Корма и кормовые добавки

Кормовой белок из природного газа 10.05.2017

Кормовой белок из природного газа

Проблема получения микробиологического белка из нетрадиционных видов сырья многие годы была приоритетной в СССР и позволила в своё время создать крупнейшие биозаводы по производству белково-витаминных концентратов из н-парафинов нефти мощностью 70–240 тыс. тонн биопродукта в год. Одновременно проводились исследования и опытно-промышленные испытания по получению белковой биомассы из спиртов (этанол, метанол) и из природного газа.

А. Винаров, профессор,.jpg

А. Винаров, профессор, зав. лабораторией «Технология промышленного биосинтеза» ГосНИИсинтезбелок, г. Москва, vinarov@hotmail.com



Применение белковых добавок, получаемых путем микробиологического синтеза, является важной составляющей кормовой базы в нашей стране и за рубежом. Так, широко применяются в рационах сельскохозяйственных животных гидролизные дрожжи, получаемые на послеспиртовой барде. С развитием биотехнологии всё больший интерес вызывает возможность многотоннажного производства микробиологического белка из широко доступных источников сырья. При этом качество и питательная ценность микробиологических кормовых добавок не уступает, а в ряде случаев превосходит традиционные корма растительного или животного происхождения. По содержанию витаминов микробиологические кормовые белковые добавки превосходят все корма. Так, в 1 кг кормовых дрожжей содержится 5–20 мг тиамина, 40–150 мг рибофлавина, 50–100 мг пантотеновой кислоты, 2,5–6,0 г холина, 300–800 мг никотиновой кислоты, 8–18 мг пиридоксина, 0,6–2,3 мг биотина и 10–35 мг фолиевой кислоты. Важнейшим значением для оценки качества и питательной ценности кормов является содержание необходимых аминокислот, при этом их состав в микробиологическом белке не уступает растительным и животным кормам.

В таблице приведены основные (усредненные) показатели аминокислотного состава для микробиологических и традиционных кормовых добавок, используемых в рационах сельскохозяйственных животных.

Содержание сырого протеина и аминокислот в различных кормах, %

Показатели

Биомасса гидролизных дрожжей

Биомасса дрожжей из н-парафинов

Бактериальная биомасса из природного газа

Мясокостная мука

Рыбная мука

Сырой протеин

50–52

58–62

70–75

50–54

62–65

Аргинин

3,0–3,2

2,4–2,6

2,5–3,5

3,0–3,4

3,5–3,7

Валин

3,5–3,7

3,0–3,2

4,0–4,2

2,3–2,5

3,5–3,8

Гистидин

0,9–1,0

1,8–2,0

2,0–2,5

1,2–1,4

1,4–1,7

Метионин

0,3–04

0,5–0,7

1,3–1,6

1,0–1,2

1,6–1,8

Цистин

0,4–0,5

0,3–0,4

0,3–0,5

0,7–0,8

0,9–1,0

Лизин

3,0–3,5

4,0–4,6

4,5–5,2

2,8–3,0

4,6–5,0

Треонин

2,2–2,6

2,6–3,0

2,5–3,1

1,8–2,0

3,3–3,5

Триптофан

0,3–0,4

0,5–0,7

1,3–1,6

0,9–1,2

0,7–0,9

Фенилаланин

2,0–2,5

2,8–3,0

2,4–3,0

1,7–1,9

2,6–2,8

Лейцин и изолейцин

8,0–8,8

7,0–8,0

6,0–8,0

4,5–5,0

7,0–8,0


Как видно из данных таблицы, по своему аминокислотному составу бактериальная биомасса из природного газа является полноценным белковым продуктом с высоким содержанием незаменимых аминокислот, а также витаминов и микроэлементов, полностью обеспечивающим потребности в них животных. Результаты многолетних испытаний получаемой из природного газа белковой биомассы показали высокую эффективность кормовой белковой добавки, характеризуемой наличием всех незаменимых аминокислот, а также витаминов группы B (B1 — 14,1 мг/кг, B12 — 5,6 мг/кг), и микроэлементов. В 1 кг кормовой добавки содержится в среднем около 1,1 кормовой единицы, обменной энергии (МДж): для свиней — 12,2; для птиц — 12,0; для крупного рогатого скота — 11,6.

