low growth rate, low conversion of the initial substrate to protein, and high fiber content in the finished product.
В качестве наиболее близкого аналога изобретения-прототипа определен патент RU 2478701 (дата приоритета 16.03.2011 г.) "Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae, обладающий амилазной активностью для получения кормового белкового продукта, и способ производства кормового белкового продукта", который предусматривает подготовку зернового сырья путем размалывания его до частиц размером 120-160 мкм. Далее из размолотого зернового сырья готовят водную суспензию с содержанием сухих веществ 15-25%. Полученную суспензию из зернового сырья осахаривают с помощью α-амилаз и глюкоамилаз до содержания в суспензии глюкозы 6-10%. В полученную суспензию вносят источники азота и фосфора из расчета, что на синтез 1 г биомассы необходимо 90 мг азота и 45 мг фосфора. В полученную питательную среду вносят культуру-продуцент штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3585, обладающий амилазной активностью. Температура выращивания 28-34°C, оптимальная температура 30-32°C; оптимальный pH 5,0-5,5. Процесс выращивания осуществляется в условиях аэрации и перемешивания в непрерывном режиме в многосекционном аппарате при концентрировании глюкозы до 2% и содержании сухих веществ до 1,5-2,5% в каждой секции за счет рассредоточенной по нескольким секциям аппарата подачи питательной среды с исходной концентрацией сухих веществ в водной суспензии, входящей в состав питательной среды, 15-25% и глюкозы 6-10%. Питательная среда из аппарата выращивания, обогащенная биомассой дрожжей, направляется, минуя стадию сепарации, на вакуум-выпарку для сгущения суспензии до концентрации сухих веществ в питательной среде 40%. Сконцентрированная питательная среда из вакуум-выпарки направляется на сушилку, где сушится, и таким образом получается готовый продукт, обогащенный дрожжевым белком.Patent RU 2478701 (priority date 03/16/2011) "Saccharomyces cerevisiae yeast strain having amylase activity for producing a protein feed product, and a method for producing a protein feed product", which involves preparing grain feed by grinding it to particles with a size of 120-160 microns. Then, an aqueous suspension with a solids content of 15-25% is prepared from crushed grain raw materials. The resulting suspension from grain raw materials is saccharified using α-amylases and glucoamylases to a glucose content of 6-10% in the suspension. Sources of nitrogen and phosphorus are added to the resulting suspension in the calculation that 90 mg of nitrogen and 45 mg of phosphorus are needed for the synthesis of 1 g of biomass. The culture medium producing the yeast strain Saccharomyces cerevisiae VKPM Y-3585 having amylase activity is introduced into the obtained culture medium. Growing temperature 28-34 ° C, optimal temperature 30-32 ° C; optimal pH is 5.0-5.5. The growing process is carried out under conditions of aeration and mixing in a continuous mode in a multi-sectional apparatus with glucose concentration up to 2% and solids content up to 1.5-2.5% in each section due to nutrient medium dispersed over several sections of the apparatus with the initial concentration of dry substances in an aqueous suspension, which is part of the nutrient medium, 15-25% and glucose 6-10%. The nutrient medium from the cultivation apparatus, enriched in biomass of yeast, is sent, bypassing the separation stage, to vacuum evaporation to thicken the suspension to a dry matter concentration of 40% in the nutrient medium. The concentrated nutrient medium from the vacuum evaporation is sent to the dryer, where it is dried, and thus the finished product is enriched with yeast protein.
Коэффициент разбавления среды в непрерывном процессе культивирования (скорость роста) составляет 0,15-0,2 ч-1 в зависимости от вида зернового сырья. Продуктивность штамма составляет 2,3-5,0 кг/м3/ч в зависимости от вида и концентрации зернового сырья.The dilution factor of the medium in a continuous cultivation process (growth rate) is 0.15-0.2 h -1 depending on the type of grain raw materials. The productivity of the strain is 2.3-5.0 kg / m 3 / h, depending on the type and concentration of grain raw materials.
Изобретение позволяет повысить выход сырого протеина в готовом продукте до 49-60%. В качестве зернового сырья используют дерть, муку, измельченные отруби и некондиционное зерно, в качестве источников азота и фосфора используют аммонийные и фосфатные соли или удобрения, в том числе аммофос, диаммофос, нитрофоску.The invention improves the yield of crude protein in the finished product up to 49-60%. As the grain raw materials used are turf, flour, crushed bran and substandard grain, as sources of nitrogen and phosphorus, ammonium and phosphate salts or fertilizers are used, including ammophos, diammophos, nitrophos.
Недостатками этого изобретения являются использование сухого размола зернового сырья, требующего высокой категорийности используемых помещений и высоких энергозатрат на размол зернового сырья, отсутствие стадий, позволяющих гидролизовать до моносахаров целлюлозу, гемицеллюлозу и пентозаны, содержащиеся в зерновом сырье, отсутствие стадии извлечения зернового белка, невысокий уровень осахаривания сырья - 6-10%.The disadvantages of this invention are the use of dry grinding of grain raw materials, requiring a high categorization of the used premises and high energy consumption for grinding grain raw materials, the absence of stages that can hydrolyze cellulose, hemicellulose and pentosans contained in grain raw materials to monosugars, the absence of a grain protein extraction stage, low saccharification level raw materials - 6-10%.
Задача, решаемая изобретением, направлена на получение белково-витаминной добавки с высоким содержанием белка, витаминов группы B и незаменимых аминокислот на основе биомассы дрожжей из крахмалсодержащего сырья, с одновременной глубокой комплексной переработкой крахмалсодержащего зернового сырья.The problem solved by the invention is aimed at obtaining protein-vitamin supplements with a high content of protein, B vitamins and essential amino acids based on yeast biomass from starch-containing raw materials, with simultaneous deep complex processing of starch-containing grain raw materials.
Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в увеличении содержания сырого протеина в белково-витаминной добавке до 65%, в улучшении аминокислотного состава с помощью автолиза, в уменьшении содержания клетчатки в готовом продукте не более 1%, в повышении степени осахаривания зернового сырья, количество редуцирующих веществ при которой должно составлять не менее 20%, следствием чего является разложение компонентов зернового сырья до моносахаров, выход моносахаридов - до 95% от исходного количества полисахаридов сырья, утилизация клетчатки и пентозанов. Наличие стадии извлечения зернового белка и получения кормового глютена с содержанием белка не менее 70% увеличивает общий выход белка из зернового сырья до 60-65%. Выделение в качестве готового продукта - крахмала A, в количестве не менее 50% от всего имеющегося в сырье крахмала.The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the crude protein content in the protein-vitamin supplement to 65%, to improve the amino acid composition by autolysis, to reduce the fiber content in the finished product by no more than 1%, to increase the degree of saccharification of grain raw materials, the amount of reducing substances at which should be at least 20%, the consequence of which is the decomposition of the components of the grain raw materials to monosugars, the yield of monosaccharides is up to 95% of the initial amount of polysaccharide in raw materials, utilization of fiber and pentosans. The presence of the stage of extracting grain protein and obtaining feed gluten with a protein content of at least 70% increases the total yield of protein from grain raw materials up to 60-65%. Isolation as a finished product - starch A, in an amount of not less than 50% of all starch present in raw materials.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе получения белково-витаминной добавки из крахмалсодержащего зернового сырья, наряду с признаками, сходными с ближайшим аналогом-прототипом, включающими предобработку зернового крахмалсодержащего сырья, приготовление питательной среды, состоящей из углеводной и солевой частей, выращивание дрожжевой культуры в ферментере в непрерывном режиме, последующее концентрирование и сушку дрожжевой суспензии с получением готового продукта, с целью глубокой комплексной переработки зернового сырья, заключающемся в более полном потреблении различных источников углерода, таких как шестиатомные, пятиатомные сахара, метаболиты дрожжей первой и второй стадии культивирования, в процессе подготовки зерновое сырье разделяют на три фракции: крахмальную, белково-глютеновую, фракцию зерновых оболочек и пентозанов, причем глютен, после дополнительной очистки выпускают в виде готового продукта - кормового глютена с содержанием белка не менее 70%, в процессе выращивания используют последовательно штаммы-продуценты дрожжей рода Hansenula polimorpha Y-314, Hansenula jadinii ΒΚΠΜ Y-797, Hansenula petersonii ΒΚΠΜ Y-1012, источниками углерода для которых является соответственно глюкоза, пентозы, продукты метаболизма предшествующих дрожжевых культур - органические кислоты, в качестве исходной и проточной среды для культивирования второй и последующей культур дрожжей, потребляющих пентозы и органические кислоты, используют фильтрат культуральной жидкости с предшествующего процесса ферментации соответствующего штамма культуры дрожжей, перед переходом на непрерывный режим культивирования штамма дрожжей Hansenula polimorpha Y-314 производят подачу дополнительной питательной среды с содержанием редуцирующих веществ не менее 20%. Ферментативный гидролиз зернового сырья производят по фракциям амилолитическими и целлюлолитическими комплексными препаратами до общего содержания глюкозы в углеводной части питательной среды не менее 20%, причем зерновые оболочки и пентозаны подвергают предварительной термохимической обработке при температуре не менее 150°C и pH не более 3,0. Для лучшей усвояемости белково-витаминной добавки сельскохозяйственными животными и птицей, расщепления содержимого дрожжевых клеток на моносоединения: свободные аминокислоты, нуклеотиды и амины, моносахара, после концентрирования биомассу дрожжей подвергают автолизу и сушат автолизат дрожжевой биомассы, а для получения пищевого и/или модифицированного крахмала, перед ферментативным гидролизом зернового сырья, из крахмальной фракции выделяют крахмал А.The technical result is achieved by the fact that in the claimed method for producing a protein-vitamin supplement from starch-containing grain raw materials, along with features similar to the closest prototype analogue, including pre-processing of grain starch-containing raw materials, preparation of a nutrient medium consisting of carbohydrate and salt parts, growing yeast culture in a fermenter in a continuous mode, subsequent concentration and drying of the yeast suspension to obtain the finished product, with the aim of deep complex processing grain raw materials, which consists in a more complete consumption of various carbon sources, such as six-atomic, five-atomic sugars, metabolites of yeasts of the first and second stages of cultivation, in the process of preparing the grain raw materials are divided into three fractions: starch, protein-gluten, fraction of grain shells and pentosans, and gluten, after additional purification is released in the form of a finished product - fodder gluten with a protein content of at least 70%, in the process of cultivation, yeast producing strains of ro and Hansenula polimorpha Y-314, Hansenula jadinii ΒΚΠΜ Y-797, Hansenula petersonii ΒΚΠΜ Y-1012, for which carbon sources are, respectively, glucose, pentoses, metabolic products of previous yeast cultures - organic acids, as a source and flow medium for the cultivation of the second and subsequent yeast cultures consuming pentoses and organic acids, use the filtrate of the culture fluid from the previous fermentation process of the corresponding strain of yeast culture, before switching to a continuous mode of cultivation of the strain yeast Hansenula polimorpha Y-314 supply an additional nutrient medium with a content of reducing substances of at least 20%. Enzymatic hydrolysis of grain raw materials is carried out in fractions by amylolytic and cellulolytic complex preparations to a total glucose content in the carbohydrate part of the nutrient medium of at least 20%, and grain shells and pentosans are subjected to preliminary thermochemical treatment at a temperature of at least 150 ° C and a pH of not more than 3.0. For better digestibility of the protein-vitamin supplement by farm animals and poultry, splitting the contents of yeast cells into monocompounds: free amino acids, nucleotides and amines, monosugar, after concentration the yeast biomass is autolysed and dried autolysate of yeast biomass, and to obtain food and / or modified starch, Before enzymatic hydrolysis of grain raw materials, starch A is isolated from the starch fraction.
Используемые культуры дрожжей не являются патогенными, прототрофны, термоустойчивы.Used yeast cultures are not pathogenic, prototrophic, heat-resistant.
Согласно изобретению производится последовательное выращивание нескольких штаммов микроорганизмов-продуцентов белка в условиях аэрации, в непрерывном режиме, на питательной среде, состоящей из углеводной и солевой частей, в качестве штаммов-продуцентов белка используются штаммы дрожжей Hansenula polimorpha Y-314, Hansenula jadinii ВКПМ Y-797, Hansenula petersonii ВКПМ Y-1012, в качестве углеводного сырья используется крахмалсодержащее зерновое сырье, отруби и другие крахмал- и целлюлозосодержащие отходы, послеспиртовая барда, выращивание дрожжей состоит из четырех этапов: первоначальное накопление биомассы дрожжей в периодическом процессе в течение 12-18 часов, повышение концентрации биомассы дрожжей подачей дополнительной питательной среды в течение 24-36 часов, непрерывное культивирование дрожжей не менее 200 часов, использование фильтрата культуральной жидкости в качестве исходной и проточной среды для культивирования второй и последующей культуры дрожжей, потребляющей пятиатомные сахара и микробные метаболиты - органические кислоты.According to the invention, several strains of protein producing microorganisms are sequentially grown under aeration conditions, in continuous mode, on a nutrient medium consisting of carbohydrate and salt parts, and strains of protein producers Hansenula polimorpha Y-314, Hansenula jadinii VKPM Y- are used as strains 797, Hansenula petersonii VKPM Y-1012, starch-containing grain raw materials, bran and other starch- and cellulose-containing wastes, post-alcohol bard, yeast cultivation consists of four fl pov: the initial accumulation of yeast biomass in a batch process for 12-18 hours, an increase in the concentration of yeast biomass by supplying an additional nutrient medium for 24-36 hours, continuous cultivation of yeast for at least 200 hours, the use of culture fluid filtrate as a source and flow medium for cultivation of the second and subsequent culture of yeast, consuming five-atom sugars and microbial metabolites - organic acids.
