Биотехнологические кормовые добавки. Этапы развития и задачи
Значимость для общества промышленного производства биопродуктов можно оценить по денежному выражению: ежегодный прирост рынка биотехнологической промышленности в мире составляет около семи процентов, а его объем превышает 200 млрд USD.
Биотехнология является приоритетным направлением для ускоренного подъема экономики в успешно развивающихся странах, таких как Бразилия, Малайзия, Вьетнам, Индия, Китай и другие, а инвестиции в биотехнологическую промышленность считаются наиболее эффективными. В технически развитых странах (Япония, США, Франция, Израиль и др.) за последние десятилетия были научно разработаны и освоены в промышленном масштабе новые биотехнологические процессы получения белка, аминокислот, витаминов, ферментов, органических кислот, спирта, пищевых добавок, антибиотиков и лекарственных препаратов. Значительная часть промышленно выпускаемых биопродуктов (кормовой белок, аминокислоты, витамины, ферменты, антибиотики) идет на удовлетворение нужд сельскохозяйственного животноводства и птицеводства.
Рассматривая с этой точки зрения интересную и актуальную публикацию в октябрьском номере журнала [1], суть которой сводится к очевидным экономическим трудностям страны, зависящей от импорта (в основном из Китая) таких важных кормовых компонентов, как аминокислоты и витамины. Следует отметить, что сложившиеся в последние годы условия производства в России кормов и премиксов в значительной степени диктуются зарубежными поставками этих ингредиентов, при этом рост цен на них является, как правило, неизбежным. Несомненно, обеспечение рационов сельскохозяйственных животных и птицы этими биодобавками крайне необходимо для полноценного развития и прироста живой массы. Однако достижение этой важной для сельхозпроизводства задачи путем наращивания импорта необходимых компонентов питания приводит, с одной стороны, к повышению цен для потребителей этой продукции в стране, а с другой стороны — к потере отечественного биотехнологического производства. Это наглядно было продемонстрировано на примере биотехнологии лимонной кислоты, успешно развиваемой ранее в нашей стране в научном и техническом плане и сведенной за несколько лет практически к нулю в связи с импортом ее из КНР.
Важно отметить, что развитие промышленной биотехнологии было в свое время приоритетным направлением, в том числе успешно развивалась биотехнология белка, аминокислот и витаминов, обеспечивая нужды сельского хозяйства. В этой связи интересно совершить экскурс в недавнее прошлое и рассмотреть ряд аспектов развития биотехнологической промышленности в стране.
Основными незаменимыми аминокислотами, применяемыми при изготовлении кормов для животных, являются лизин, метионин, треонин и триптофан. Данные о потребностях российской комбикормовой промышленности в основных аминокислотах согласно отраслевой целевой программе «Развитие производства комбикормов в Российской Федерации на 2010–2012 гг.» приведены ниже [2].
Потребности комбикормовой промышленности, тонн
Аминокислота |
2010 г. |
2011 г. |
2012 г. |
L-лизин |
46 858,4 |
47 631,3 |
51 370,3 |
DL-метионин |
73 323,7 |
74 416,2 |
80 969,2 |
L-треонин |
9193,0 |
9331,4 |
10 477,7 |
В настоящее время современное производство лизина в РФ планируется развивать на базе глубокой переработки зерна с получением ряда сопутствующих продуктов — глютена и крахмала, и первые такие биопроизводства уже реализуются, при этом используется частично зарубежная биотехнология.
На метионин приходится треть всего объема потребления аминокислот в РФ. Практически 80% спроса удовлетворяется за счет внутреннего производства DL-метионина химическим методом. Импортный метионин занимает около 20–25% рынка. Технология производства DL-метионина микробиологическим синтезом в промышленном масштабе пока не реализована, однако такие разработки осуществлялись в РФ.
Поставки треонина в Россию, составляют порядка 5 тыс. тонн в год (примерно половина потребности), а поставки триптофана — около 30 тонны. В России данные аминокислоты в настоящее время в промышленном масштабе не производятся. Следует отметить, что заводы по производству лизина вполне могут выпускать на своем оборудовании и треонин путем замены штамма.
Промышленная биотехнология получения важного компонента питания животных — кормового концентрата витамина В12, выделяемого из биомассы пропионовокислых бактерий, была реализована в 1960–1967 гг. в процессе термофильного метанового брожения отходов ацетонобутиловых и спиртовых заводов.
С организацией в 1966 г. Главного управления микробиологической промышленности при СМ СССР успешно развивалось биотехнологическое производство ферментных препаратов, L-лизина и других аминокислот, витаминов, кормового белка, биологических средств защиты растений, биоудобрений, биостимуляторов роста растений, кормовых антибиотиков, полисахаридов [2]. Затем на базе Главмикробиопрома было создано Министерство медицинской и микробиологической промышленности, которое в период 1985–1990 гг. (до его ликвидации) возглавлял академик В.А. Быков.