Получаемая высокобелковая биомасса (гаприн), содержащая 70–75% сырого протеина, рекомендована и использовалась в качестве компонента комбикормов и белково-витаминных добавок в животноводстве, в частности для свиней; как заменитель цельного молока для телят; в птицеводстве при выращивании цыплят-бройлеров и в рыбоводстве с изготовлением из биомассы гранул при прудовом разведении рыб.

Биотехнология получения кормового белка из природного газа, содержащего до 96% метана, основана на реализации процессов непрерывного культивирования метанокисляющих микроорганизмов в биореакторах различной конструкции. В настоящее время достаточно отработана технология ферментации с использованием непатогенных штаммов метанассимилирующих культур, в качестве которых могут быть использованы бактерии рода Methylomonas, Methylococcus, Methylocystts, Methulosinus, Methylobacter, с непрерывной подачей в биореактор кислородсодержащего газа (воздух, кислородо-воздушная смесь, кислород) и метаносодержащего газа (природный газ, метан), обеспечивающих рост метанокисляющих микроорганизмов. Дальнейшие стадии переработки получаемой биомассы традиционны и включают процессы концентрирования клеток из биосуспензии, термостерилизации и сушки с получением готового продукта в виде порошка или гранул. В опытно-промышленном масштабе биотехнология по получению из природного газа белковой биомассы «гаприн» была реализована на Светлоярском ОПУ институтом ГосНИИсинтезбелок в период с 1985 по 1994 г. В 1994 г. это производство в связи с экономическими трудностями было закрыто.

Наряду с достигнутыми положительными результатами, полученными на опытно-промышленной установке, были выявлены проблемы, решение которых необходимо для реализации современного экономически обоснованного конкурентного производства. Основная проблема была связана с высокоэнергозатратным процессом ферментации в промышленном биореакторе, что приводило к высокой стоимости продукта. В то же время на сегодня получение белка на основе метана, безусловно, является одним из перспективных направлений промышленной биотехнологии в интересах сельскохозяйственного кормопроизводства, учитывая значительные запасы природного газа и высокое качество получаемого кормового продукта.

Винаров_проверять-2.jpg

Прежние технические решения характеризовались низкой экономической эффективностью, в частности высокими энергозатратами на ферментацию в биореакторе. На получение 1 т белка из метана в зависимости от используемого штамма и технологических параметров культивирования затрачивается 3,0–4,0 тыс. м3 природного газа (95% метана) и 2,5–4,0 тыс. м3 O2. Энергозатраты по ранее использованной биотехнологии составляли около 4–5 тыс. кВтч/т.

Несмотря на значительное количество известных отечественных и зарубежных аппаратурных решений, специфика процесса с использованием двух труднорастворимых

газов не позволила к настоящему времени достаточно эффективно и энергоэкономно решить проблему получения белка из природного газа. При этом предъявляются серьезные требования к конструкции биореактора для обеспечения высокой скорости массопереноса в системе газ–жидкость и диспергирования газовой фазы при оптимальных энергозатратах в процессе ферментации, что решается за счет новых подходов к конструктивному оформлению процесса биосинтеза и создания принципиально нового промышленного биореактора.

Экономическая эффективность проведения процесса ферментации на природном газе в новом разрабатываемом биореакторе должна обеспечиваться низкими (не более 1,5–2,0 квтч/кг) энергозатратами на получение биомассы, что позволит получить экономический эффект (по сравнению с известными аппаратами, например эжекторного типа) порядка 15–20 млн руб. в год только в одном аппарате промышленного объема 200 м3. Учитывая непрерывный режим работы биореактора, выпуск белковой кормовой добавки составит с одного аппарата около 6 тыс. тонн в год.

Для регионов России, с учетом потребности в кормовом белке и транспортной доступности, целесообразно строительство до 10 заводов кормового белка из природного газа мощностью порядка 20–30 тыс. тонн в год каждый.

Винаров_проверять-3.jpg


Количество показов: 9418
Автор:  А. Винаров, профессор, зав. лабораторией «Технология промышленного биосинтеза» ГосНИИсинтезбелок, г. Москва, vinarov@hotmail.com

Возврат к списку