Для приготовления питательной среды крахмалсодержащее зерновое сырье и отруби подвергают дроблению влажным способом, отделяют зерновые оболочки, выделяют зерновой белок - глютен, а оставшуюся крахмальную часть подвергают ферментативному гидролизу α-амилазой и глюкоамилазой до получения глюкозы, зерновые оболочки после предварительной термохимической обработки подвергают ферментативному гидролизу целлюлолитическими ферментными препаратами, содержащими ксиланазу и целлюлазу. Глюкозосодержащую часть питательной среды объединяют с минеральной частью питательной среды и последовательно культивируют дрожжи рода Hansenula: Hansenula polimorpha Y-314, Hansenula jadinii ΒΚΠΜ Y-797, Hansenula petersonii ΒΚΠΜ Y-1012, поддерживая рН при культивировании 12% раствором аммиачной воды или аммиаком, с последующим выделением дрожжевой биомассы сепарацией и сушкой готового продукта в сушильном аппарате с грануляцией.To prepare a nutrient medium, starch-containing grain raw materials and bran are subjected to wet crushing, grain shells are separated, grain protein gluten is isolated, and the remaining starch portion is subjected to enzymatic hydrolysis by α-amylase and glucoamylase to obtain glucose, and the grain shells are subjected to a chemical enzyme treatment with hydrolysis enzyme preparations containing xylanase and cellulase. The glucose-containing part of the nutrient medium is combined with the mineral part of the nutrient medium and the yeast of the genus Hansenula: Hansenula polimorpha Y-314, Hansenula jadinii ΒΚΠΜ Y-797, Hansenula petersonii ΒΚΠΜ Y-1012, is successively cultivated, maintaining the pH during cultivation with 12% ammonia water or ammonia, with subsequent isolation of yeast biomass by separation and drying of the finished product in a granulation dryer.
Предлагаемый способ получения белково-витаминной добавки из крахмалсодержащего зернового сырья реализуется следующим образом.The proposed method of obtaining protein-vitamin supplements from starch-containing grain raw materials is implemented as follows.
Крахмалсодержащее зерновое сырье подвергают дроблению при гидромодуле 1:3 любым влажным способом: на кавитационном аппарате, на ультразвуковом, роторно-пульсационном оборудовании, отделяют зерновые оболочки, выделяют зерновой белок – глютен, и проводят ферментативный гидролиз в два этапа. На первом этапе из крахмальной части зернового сырья готовят водную суспензию с содержанием сухих веществ 30%, после чего подвергают двухстадийному ферментативному гидролизу α-амилазой и глюкоамилазой: на первой стадии проводят высокотемпературный гидролиз при температуре 85-90°C, pH 6,2, в течение 2 часов, на второй стадии гидролиз проводят при температуре 60°C, pH до 4,5, в течение 2 часов, в результате проведенного ферментативного гидролиза содержание глюкозы составляет не менее 25%. Проведение высокотемпературной стадии гидролиза позволяет исключить стерилизацию крахмалсодержащей части питательной среды.Starch-containing grain raw materials are crushed with a 1: 3 hydraulic module by any wet method: on a cavitation apparatus, on ultrasonic, rotary pulsation equipment, grain shells are separated, grain protein - gluten is isolated, and enzymatic hydrolysis is carried out in two stages. At the first stage, an aqueous suspension with a solids content of 30% is prepared from the starch part of the grain raw materials, and then subjected to two-stage enzymatic hydrolysis with α-amylase and glucoamylase: at the first stage, high-temperature hydrolysis is carried out at a temperature of 85-90 ° C, pH 6.2, for 2 hours, in the second stage, hydrolysis is carried out at a temperature of 60 ° C, pH up to 4.5, for 2 hours, as a result of enzymatic hydrolysis, the glucose content is at least 25%. Carrying out the high-temperature stage of hydrolysis eliminates the sterilization of the starch-containing part of the nutrient medium.
На втором этапе ферментативного гидролиза, для разрушения соединений клетчатки, зерновые оболочки смешивают с водой в соотношении 1:1, проводят термохимическую обработку при температуре не менее 150°C в течение 30 секунд, после чего подвергают ферментативному гидролизу целлюлолитическими ферментными препаратами, содержащими ксиланазу и целлюлазу при температуре 50-60°C, pH 5,0-5,5, в течение 4 часов, содержание глюкозы при этом составляет не менее 12%. После объединения ферментолизатов, глюкозосодержащая часть питательной среды содержит не менее 20% глюкозы. Глюкозосодержащую часть питательной среды объединяют с солевой частью питательной среды и проводят процесс последовательного выращивания штаммов дрожжей рода Hansenula: Hansenula polimorpha Y-314, Hansenula jadinii ΒΚΠΜ Y-797, Hansenula petersonii ΒΚΠΜ Y-1012, поддерживая pH при культивировании 12% раствором аммиачной воды или аммиаком.At the second stage of enzymatic hydrolysis, to break down fiber compounds, grain shells are mixed with water in a ratio of 1: 1, thermochemical treatment is carried out at a temperature of at least 150 ° C for 30 seconds, after which they are subjected to enzymatic hydrolysis with cellulolytic enzyme preparations containing xylanase and cellulase at a temperature of 50-60 ° C, pH 5.0-5.5, for 4 hours, the glucose content is at least 12%. After combining the fermentolysates, the glucose-containing part of the nutrient medium contains at least 20% glucose. The glucose-containing part of the nutrient medium is combined with the salt part of the nutrient medium and the process of successive cultivation of yeast strains of the genus Hansenula: Hansenula polimorpha Y-314, Hansenula jadinii ΒΚΠΜ Y-797, Hansenula petersonii ΒΚΠΜ Y-1012 is maintained, maintaining the pH during cultivation with 12% ammonia water or ammonia.
Основной процесс выращивания штамма дрожжей Hansenula polimorpha ΒΚΠΜ Y-314 состоит из четырех этапов: первоначальное накопление биомассы дрожжей в периодическом процессе в течение 12-18 часов, повышение концентрации биомассы дрожжей подачей дополнительной питательной среды в течение 24-36 часов, непрерывное культивирование дрожжей не менее 200 часов, после чего производится концентрирование биомассы любым возможным способом (сепарирование, центрифугирование, ультрафильтрация). Концентрация биомассы дрожжей перед концентрированием составляет 50 г/л. Фильтрат культуральной жидкости служит в качестве исходной и проточной среды для культивирования второй культуры дрожжей Hansenula jadinii ВКПМ Y-797. Hansenula jadinii ВКПМ Y-797 утилизирует пятиатомные сахара. После культивирования второй культуры дрожжей также производится концентрирование. Концентрация биомассы дрожжей перед концентрированием составляет 12 г/л. Фильтрат культуральной жидкости служит в качестве исходной и проточной среды для культивирования третьей культуры дрожжей Hansenula petersonii ВКПМ Y-1012, утилизирующей микробные метаболиты - органические кислоты. Концентрация биомассы дрожжей после культивирования составляет 10 г/л. Сконцентрированная дрожжевая биомасса объединяется и направляется на сушку и грануляцию в сушильный аппарат.The main process of growing the strain of yeast Hansenula polimorpha ΒΚΠΜ Y-314 consists of four stages: the initial accumulation of yeast biomass in a batch process for 12-18 hours, increasing the concentration of yeast biomass by supplying an additional nutrient medium for 24-36 hours, continuous cultivation of yeast at least 200 hours, after which biomass is concentrated in any possible way (separation, centrifugation, ultrafiltration). The concentration of yeast biomass before concentration is 50 g / l. The filtrate of the culture fluid serves as a source and flow medium for the cultivation of the second culture of the yeast Hansenula jadinii VKPM Y-797. Hansenula jadinii VKPM Y-797 utilizes five-atom sugars. After culturing a second yeast culture, concentration is also performed. The concentration of yeast biomass before concentration is 12 g / L. The filtrate of the culture fluid serves as a source and flow medium for the cultivation of the third yeast culture Hansenula petersonii VKPM Y-1012, utilizing microbial metabolites - organic acids. The concentration of yeast biomass after cultivation is 10 g / L. Concentrated yeast biomass is combined and sent for drying and granulation in a drying apparatus.
Применение последовательно штаммов дрожжей, отличающихся способностью утилизировать различные составляющие крахмалсодержащего зернового сырья, проведение поэтапного ферментативного гидролиза сырья с повышением выхода моносахаридов до 95% от исходного количества полисахаридов в сырье позволяет повысить степень осахаривания сырья до степени не менее чем 20%, использование фильтрата культуральной жидкости, получаемой в процессе ферментации культур-продуцентов белка, позволяет увеличить содержание сырого протеина в готовом продукте не менее чем на 3-5% по сравнению с прототипом, увеличить степень утилизации зернового сырья в белковые продукты до 65%, понизить содержание клетчатки в готовом продукте до 1%. Предварительная обработка крахмалсодержащего сырья позволяет выделить и получить в готовом виде до 95% содержащегося в сырье глютена.The use of yeast strains in series, characterized by the ability to utilize the various components of starch-containing grain raw materials, carrying out stepwise enzymatic hydrolysis of the raw materials with an increase in the yield of monosaccharides to 95% of the initial amount of polysaccharides in the raw material, makes it possible to increase the degree of saccharification of the raw material to at least 20%; obtained in the process of fermentation of protein-producing cultures, allows to increase the content of crude protein in the finished product n e less than 3-5% compared with the prototype, to increase the degree of utilization of grain raw materials in protein products to 65%, to lower the fiber content in the finished product to 1%. Pre-treatment of starch-containing raw materials allows to isolate and obtain in finished form up to 95% of gluten contained in raw materials.
В результате совокупности существенных признаков получается белково-витаминная добавка с содержанием сырого протеина не менее 65%, содержащая в своем составе витамины группы B, незаменимые аминокислоты, с одновременной глубокой переработкой зернового крахмалсодержащего сырья, содержание клетчатки в готовом продукте не превышает 1%. Выход по готовому белковому продукту составляет 60-65%.As a result of the set of essential features, a protein-vitamin supplement is obtained with a crude protein content of at least 65%, containing B vitamins, essential amino acids, with simultaneous deep processing of grain starch-containing raw materials, the fiber content in the finished product does not exceed 1%. The yield of the finished protein product is 60-65%.
Нижеприведенные примеры реализации способа подтверждают получение заявленного технического результата.The following examples of the implementation of the method confirm the receipt of the claimed technical result.
Пример 1Example 1
93 кг пшеницы 3 класса с влажностью 14% смешивали с водопроводной водой в соотношении 1:3 и подвергали влажному дроблению на роторно-пульсационном аппарате (РПА) "ЭНА" (Россия) однократно. Полученную водно-зерновую смесь выдерживали при перемешивании и термостатировании 50°C в течение 1 часа и повторно обрабатывали на РПА.93 kg of wheat of class 3 with a moisture content of 14% was mixed with tap water in a ratio of 1: 3 and subjected to wet crushing on a rotary pulsation apparatus (RPA) "ENA" (Russia) once. The resulting water-grain mixture was kept under stirring and thermostating at 50 ° C for 1 hour and re-processed on RPA.
На вращающихся ситах отделяли зерновые оболочки в количестве 74,4 кг. Из крахмально-белковой суспензии выделяли зерновой белок (глютен) на роторных ситах при pH суспензии 7,5. Полученный раствор глютена в количестве 55,2 кг после дополнительной очистки высушивали и получали 22,8 кг готового продукта - кормового глютена с содержанием белка 70%, влажностью 10%.On rotating sieves, grain shells were separated in an amount of 74.4 kg. Grain protein (gluten) was isolated from starch-protein suspension on rotary sieves at a pH of 7.5 suspension. The resulting gluten solution in the amount of 55.2 kg after further purification was dried and received 22.8 kg of the finished product - feed gluten with a protein content of 70%, humidity 10%.
Оставшееся крахмальное молоко в количестве 240 л подвергали ферментативному гидролизу в две стадии с использованием ферментных препаратов, содержащих α-амилазу и глюкоамилазу. Для этого 240 л крахмальной суспензии помещали в реактор, где доводили pH суспензии до 6,2, вносили 74 мл ферментного препарата Termamyl SC DS фирмы Novozymes и проводили первую стадию ферментативного гидролиза при температуре 90°С в течение 2 часов, затем охлаждали суспензию до 60°C, доводили pH суспензии до 4,2, вносили ферментный препарат Saczyme фирмы Novozymes в количестве 74 мл и проводили вторую стадию гидролиза при температуре 60°C в течение 2 часов. Полученный ферментолизат крахмала в количестве 240,4 л с содержанием редуцирующих веществ 24,5% использовали для приготовления основной, дополнительной и проточной сред для культивирования дрожжей Hansenula polimorpha Y-314.The remaining starch milk in an amount of 240 l was subjected to enzymatic hydrolysis in two stages using enzyme preparations containing α-amylase and glucoamylase. For this, 240 l of starch suspension was placed in a reactor where the pH of the suspension was adjusted to 6.2, 74 ml of Novozymes Termamyl SC DS enzyme preparation was added and the first stage of enzymatic hydrolysis was carried out at a temperature of 90 ° C for 2 hours, then the suspension was cooled to 60 ° C, the pH of the suspension was adjusted to 4.2, the enzyme preparation Saczyme of Novozymes (74 ml) was added and the second hydrolysis step was carried out at a temperature of 60 ° C for 2 hours. The obtained starch fermentolysate in an amount of 240.4 l with a content of reducing substances of 24.5% was used to prepare the main, secondary and flowing media for culturing the yeast Hansenula polimorpha Y-314.
Зерновые оболочки в количестве 74,4 кг смешивали с 37,2 л водопроводной воды, доводили pH смеси до 2,0 серной кислотой и подвергали термохимической обработке при давлении 30 ати температуре 150°C в течение 30 сек. Затем смесь помещали в реактор, доводили pH смеси до 5,5 раствором едкого натра, вносили ферментный препарат Cellic СТес2 фирмы Novozymes в количестве 48,4 мл и проводили ферментативный гидролиз клетчатки зерновых оболочек при температуре 55°C в течение 4 часов. Полученный ферментолизат клетчатки зерновых оболочек в количестве 107,4 л с содержанием редуцирующих веществ 10,7% смешивали с 240,4 л ферментолизата крахмала и использовали для приготовления ферментационных сред в качестве источника углерода. Количество редуцирующих веществ в объединенном ферментолизате составило 20,19%.Grain shells in an amount of 74.4 kg were mixed with 37.2 l of tap water, the mixture was adjusted to pH 2.0 with sulfuric acid and subjected to thermochemical treatment at a pressure of 30 at and a temperature of 150 ° C for 30 sec. Then the mixture was placed in a reactor, the pH of the mixture was adjusted to 5.5 with sodium hydroxide solution, Novozymes Cellic CTec2 enzyme preparation was introduced in an amount of 48.4 ml and enzymatic hydrolysis of the fiber of grain coatings was carried out at a temperature of 55 ° C for 4 hours. The obtained fermentolizate of fiber of grain shells in the amount of 107.4 l with a content of reducing substances of 10.7% was mixed with 240.4 l of starch fermentolizate and used to prepare fermentation media as a carbon source. The amount of reducing substances in the combined fermentolizate was 20.19%.
Готовили посевную питательную среду в количестве 0,6 л для выращивания посевного материала дрожжей Hansenula polimorpha Y-314, содержащую 2% редуцирующих веществ (использовали смесь двух ферментолизатов: крахмала и клетчатки зерновых оболочек). В состав посевной среды входили: аммоний фосфорнокислый двузамещенный - 0,3%, магний сернокислый - 0,05%, натрий хлорид - 0,01%, кальций хлорид - 0,01%, дрожжевой экстракт - 0,5%. Культуру Hansenula polimorpha Y-314 смывом с твердой питательной среды переносили в посевную питательную среду, разливали по стерильным качалочным колбам, содержащим по 0,5 г мела, и культивировали на качалке при температуре 40°C и числе 300 об/мин в течение 24 часов. Готовый посевной материал объединяли и использовали для засева рабочего ферментера.A 0.6 L seed culture medium was prepared for the cultivation of Hansenula polimorpha Y-314 yeast seed material containing 2% reducing substances (a mixture of two fermentolizates: starch and fiber of cereal membranes was used). The composition of the inoculum included: ammonium phosphate disubstituted - 0.3%, magnesium sulfate - 0.05%, sodium chloride - 0.01%, calcium chloride - 0.01%, yeast extract - 0.5%. The culture of Hansenula polimorpha Y-314 was washed off from a solid nutrient medium into a seed culture medium, poured into sterile rocking flasks containing 0.5 g of chalk, and cultivated on a rocking chair at a temperature of 40 ° C and 300 rpm for 24 hours . The finished seed was combined and used for sowing a working fermenter.
На первой стадии культивирования, в ферментере вместимостью 30 л стерилизовали 6 л основной ферментационной среды, содержащей аммоний фосфорнокислый двузамещенный - 0,5%, магний сернокислый - 0,05%, натрий хлорид - 0,01%, кальций хлорид - 0,01%, редуцирующие вещества (РВ) - 4%, затем среду охлаждали до 40°C, выводили на режим культивирования - pH - 6,5, расход воздуха составлял - 10 л/мин, скорость перемешивание - 500 об/мин и производили засев аппарата посевным материалом Hansenula polimorpha Y-314 объемом 0,6 л, выращенным на качалке. Во время культивирования в основном аппарате, pH процесса поддерживали подачей 12% аммиачной воды. Первоначальный рост культуры дрожжей до достижения концентрации биомассы дрожжей до 12 г/л происходил в течение первых 16 часов. Через 16 часов культивирования в ферментер подавалась дополнительная питательная среда, содержащая источник углерода (смесь ферментолизатов крахмала и клетчатки зерновых оболочек) с концентрацией редуцирующих веществ 20,19%, источник неорганического азота - аммоний фосфорнокислый, соли магния, калия, кальция и натрия. Расход питательной среды составлял 900 мл/час, продолжительность подачи - 24 часа. За этот период концентрация биомассы достигла 50 г/л. Через 40 часов культивирования основной ферментер перевели на проток со скоростью подачи основной ферментационной среды 2,5 л/час. Состав протока соответствовал составу начальной ферментационной среды. Продолжительность непрерывного культивирования дрожжей Hansenula polimorpha Y-314 составила 200 часов, после чего произвели выделение дрожжевой биомассы из культуральной жидкости способом сепарации, а фильтрат 1, полученный после сепарации, использовали в качестве проточной и основной питательной среды для культивирования дрожжей Hansenula jadinii ΒΚΠΜΥ-797.At the first stage of cultivation, in a 30 L fermenter, 6 L of the main fermentation medium was sterilized, containing ammonium phosphate disubstituted - 0.5%, magnesium sulfate - 0.05%, sodium chloride - 0.01%, calcium chloride - 0.01% reducing substances (RV) - 4%, then the medium was cooled to 40 ° C, brought to the cultivation mode — pH — 6.5, air flow rate — 10 l / min, stirring speed — 500 rpm, and the apparatus was inoculated with seed material Hansenula polimorpha Y-314 with a volume of 0.6 l, grown on a rocking chair. During cultivation in the main apparatus, the pH of the process was maintained by supplying 12% ammonia water. The initial growth of the yeast culture until the concentration of yeast biomass to 12 g / l was reached within the first 16 hours. After 16 hours of cultivation, an additional nutrient medium was supplied to the fermenter containing a carbon source (a mixture of starch fermentolysates and fiber of grain shells) with a concentration of reducing substances of 20.19%, a source of inorganic nitrogen - ammonium phosphate, salts of magnesium, potassium, calcium and sodium. The flow rate of the nutrient medium was 900 ml / hour, the delivery time was 24 hours. During this period, the biomass concentration reached 50 g / l. After 40 hours of cultivation, the main fermenter was transferred to the duct with a feed rate of the main fermentation medium of 2.5 l / h. The composition of the duct corresponded to the composition of the initial fermentation medium. The duration of continuous cultivation of the yeast Hansenula polimorpha Y-314 was 200 hours, after which the yeast biomass was separated from the culture liquid by the separation method, and the filtrate 1 obtained after separation was used as the flowing and main nutrient medium for the cultivation of Hansenula jadinii ΒΚΠΜΥ-797 yeast.
На второй стадии культивирования, в ферментер объемом 30 л загружали 18 л фильтрата 1 после культивирования дрожжей 1 стадии, вносили 2 л посевного материала из колб с культурой дрожжей Hansenula jadinii ΒΚΠΜ Υ-797, утилизирующих пятиатомные сахара (преимущественно ксилозу), и культивировали в аэробных условиях при температуре 40°C в течение 12 часов, после чего переходили на непрерывный режим выращивания с использованием фильтрата 1 с предыдущей стадии культивирования. Скорость протока фильтрата 1 составляла 2,5 л/час. При достижении концентрации биомассы дрожжей 12 г/л процесс останавливали, производили выделение дрожжевой биомассы способом сепарации. Выделенную биомассу дрожжей присоединяли к биомассе дрожжей первой стадии культивирования, а фильтрат 2 направляли на культивирование третьей стадии.At the second stage of cultivation, 18 L of filtrate 1 was loaded into a 30-liter fermenter after cultivation of stage 1 yeast, 2 L of inoculum from Hansenula jadinii ΒΚΠΜ ΒΚΠΜ-797 yeast culture flasks utilizing pentatomic sugars (mainly xylose) was added and cultivated in aerobic conditions at a temperature of 40 ° C for 12 hours, after which they switched to a continuous mode of cultivation using filtrate 1 from the previous cultivation stage. The flow rate of the filtrate 1 was 2.5 l / h. When the concentration of yeast biomass reached 12 g / l, the process was stopped, and yeast biomass was separated by a separation method. The selected yeast biomass was attached to the yeast biomass of the first stage of cultivation, and the filtrate 2 was sent to the cultivation of the third stage.
