Корма и кормовые добавки

Биотехнологические кормовые добавки. Этапы развития и задачи 12.12.2017

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

Возврат к списку


Материалы по теме: