Анализ химического состава и свойств основных и побочных продуктов при реализации новых технологий получения этанола

В настоящее время в стране существует дефицит протеина в кормах. В расчете на 1 кормовую единицу рациона чаше всего его приходится 80–90 г. (по норме 100–110 г.). Известно, что вследствие недостатка протеина в рационах

ухудшаются перевариваемость и использование кормов, на 30–50% уменьшается продуктивность животных, снижается качество продукции и увеличиваются затраты кормов на единицу продукции. Поэтому в регулировании этого уровня большую роль играют различные кормовые добавки с повышенным содержанием протеина,

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License включающего в себя незаменимые аминокислоты, макро- и микроэлементы, витамины [3]. В работах современных ученых доказана эффективность использования внесения ферментных препаратов на различных стадиях при переработке зернового сырья [5–8].

Известно, что дрожжи производятся на основе зерновой барды и используются для обогащения комбикормов и скармливания животным в смеси с концентратами, силосом, жомом.

Представляло интерес провести химический анализ белковой добавки, полученной путем смешивания дрожжей, выделенных из зрелой бражки сепарацией, с отрубями.

Материалы и методы

Исследовали состав дрожжей, выделенных из бражки сепарацией, отрубей, отделенных на стадии размола, а также белковой добавки, полученной путем смешивания этих двух продуктов.

Аминокислотный состав белковых продуктов определяли на анализаторе марки Хитачи с предварительным гидролизом белков 6 н НС1 в запаянных ампулах. Для расчета аминокислотного скора белков проводили сравнение с эталонным белком ФАО/ВОЗ.

Массовую долю белка по Барнштейну в испытуемых образцах определяли согласно ГОСТ Р28178–89 «Дрожжи кормовые. Методы испытаний».

Массовую долю перевариваемого протеина определяли согласно ГОСТ Р 51423–99 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения массовой доли растворимого азота после обработки пепсином в разведенной соляной кислоте».

Массовую долю сырой клетчатки определяли согласно ГОСТ Р 52839–2007 «Корма. Методы определения содержания сырой клетчатки с применением промежуточной фильтрации».

Массовую долю сырого жира определяли согласно ГОСТ 13496.15–97 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания сырого жира».

Количество и качество клейковины определяли по ГОСТ 27839–2013 «Мука пшеничная. Методы определения количества и качества клейковины».

Массовую долю сырого протеина определяли согласно ГОСТ Р 51417–99 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Определение массовой доли азота и вычисление массовой доли сырого протеина. Метод Кьельдаля».

Массовую долю легкогидролизуемых углеводов определяли согласно ГОСТ 26176–91 «Корма, комбикорма. Методы определения растворимых и легкогидролизуемых углеводов».

Массовую долю сырой золы определяли согласно ГОСТ 26226–95 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения сырой золы».

Результаты и обсуждение

Исследовали состав дрожжей, выделенных из бражки сепарацией, отрубей, отделенных на

Полученные данные приведены в таблице 1.

Основные и побочные продукты, исследованные в данной публикации, были получены путем реализации комплексной технологии переработки зернового сырья. Пшеничную муку в количестве смешивали с водой температурой 50 °С в соотношении 1,5:1 в тестомесителе и вносили ферментный препарат «Висколаза» и протеолитический ферментный препарат Протоферм FP с дозировкой 0,6 ед. ПС/г белка [1].

Замес гомогенизировали в гомогенизаторе. После чего на гидроциклоне разделяли на два потока.

Первый поток содержит А-крахмал и пищевые волокна, второй поток содержит глютен, В-крахмал, пентозаны и растворимые белки.