На третьей стадии культивирования, в ферментер объемом 30 л загружали 18 л фильтрата 2, полученного на второй стадии культивирования, вносили 2 л посевного материала из колб с культурой дрожжей Hansenula petersonii ΒΚΠΜ Y-1012, утилизирующих органические кислоты, и продукты метаболизма дрожжей первой и второй стадии культивирования, и производили культивирование в аэробных условиях при температуре 40°C в течение 12 часов, после чего переходили на непрерывный режим выращивания с использованием фильтрата 2 с предыдущей стадии культивирования. Скорость протока фильтрата 2 составляла 2,5 л/час. При достижении концентрации биомассы дрожжей 10 г/л процесс останавливали, производили выделение дрожжевой биомассы методом сепарации. Выделенную биомассу дрожжей присоединяли к биомассе дрожжей первой и второй стадии культивирования.In the third stage of cultivation, 18 L of filtrate 2 obtained in the second stage of cultivation was loaded into a 30-liter fermenter, 2 L of inoculum from Hansenula petersonii ΒΚΠΜ Y-1012 yeast culture flasks utilizing organic acids, and yeast metabolism products of the first and second were introduced cultivation stages, and cultivation was performed under aerobic conditions at a temperature of 40 ° C for 12 hours, after which they switched to a continuous mode of cultivation using filtrate 2 from the previous cultivation stage. The flow rate of the filtrate 2 was 2.5 l / h. When the concentration of yeast biomass reached 10 g / l, the process was stopped, and yeast biomass was isolated by separation. The selected yeast biomass was attached to the yeast biomass of the first and second stage of cultivation.
После объединения дрожжей, их сушки и гранулирования получили 34,2 кг сухой биомассы дрожжей с содержанием сырого протеина не менее 65% по сухому весу.After combining the yeast, drying and granulating it, 34.2 kg of dry yeast biomass with a crude protein content of at least 65% by dry weight were obtained.
Аминокислотный состав продукта определялся методом тонкослойной хроматографии и компьютерным количественным определением после сканирования хроматограмм.The amino acid composition of the product was determined by thin-layer chromatography and computer quantification after scanning chromatograms.
Состав биомассы (в % по сухому весу): сырой протеин - 65,6, сырая клетчатка - 0,37, массовая доля золы - 2,1, массовая доля белка по Барштейну - 50,9, аминокислотный состав биомассы: лизин - 3,6, метионин - 1,1, триптофан - 0,61, аргинин - 2,0, гистидин - 1,8, лейцин - 2,9, тирозин - 2,12, аланин - 3,2%, треонин - 1,5, валин - 1,0, глицин - 2,96, глутаминовая кислота - 9,5%, аспарагиновая кислота - 3,8%; содержание витаминов (мг/г): тиамин (В1) - 4,2; рибофлавин (В2) - 10,5; пантотеновая кислота (В3) - 36,5; холин (В4) - 1200; никотиновая кислота (В5) - 32,4; пиридоксин (В6) - 10,7; фолиевая кислота (В9) - 23; цианкобаламин (В12) - 37,9. Общая обсеменность - 90-100 Е/мл. Общая конверсия углеводов в биомассу дрожжей составила не менее 50%. Общий выход готового продукта - глютена и биомассы дрожжей - составил 61%. Количество редуцирующих веществ после ферментолиза составило 20,19%, что почти в 2 раза превышает аналогичный показатель прототипа.Biomass composition (% dry weight): crude protein - 65.6, crude fiber - 0.37, mass fraction of ash - 2.1, mass fraction of protein according to Barshstein - 50.9, amino acid composition of biomass: lysine - 3, 6, methionine - 1.1, tryptophan - 0.61, arginine - 2.0, histidine - 1.8, leucine - 2.9, tyrosine - 2.12, alanine - 3.2%, threonine - 1.5 Valine 1.0; glycine 2.96; glutamic acid 9.5%; aspartic acid 3.8%; the content of vitamins (mg / g): thiamine (B 1 ) - 4.2; riboflavin (B 2 ) - 10.5; pantothenic acid (B 3 ) - 36.5; choline (B 4 ) - 1200; nicotinic acid (B 5 ) - 32.4; pyridoxine (B 6 ) - 10.7; folic acid (B 9 ) - 23; cyancobalamin (B 12 ) - 37.9. The total dissemination is 90-100 U / ml. The total conversion of carbohydrates to yeast biomass was at least 50%. The total yield of the finished product — gluten and yeast biomass — was 61%. The number of reducing substances after fermentolysis was 20.19%, which is almost 2 times higher than the same indicator of the prototype.
Пример 2Example 2
Биомассу дрожжей после стадии сепарации, полученную аналогично Примеру 1, в количестве 20 л направляли в реактор с нагревательной рубашкой рабочим объемом 30 л. Доводили pH культуральной жидкости 10% раствором едкого натра и производили нагрев через рубашку реактора до 80°C, выдерживали в течение двух часов, после чего производили сушку продукта при температуре 130°C до остаточной влажности в конечном продукте 5%.The yeast biomass after the separation stage, obtained analogously to Example 1, in the amount of 20 l was sent to the reactor with a heating jacket with a working volume of 30 l. The pH of the culture fluid was adjusted with a 10% sodium hydroxide solution and heated through a reactor jacket to 80 ° C, held for two hours, after which the product was dried at a temperature of 130 ° C to a residual moisture content of 5% in the final product.
Полученный автолизат дрожжевой биомассы имел следующий состав (в % по сухому веществу): сырой протеин - 65,8, сырой жир - 3,59, сырая клетчатка - 0,45, линолевая кислота - 0,12, лизин - 4,56, метионин - 1,74, метионин + цистин - 1,79, триптофан - 0,65, аргинин - 2,39, гистидин - 2,19, лейцин - 3,49, изолейцин - 3,96, фенилаланин - 2,76, тирозин - 2,12, треонин - 2,60, валин - 1,95, глицин - 3,96. В полученном продукте более 40% имеющегося белка представлены в виде водорастворимых, легкоусвояемых аминокислот (аргинин, гистидин, лизин, триптофан и тирозин), а образовавшиеся более короткие пептиды обладают стимулирующими и иммуномодулирующими свойствами. Применение полученного продукта позволяет повысить перевариваемость и усвоение питательных веществ, а также применять его для откорма молодняка сельскохозяйственных животных, птиц, молоди рыб.The obtained yeast biomass autolysate had the following composition (in% on dry matter): crude protein - 65.8, crude fat - 3.59, crude fiber - 0.45, linoleic acid - 0.12, lysine - 4.56, methionine - 1.74, methionine + cystine - 1.79, tryptophan - 0.65, arginine - 2.39, histidine - 2.19, leucine - 3.49, isoleucine - 3.96, phenylalanine - 2.76, tyrosine - 2.12, threonine - 2.60, valine - 1.95, glycine - 3.96. In the resulting product, more than 40% of the available protein is presented in the form of water-soluble, easily digestible amino acids (arginine, histidine, lysine, tryptophan and tyrosine), and the resulting shorter peptides have stimulating and immunomodulating properties. The use of the obtained product allows to increase the digestibility and assimilation of nutrients, as well as to use it for fattening young farm animals, birds, and fish fry.
Пример 3Example 3
120 кг пшеницы 3 класса с влажностью 14% смешивали с водопроводной водой в соотношении 1:3 и подвергали влажному дроблению на роторно-пульсационном аппарате (РПА) "ЭНА" (Россия) однократно. Полученную водно-зерновую смесь выдерживали при перемешивании и термостатировании 50°C в течение 1 часа и повторно обрабатывали на РПА.120 kg of class 3 wheat with a moisture content of 14% was mixed with tap water in a ratio of 1: 3 and subjected to wet crushing on a rotary pulsation apparatus (RPA) "ENA" (Russia) once. The resulting water-grain mixture was kept under stirring and thermostating at 50 ° C for 1 hour and re-processed on RPA.