Производство основных видов продукции предприятиями Главмикробиопрома
Показатели |
1966 г. |
1972 г. |
1979 г. |
Кормовой белок микробиологический, тыс. т |
53,5 |
208,3 |
626,0 |
Лизин, т |
16,7 |
310,4 |
6742,0 |
Кормовые антибиотики в пересчете на бацитрацин, т |
165 |
466 |
1613,8 |
Ферментные препараты, у. т |
82,3 |
396 |
3209,9 |
Кормовой витамин B12, кг |
9658,7 |
1179,4 |
– |
Премиксы, тыс. т |
– |
46,4 |
293,9 |
В эти годы одним из приоритетных направлений развития промышленной биотехнологии для решения задач сельского хозяйства было создание и освоение крупнотоннажного производства кормового белково-витаминного продукта (БВК). Этим решались основные проблемы обеспечения кормовой базы, учитывая, что биомасса микроорганизмов богата полноценным белком, включает все необходимые для полноценного питания животных аминокислоты и витамины и не уступает традиционным белковым добавкам на основе рыбной и мясокостной муки, значительно превосходя большинство растительных кормов.
В 1 кг ржаной озимой соломы содержится всего 4 г переваримого белка, в кормовой свекле — 3, в овсяной мякине — 21, в луговом сене — 50, в кукурузном силосе — 6, в зернах овса — 77 г. Потребность же в переваримом белке для коровы недойной составляет 500–800 г/сут., коровы дойной — до 1500, молодой свиноматки — до 500 г/сут.
В таблице приведено сравнение основных (усредненных) показателей аминокислотного состава для микробиологических и традиционных кормовых добавок, используемых в рационах сельскохозяйственных животных.
Содержание сырого протеина и аминокислот в различных кормовых добавках, %
Показатели |
Биомасса дрожжей из н-парафинов (БВК) |
Бактериальная биомасса из природного газа (гаприн) |
Мясокостная мука |
Рыбная мука |
Сырой протеин |
58–62 |
73–77 |
51–55 |
62–66 |
Аргинин |
2,4–2,6 |
2,5–3,5 |
3,0–3,4 |
3,5–3,7 |
Валин |
3,0–3,2 |
4,0–4,2 |
2,3–2,5 |
3,5–3,8 |
Гистидин |
1,8–2,0 |
2,0–2,5 |
1,2–1,4 |
1,4–1,7 |
Метионин |
0,5–0,7 |
1,3–1,6 |
1,0–1,2 |
1,6–1,8 |
Цистин |
0,3–0,4 |
0,3–0,5 |
0,7–0,8 |
0,9–1,0 |
Лизин |
4,0–4,6 |
4,5–5,2 |
2,8–3,0 |
4,6–5,0 |
Треонин |
2,6–3,0 |
2,5–3,1 |
1,8–2,0 |
3,3–3,5 |
Триптофан |
0,5–0,7 |
1,3–1,6 |
0,9–1,2 |
0,7–0,9 |
Фенилаланин |
2,8–3,0 |
2,4–3,0 |
1,7–1,9 |
2,6–2,8 |
Лейцин и изолейцин |
7,0–8,0 |
6,0–8,0 |
4,5–5,0 |
7,0–8,0 |
В уникально короткие сроки были выполнены научно-технические разработки и введены в строй крупные производственные мощности по производству микробиологического белка (БВК) из очищенных парафинов нефти общей мощностью более 1 млн тонн в год [2]. При этом в кормовую базу с БВК поступало около 50 тыс. тонн в год лизина и около 20 тонн витаминов группы В.
Были построены и пущены в эксплуатацию крупнейшие биозаводы:
– Кстовский завод БВК мощностью 70 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию с 1973 г.),
– Киришский БХЗ мощностью 70 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1975 г.),
– Светлоярский завод БВК мощностью 240 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1975 г.),
– Башкирский биохимкомбинат мощностью 180 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1976 г.),
– Новополоцкий завод БВК мощностью 60 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1977 г.),
– Ангарский завод БВК мощностью 60 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1979 г.)
– Кременчугский завод БВК мощностью 120 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в 1980 г.),
– Мозырский завод кормовых дрожжей мощностью 300 тыс. тонн в год (введен в эксплуатацию в1980 г.).