А-крахмал после гидроциклонов направляли на систему сит, где происходит его промывка. Глютен и В-крахмал разделяли с одновременной промывкой на барабанных ситах. Выделенный глютен высушивали. Выход глютена составил 10%. Сконцентрированный А-крахмал соединяли с В-крахмалом получая концентрированный замеса с содержанием сухих веществ 20–24%. Разваривание крахмального замеса осуществляли по механико-ферментативной схеме. Замес с содержанием сухих веществ 24% перекачивали в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО-1), добавляли термостабильную альфа-амилазу (Термоферм 3500 L). Замес выдерживали при температуре 75 °С в течение 1 ч. Затем массу перекачивали в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки второй ступени (ГДФО-2), доводили температуру до 85 ℃ и в течение 1 ч осуществляли предварительный ферментативный гидролиз. После чего массу охлаждали до 58 °С и направляли в осахарива-тель, куда вносили ферментный препарат Биозим 800 L, содержащий в своем составе глюкоамилазу. Полученную массу осахаривали в течение 30 мин. Сусло сбраживали в течение 54 ч, получая зрелую бражку. Из зрелой бражки сепарацией на сепараторах выделяли дрожжи в количестве влажностью 70%. Выход спирта с 1 т. крахмала крахмального замеса составил 66,4 дал. Выделенные сепарацией дрожжи направляют на плазмолизатор, затем их смешивают с отрубями, полученную смесь высушивали, гранулировали с получением кормовой добавки с содержанием протеина 25–30% и влажностью не более 10% [2, 4, 9].

Таблица 1.

Пищевая ценность кормовых белковых продуктов

Table 1.

Nutritional value of fodder protein products

Наименование показателей Description of indicators	Кормовые белковые продукты Fodder protein products
	Кормовые дрожжи nutrient yeast	Из отрубей bran products	Белковая добавка, полученная смешением этих продуктов Protein additive obtained by mixing these products
Сырой жир, % | Raw fat, %	3,4-14,0	4,8	4,7-5,2
Сырой протеин, % | Crude protein, %	47-50	32,7	38
Белок по Барнштейну, % | Barnstein Protein, %	45-48	31,4	36
Общие углеводы, % а.с.в | Total carbohydrates, %	-	38,1	27,6
в т.ч. водорастворимые углеводы water-soluble carbohydrates	-	3,6	3,9
легкогидролизуемые углеводы easily hydrolyzable carbohydrates	-	7,5	2,6
сырая клетчатка, % | raw fiber, %	1,03	12,0	5,5
Зола, % | Ash, %	15,0	9,5	9,4

Из данных таблицы 1 видно, белковый продукт, полученный путем смешивания отрубей и дрожжей, выделенных из зрелой бражки, обладает хорошей питательной ценностью, не уступая растительным белковым добавкам.

Содержание сырого жира колеблется в пределах от 4,7 до 6,2%, содержание сырого протеина составляет 38%, что на 20% ниже, чем в кормовых дрожжах, но на 14% выше, чем у отрубей. Также выявили, что полученный белковый продукт обогащен микро- и макроэлементами, а также легкогидролизуемыми и водорастворимыми углеводами. Содержание сырой клетчатки составляет 5,5%, что почти в 2,5 раза ниже, чем в отрубях. Вероятно, это связано с использованием ферментных препаратов целлюлолитического действия, расщепляющих некрахмалистые соединения.

Исследовали аминокислотый и витаминный состав белковой добавки. Под биологической ценностью белка понимают интегральный эффект, который зависит от количества и качества белка в рационе, его перевариваемости протеиназами желудочно-кишечного тракта КРС, от скорости ассимиляции аминокислот.

Из данных таблицы 2 видно, что лимитирующей аминокислотой является триптофан.

Биологическая ценность белковой добавки составила 57,4%. Основным показателем качества белковых добавок является сумма аминокислот, которая для белковых добавок из зерносырья составляет около 20%. По содержанию аминокислот, в том числе незаменимых, белки кормовой добавки близки к белкам животного происхождения.

Таблица 2.

Содержание незаменимых аминокислот в белковой добавке

Table 2.