На вращающихся ситах отделяли зерновые оболочки в количестве 96 кг, влажность которых составляла 70%. Из 385 л крахмально-белковой суспензии выделяли зерновой белок (глютен) на роторных ситах при pH суспензии 7,5. Полученный раствор глютена в количестве 71,2 кг после дополнительной очистки, высушивали и получали 26,4 кг готового продукта - кормового глютена с содержанием белка 71,3%, влажностью 10%.On rotating sieves, grain shells were separated in an amount of 96 kg, the moisture content of which was 70%. From 385 L of starch-protein suspension, cereal protein (gluten) was isolated on rotary screens at a pH of 7.5. The resulting gluten solution in the amount of 71.2 kg after further purification, dried and received 26.4 kg of the finished product - feed gluten with a protein content of 71.3%, humidity 10%.
Оставшееся крахмальное молоко в количестве 310 л, с содержанием сухих веществ 16% направляли в декантерную центрифугу с фактором разделения 40, на которой происходило разделение на крахмал А с содержанием белка до 2% и суспензию, содержащую до 15% белка и 40% крахмала В и С. Полученный крахмал А подавали в емкость объемом 200 л, где обрабатывали водным раствором протеолитического ферментного препарата, обеспечивая концентрацию протеазы 1Е/г белка при pH 7,5, температуре 45°C в течение 2 часов, после ферментативной обработки повторно подавали в декантерную центрифугу, где крахмал отделялся от промывной жидкости. После повторного центрифугирования крахмал A обезвоживается до содержания сухих веществ 53-55%. Промытый крахмал содержит 98,4-98,7% чистого крахмала, 1,3-1,6% примесей (белок, жир и прочее). Полученный крахмал А с содержанием белка 0,33% направляли в сушильную установку. Выход крахмала A с влажностью 5% составил 29,3 кг, что соответствует 50% от всего имеющегося крахмала в зерновом сырье. Очищенный крахмал A можно направить на дальнейшую переработку в модифицированный крахмал или крахмальные заменители сахара, такие как глюкоза, декстроза, мальтоза, фруктоза. Оставшуюся часть крахмала совместно с другими побочными продуктами в количестве 107 л подвергали ферментативному гидролизу аналогично Примеру 1 и возвращали в процесс выращивания дрожжей. Выход сухой биомассы дрожжей составил 11,7 кг. Общий выход готовой продукции от первоначального количества зерна составил 66,2%.The remaining starch milk in an amount of 310 l, with a solids content of 16%, was sent to a decanter centrifuge with a separation factor of 40, which was divided into starch A with a protein content of up to 2% and a suspension containing up to 15% protein and 40% starch B and C. The obtained starch A was fed into a 200 L container, where it was treated with an aqueous solution of a proteolytic enzyme preparation, providing a protease concentration of 1E / g protein at pH 7.5, a temperature of 45 ° C for 2 hours, after enzymatic treatment was re-fed to the decanter centrifuge, where starch was separated from the wash liquid. After repeated centrifugation, starch A is dehydrated to a solids content of 53-55%. Washed starch contains 98.4-98.7% of pure starch, 1.3-1.6% of impurities (protein, fat, etc.). The resulting starch A with a protein content of 0.33% was sent to a drying unit. The yield of starch A with a moisture content of 5% was 29.3 kg, which corresponds to 50% of all available starch in grain raw materials. Refined starch A can be sent for further processing to modified starch or starch sugar substitutes such as glucose, dextrose, maltose, fructose. The remaining starch together with other by-products in an amount of 107 l was subjected to enzymatic hydrolysis similarly to Example 1 and returned to the process of growing yeast. The yield of dry yeast biomass was 11.7 kg. The total yield of finished products from the initial amount of grain was 66.2%.
Приведенные примеры подтверждают, что предлагаемый способ получения белково-витаминной добавки из крахмалсодержащего зернового сырья позволяет получить кормовой легкоусвояемый продукт улучшенного качества, с повышенным содержанием сырого протеина до 65%, аминокислот, витаминов группы B в готовом продукте, с низким содержанием клетчатки до 1%, проведение процессов в асептических условиях позволяет получить продукт с низкой обсемененностью не более 100 КОЕ/мл, что дает возможность использования его в кормопроизводстве, с одновременной глубокой переработкой исходного зернового сырья, снижением отходов процесса культивирования микроорганизмов-продуцентов белка.The above examples confirm that the proposed method for producing a protein-vitamin supplement from starch-containing grain raw materials allows to obtain an easily digestible feed product of improved quality, with a high content of crude protein up to 65%, amino acids, B vitamins in the finished product, with a low fiber content of up to 1%, carrying out processes under aseptic conditions allows to obtain a product with a low seed rate of not more than 100 CFU / ml, which makes it possible to use it in feed production, with simultaneous hl Bokoy grain refining raw materials, waste reduction process culturing microorganisms producing the protein.
Высокое качество получаемого продукта позволяет использовать его для выращивания элитного молодняка, племенных животных, молоди ценных пород рыб.The high quality of the resulting product allows it to be used to grow elite young animals, breeding animals, and juveniles of valuable fish species.
Выход готового продукта от использованного углеводного сырья составляет не менее 50%, а суммарный выход белкового продукта (биомасса дрожжей вместе с кормовым глютеном) составляет не менее 60-65%.The yield of the finished product from the used carbohydrate raw materials is at least 50%, and the total yield of the protein product (yeast biomass along with feed gluten) is at least 60-65%.