Разработки по созданию и последующей модернизации уникальных промышленных ферментационных аппаратов емкостью 900 м3, где осуществлялся непрерывный процесс микробиологического синтеза, проводили ведущие учёные института ВНИИСинтезбелок. Была достигнута высокая производительность ферментеров — до 50 тонн дрожжей в сутки при получении качественного белкового продукта, содержащего более 60% сырого протеина. Экстракционно очищенная биомасса с Кстовского и Мозырского заводов поступала на экспорт в Польшу, Румынию и другие страны. Одновременно выполнялись исследования по обеспечению экологической безопасности биопроизводств и была реализована безотходная технология с замкнутым циклом водоиспользования и очистки газо-воздушных выбросов, позволившая исключить сброс в водоёмы промышленных сточных вод и загрязнение атмосферы вредными веществами.
К большому сожалению, крупнотоннажные заводы БВК, выпускавшие кормовой белок из н-парафинов нефти, а затем перешедшие на новую разработанную в РФ биотехнологию переработки низкосортного зерносырья с получением кормовой белковой добавки, в настоящее время практически НЕ СУЩЕСТВУЮТ: оборудование демонтировано и продано как металл.
Такая же участь постигла и первое опытно-промышленное производство кормового белка из природного газа (гаприна), освоенное на Светлоярском биозаводе [3]. Продукт содержал до 80% сырого протеина, полноценного по аминокислотному составу. Гаприн богат витаминами, в том числе группы В (тиамин (В1) — 14,1 мг/кг, цианкобаламин (В12) — 5,6 мг/кг), а также макро- и микроэлементами. Высокое качество и биологическая ценность гаприна определяли повышенный спрос на него во многих странах Европы. Однако в мае 1994 г. производство гаприна из-за резкого повышения цен в России на энергоносители и электроэнергию было остановлено и оборудование демонтировано. Аналогичная по задаче пилотная установка создавалась в Норвегии, а в настоящее время датской фирмой Unibio разработан проект оригинальной установки производства биопротеина, с перспективой создания на этой основе биозаводов получения белка из природного газа в США.
Таким образом, накопленный в стране научно-технический потенциал и выполненные в промышленном масштабе биотехнологические проекты, направленные на обеспечение животноводства и птицеводства необходимыми кормовыми компонентами, позволяют создать в ближайшие годы высокотехнологичные и энергоэкономные биопроизводства. Несомненно, на новом этапе следует большое внимание уделить современным подходам к разработке и оптимальному проектированию биохимических предприятий [4]. Особое значение приобретают новые технологии создания промышленных биореакторов со сниженными энергозатратами [5]. Так, при производстве гаприна из природного газа уменьшение удельных энегозатрат на стадии ферментации позволит значительно увеличить конкурентоспособность получаемого кормового белкового продукта.
Развитие отечественной промышленной биотехнологии позволит в ближайшие годы значительно уменьшить импортозависимость кормовой базы сельского хозяйства, предотвратить возможный рост цен на основные компоненты кормов и снизить себестоимость получаемой продукции.
Литература
1. Бурдаева, К. Китайская лихорадка // Ценовик. — 2017. — № 5. — С. 7–9.
2. Быков, В.А. Микробиологическая промышленность / В.А. Быков, А.Ю. Винаров, Н.Б. Градова, Ю.В. Ковальский // Химический комплекс (Антология: Строители России. XX–XXI век). — М.: Мастер, 2008. — С. 406–424.
3. Винаров А.Ю. Кормовой белок из природного газа // Ценовик. — 2017. — № 5. — С. 32–33.
4. Кафаров, В.В. Моделирование и системный анализ биохимических производств / В.В. Кафаров, А.Ю. Винаров, Л.С. Гордеев. — М.: Лесная промышленность, 1985. — 280 с.
5. Винаров, А.Ю. Ферментационные аппараты для процессов микробиологического синтеза / А.Ю. Винаров, Л.С. Гордеев, А.А. Кухаренко, В.И. Панфилов. — М.: ДеЛи принт, 2005. — 277 с.
Количество показов: 7406
Автор: А. Винаров, д-р тех. наук, профессор, vinarov@hotmail.com
Источник: "Ценовик" Декабрь 2017
Рейтинг: 3.3
Материалы по теме:
- В ЕАЭС установят единые требования для кормов и добавок для сельскохозяйственных животных
- В Башкирии планируют запустить производство гаприна за ₽20 млрд
- АГРОЭКО наращивает объёмы производства мясокостной муки и кормового жира
- Ишимский агрохолдинг "Юбилейный" увеличит производство лизина на 30 %
- Россельхознадзор запретил применение в России двух кормовых добавок из Финляндии
МикАцид | Аддкон XF Superfine | СабКонтрол Плюс | Глюкоза кристаллическая | Глюкоза пищевая кристаллическая |