Essential amino acid content in protein additive

Аминокислота Amino acid	Содержание, % Contents, %	АК скор, % Amino acid velocity, %
Цистин + метионин Cystine + methionine	2,17	163
Изолейцин | Izoleytsin	2,10	138
Лейцин | Leucine	4,53	170
Лизин | Lysine	2,03	96
Фенилаланин | Phenylalanine	2,36	104
Треонин | Threonine	1,77	118
Триптофан | Tryptophane	0,31	82
Валин | Valine	2,38	126

Содержание витаминов в белковых продуктов приведено в таблице 3. Содержание витаминов группы В определяли в соответствии с ГОСТ 32042–2012. Содержание витамина В 1 (тиамина), В 2 (рибофлавина) определяли методом измерения интенсивности флуоресценции, который заключается в извлечении витамина из пробы белковой добавки раствором серной кислоты, окислении его раствором железосинеродистого калия в тиохром, дальнейшей экстракции окисленной формы из водной фазы изобутиловым спиртом и измерении интенсивности флуоресценции.

Витамин В 5 (никотиновая кислота) определили колориметрическим методом. Сущность метода заключается в кислотном гидролизе связанных форм витамина В 5 , очистке гидролизата, получении окрашенного раствора и колориметрическом определении в сравнении со стандартным раствором.

Таблица 3.

Содержание витаминов в кормовых белковых продуктах

Vitamin content in fodder protein products

Table 3.

Витамин Vitamin	Содержание витаминов в кормовых белковых продуктах, мг/кг Fodder protein products vitamin content, mg/kg
	Кормовые дрожжи nutrient yeast	Из отрубей bran products	Белковая добавка, полученная смешением этих продуктов Protein additive obtained by mixing these products
В 1	5,5-36	1,5	1,4
В 2	42,5-98	31	21,7
В 3	27-128	78	80,0
В 4	3060	1380	1290
В 5	245-583	180	220
Н	0,2	0,2	0,2
А	0,06-0,2	9,1	5,8
Е	2,45-54,7	35,2	18,2

Бета-токоферол (Е), альфа-каротин (А) и витамин Н (биотин) определяли в соответствии с ГОСТ 32043–2012 методом обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографии, который заключается в экстракции витаминов из белковой добавки изопропиловым спиртом и последующем определении содержания вита-минообращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографией.

Повышенная биологическая ценность белковой добавки обусловлена содержанием

Таблица 4.

Содержание минеральных веществ и тяжелых металлов в кормовых белковых продуктах

в них протеина (30–50%) и витаминов группы В, тесно связанных с белковым обменом в организме животных. В значительных количествах в белковой добавке содержатся также витамины группы А, Е, Д.

В кормовых продуктах идентифицированы токоферолы. Был исследован минеральный состав кормовых дрожжей, отрубей и смеси этих продуктов (белковая добавка). Результаты исследований приведены в таблице 4.

Table 4.

Показатель Indicators	Кормовые белковые продукты | Fodder protein products
	Кормовые дрожжи nutrient yeast	Из отрубей bran products	Белковая добавка, полученная смешением этих продуктов Protein additive obtained by mixing these products
Сa, г/кг (g/kg)	3,8-2,9	6,78	5,44
P, г/кг (g/kg)	13,4-28	18,2	17,4
K, г/кг (g/kg)	13,05	13,85	14,87
Na, г/кг (g/kg)	1,015	1,37	1,09
Мg, г/кг (g/kg)	0,79	5,44	3,82
Mn, мг/кг (mg/kg)	176	295	235
Zn, мг/кг (mg/kg)	935,5	120	120
Cu, мг/кг (mg/kg)	5,5	17,9	15,5
Fe, мг/кг (mg/kg)	658	760	870
Тяжёлые металлы, мг/кг: Pb Heavy metals, mg/kg: Pb	1,4	0,1	–
Cd	–	0,46	–
As	–		–
Cr	–		–
Ni	1,5	0,18	–
Hg	0,05		–
F	11		28
Нитраты, мг/кг | Nitrates, mg/kg
Нитриты, мг/кг | Nitrites, mg/kg
Металломагнитные примеси, мг/кг Metallomagnetic impurities, mg/kg	–	–	–

Content of mineral substances and heavy metals in feed protein products

Можно предположить, что соотношение фосфора и кальция в белковой добавке обеспечит нормальное развитие костного скелета молодняка. Имея такой сложный состав, кормовая добавка позволяет большую часть валовой энергии кормов превратить в организме животных и птиц в обменную энергию, а следовательно, увеличивает привес и приводит к экономии затрат на корма на 10–15%.

Основную часть минеральных веществ кормовых белковой добавки составляют фосфор (около 50%), калий (около 13,0%), кальций (около 3%), магний (около 1%). Кроме того, в состав дрожжевых клеток входят и микроэлементы.

Микроэлементы – Fe, Mn и Zn содержатся в данных добавках в большом количестве, но концентрации Сu и Р – на том же уровне.

Исследовали состав кормовой белковой добавки, полученной с внесением на стадии получения водно-мучнистой суспензии пшеницы целлюлолитического ферментного препарата Висколаза 150 L и без него. Ферментный препарат вносили на стадии приготовления водномучнистой суспензи и пшеницы дозировкой 0,01% к массе сырья. Полученные данные представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Состав кормовой белковой добавки (в пересчёте на а.с.в.%)

Table 5.

Composition of feed protein additive (in terms of a.s.v.%)

Продукт Product	Массовая доля | Mass fraction
	сырого протеина raw protein	белка по Барнштейну protein (Barnstein)	растворимых углеводов soluble carbohydrates	золы ash	клетчатки fiber	сырого жира raw fat
Белковая добавка без Висколазы 150L Proteinaceous additive without Viscolase 150L	30–34,7	25,8–31,4	2,4–3,6	5,3–6,8	12,0–15,3	2,34–4,8
Белковая добавка c Висколазой 150L Protein additive with Viscolase 150L	31,5–37,3	28,7–33,7	2,6–5,7	6,2–7,3	4,2–6,1	4,7–5,2

Из данных таблицы 5 следует, что белковые кормовые добавки, полученные с и без добавления целлюлолитического ферментного препарата обладают высоким качеством по содержанию сырого протеина и белка. Так, содержание сырого протеина в белковой добавке с внесением в водно-мучнистую суспензию Висколазы 150 L составило 37%, тогда как без ферментного препарата 34%. Количество легкорастворимых полисахаридов и массовая доля золы были практически на одном уровне от 2,4 до 5% и от 5,5 до 7,0% соответственно. Содержание клетчатки в белковой добавке с использованием Висколазы 150 L составляло 4,2–6,1%, что в 2,5 раза ниже, чем в белковой добавке, полученной без ферментного препарата. Это объясняется тем, что ферментные препараты, содержащие целлюлазы (эндоглюканазы, целлобиогидролазы, β-глюкозидазы), гидролизуют некрахмалистые полисахариды, такие, как целлюлоза, что позволит получить дополнительный источник сбраживаемых углеводов.

Заключение

В ходе реализации комплексной переработки зернового сырья на этанол была получена кормовая добавка, обладающая хорошей питательной ценностью, с содержанием сырого жира 4,7–6,2%, содержанием сырого протеина – 38%, обогащенная микро- и макроэлементами, а также легкогидролизуемыми и водорастворимыми углеводами. Содержание сырой клетчатки составляет 5,5%, что почти в 2,5 раза ниже, чем в отрубях. При исследовании аминокислотного, витаминного и минерального состава белковой добавки было выявлено, что по содержанию незаменимых аминокислот белки кормовой добавки близки к белкам животного происхождения. Повышенная биологическая ценность белковой добавки обусловлена содержанием в них протеина (30–50%) и витаминов группы В, тесно связанных с белковым обменом в организме животных. В значительных количествах в белковой добавке содержатся также витамины группы А, Е, Д. Основную часть минеральных веществ кормовых белковой добавки составляют фосфор (около 50%), калий (около 13,0%), кальций (около 3%), магний (около 1%). Кроме того, в состав дрожжевых клеток входят и микроэлементы.

Данная добавка может быть рекомендована для включения в рацион питания птицы и КРС.