Используемые источникиSources used
Авт. св. №906495, 1980 г.Auth. St. No. 906495, 1980
Патент RU N 2113490, 1998 г.Patent RU N 2113490, 1998
Патент RU 2146097, 1999 г.Patent RU 2146097, 1999
Патент RU 2041946, 1993 г.Patent RU 2041946, 1993
Патент RU 167771, 1989 г.Patent RU 167771, 1989
Патент RU 2091492, 1995 г.Patent RU 2091492, 1995
Патент RU 2042331, 1994 г.Patent RU 2042331, 1994
Патент RU 2041946, 1993 г.Patent RU 2041946, 1993
Патент RU 2054881, 1995 г.Patent RU 2054881, 1995
Патент RU 2140449, 1998 г.Patent RU 2140449, 1998
Патент 2159287, 2000 г.Patent 2,159,287, 2000
Патент RU 2391857, 2008 г.Patent RU 2391857, 2008
Патент RU 2391859, 2007 г.Patent RU 2391859, 2007
Патент RU 2243678, 2003 г.Patent RU 2243678, 2003
Заявка RU 2007147178, 2007 г.Application RU 2007147178, 2007
Патент RU 2159287, 2000 г.Patent RU 2159287, 2000
Патент RU 2391857, 2008 г.Patent RU 2391857, 2008
Патент RU 2183666, 2000 г.Patent RU 2183666, 2000
Патент RU 2111253, 1996 г.Patent RU 2111253, 1996
Патент RU 2220590, 2000 г.Patent RU 2220590, 2000
Патент RU 2163076, 1999 г.Patent RU 2163076, 1999
Патент RU 2478701, 2011 г.Patent RU 2478701, 2011
Заявка RU 93027117, 1993 г.Application RU 93027117, 1993
Заявка RU2012142740, 2012 г.Application RU2012142740, 2012
Заявка RU 2006126544, 2006 г.Application RU 2006126544, 2006
Заявка RU 93027117, 1993 г.Application RU 93027117, 1993
Патент ЕР 0169068, 1984 г.Patent EP 0169068, 1984
Патент ЕР 1988169, 2007 г.Patent EP 1988169, 2007
Заявка WO 2009129320, 2008 г.Application WO 2009129320, 2008
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015121481A RU2613493C2 (en) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | Method of production of protein-vitamin additive of starch-containing grain raw material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015121481A RU2613493C2 (en) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | Method of production of protein-vitamin additive of starch-containing grain raw material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015121481A RU2015121481A (en) | 2016-12-27 |
| RU2613493C2 true RU2613493C2 (en) | 2017-03-16 |
Family
ID=57759384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015121481A RU2613493C2 (en) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | Method of production of protein-vitamin additive of starch-containing grain raw material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2613493C2 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106987530A (en) * | 2017-03-21 | 2017-07-28 | 高唐华农生物工程有限公司 | A kind of preparation method of yeast culture |
| CN107751060A (en) * | 2017-12-04 | 2018-03-06 | 李六秀 | Artificial farming feed of mud snail and preparation method thereof |
| RU2658977C1 (en) * | 2017-09-22 | 2018-06-26 | Владимир Львович Темнянский | Method for producing protein fodder additive |
| RU2673125C1 (en) * | 2017-06-28 | 2018-11-22 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН | Method for producing microbe plant supplement for animals |
| EA033616B1 (en) * | 2017-09-20 | 2019-11-11 | Ooo Proteinovye Kormovye Biotekhnologii Issledovaniya | Method of producing high-protein biomass of yeast |
| RU2731517C1 (en) * | 2020-02-06 | 2020-09-03 | Андрей Дмитриевич Берков | Method of producing yeast biomass for production of fodder protein product |
| RU2731544C1 (en) * | 2019-11-15 | 2020-09-04 | Сергей Иванович Ханаев | Method of granulated mixed fodders preparation |
| RU2739296C2 (en) * | 2019-06-07 | 2020-12-22 | Владимир Васильевич Аксенов | Method for production of fodder carbohydrate additives from vegetable raw material |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1601115A1 (en) * | 1988-07-11 | 1990-10-23 | Институт Микробиологии Ан Армсср | Method of producing protein feed biomass |
| RU2130732C1 (en) * | 1998-03-03 | 1999-05-27 | Воронежский государственный аграрный университет им.К.Д.Глинки | Method of processing feed-destination grain |
| RU2146097C1 (en) * | 1999-04-22 | 2000-03-10 | Открытое акционерное общество "ВНИИГИДРОЛИЗ" | Method of preparing feed additive |
| RU2012142740A (en) * | 2012-10-09 | 2014-04-20 | Галина Ивановна Воробьева | METHOD FOR MICROBIOLOGICAL PRODUCTION OF FODDER PRODUCT ON FERMENTALIZATOR OF GRAIN RAW MATERIALS |
-
2015
- 2015-06-05 RU RU2015121481A patent/RU2613493C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1601115A1 (en) * | 1988-07-11 | 1990-10-23 | Институт Микробиологии Ан Армсср | Method of producing protein feed biomass |
| RU2130732C1 (en) * | 1998-03-03 | 1999-05-27 | Воронежский государственный аграрный университет им.К.Д.Глинки | Method of processing feed-destination grain |
| RU2146097C1 (en) * | 1999-04-22 | 2000-03-10 | Открытое акционерное общество "ВНИИГИДРОЛИЗ" | Method of preparing feed additive |
| RU2012142740A (en) * | 2012-10-09 | 2014-04-20 | Галина Ивановна Воробьева | METHOD FOR MICROBIOLOGICAL PRODUCTION OF FODDER PRODUCT ON FERMENTALIZATOR OF GRAIN RAW MATERIALS |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106987530A (en) * | 2017-03-21 | 2017-07-28 | 高唐华农生物工程有限公司 | A kind of preparation method of yeast culture |
| RU2673125C1 (en) * | 2017-06-28 | 2018-11-22 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН | Method for producing microbe plant supplement for animals |
| EA033616B1 (en) * | 2017-09-20 | 2019-11-11 | Ooo Proteinovye Kormovye Biotekhnologii Issledovaniya | Method of producing high-protein biomass of yeast |
| RU2658977C1 (en) * | 2017-09-22 | 2018-06-26 | Владимир Львович Темнянский | Method for producing protein fodder additive |
| CN107751060A (en) * | 2017-12-04 | 2018-03-06 | 李六秀 | Artificial farming feed of mud snail and preparation method thereof |
| RU2739296C2 (en) * | 2019-06-07 | 2020-12-22 | Владимир Васильевич Аксенов | Method for production of fodder carbohydrate additives from vegetable raw material |
| RU2731544C1 (en) * | 2019-11-15 | 2020-09-04 | Сергей Иванович Ханаев | Method of granulated mixed fodders preparation |
| RU2731517C1 (en) * | 2020-02-06 | 2020-09-03 | Андрей Дмитриевич Берков | Method of producing yeast biomass for production of fodder protein product |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015121481A (en) | 2016-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2613493C2 (en) | Method of production of protein-vitamin additive of starch-containing grain raw material | |
| CN104256057B (en) | A kind of method utilizing alcohol effluent and crop material to prepare forage protein | |
| Nasseri et al. | Single cell protein: production and process | |
| US20230413882A1 (en) | Single cell protein from thermophilic fungi | |
| US20160374364A1 (en) | Method of and system for producing a high value animal feed additive from a stillage in an alcohol production process | |
| CN103931878B (en) | Discarded cassava grain stillage liquid is utilized to prepare the method for high protein feed | |
| CN104920806A (en) | Bran protein feed preparing method by using mixed bacteria multi-step fermentation | |
| CN103478405B (en) | Method used for preparing probiotic preparations by using vitamin B2 fermentation liquid waste | |
| CN103829042A (en) | Production method of multi-vitamin active cassava protein feed | |
| CN104543336A (en) | Method for producing feed through pretreating at high temperature and fermenting at low temperature | |
| JP2021112190A (en) | Method for concentrating protein in grain powder | |
| CN101313076A (en) | Fermentative production of organic compound | |
| CN106260589A (en) | A kind of method that recycling wheat bran prepares albumen feedstuff | |
| Aslamyah et al. | Fermentation of seaweed flour with various fermenters to improve the quality of fish feed ingredients | |
| CN110583855A (en) | Preparation method of high tryptophan fermented feed | |
| CN103652327A (en) | Biological feed produced by wastes | |
| CN1171539C (en) | Nutrients additive for biological feed of livestock and fowls and its preparing process | |
| CN107439793A (en) | The production method of feeding biologic ferment calcium | |
| CN102943049B (en) | Process for producing cryytococcus neoformans culture through solid fermentation | |
| RU2391859C2 (en) | Method of protein-vitamin fodder production | |
| RU2243678C1 (en) | Method for preparing protein-vitamin fodder | |
| CN110551773A (en) | Method for replacing yeast powder with soybean meal enzymolysis liquid in threonine production | |
| Frengova et al. | β-carotene-rich carotenoid-protein preparation and exopolysaccharide production by Rhodotorula rubra GED8 grown with a yogurt starter culture | |
| RU2522006C1 (en) | Method of growing yeast | |
| RU2646047C1 (en) | Method of food product obtaining |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170606 |