Способ получения белковой кормовой добавки из отходов шерстяной промышленности

 

Изобретение предназначено для использования в кормопроизводстве. Способ включает удаление из кератинсодержащего сырья металломагнитных примесей, обработку сырья 33%-ным раствором перекиси водорода в количестве 2% к массе сырья, проведение гидролиза 1%-ным раствором едкого натра в соотношении 1 : 4 к массе сырья при температуре 120 5С и давлении 0,2 МПа в течение 1,5-5,5 ч, нейтрализацию путем перемешивания гидролизата с 35-40%-ным раствором фосфорной кислоты при температуре до 90С до рН 7,6, фильтрацию гидролизата, его сгущение при температуре 65-70С до содержания сухих веществ с массовой долей 30-50% с последующей расфасовкой и охлаждением до 20-24С. По окончании процесса сгущения перед расфасовкой сгущенный гидролизат смешивают с наполнителем в количестве 1-10% от массы гидролизата с последующим перемешиванием и выдержкой при температуре 705С в течение 20-25 мин, при этом в качестве наполнителя используют сухое комбикормовое сырье или его композиции, а в готовом продукте активность воды составляет 0,68-0,78. Применение данного способа позволяет сократить эксплуатационные затраты при получении белкового гидролизата и его использовании в качестве кормовой добавки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к кормопроизводству и может быть использовано для утилизации непрядомых кератинсодержащих отходов фабрик первичной обработки шерсти и шерстеперерабатывающих предприятий в кормовую добавку, пригодную для скармливания сельскохозяйственным животным и птице.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является известный способ получения белковой кормовой добавки из отходов шерстяной промышленности (RU, патент 2105495, кл. А 23 К 1/10, 1994 г., 2 л., опубл. бюл. №6, 1998 г. /А.И.Яровой, Н.И.Шевцова), дающий возможность получить на основе использования отходов шерстяной промышленности (шерстяной пыли) белковый гидролизат в сухом виде, в котором комплекс сухих веществ позволяет охарактеризовать его как биологически полноценное сырье для использования в качестве кормовой добавки с содержанием сырого протеина 10-20 и более процентов. Согласно этому способу процесс получения белковой кормовой добавки из отходов шерстяной промышленности включает удаление из кератинсодержащего сырья металломагнитных примесей, обработку его 33%-ным раствором перекиси водорода в количестве 2% к массе сырья, проведение гидролиза 1%-ным раствором едкого натра в соотношении 1:4 к массе сырья при температуре 120±5°С и давлении 0,2 МПа в течение 1,5-5,5 ч, нейтрализацию путем перемешивания гидролизата с 35-40%-ным раствором фосфорной кислоты при температуре до 90°С до рН 7,6. Нейтрализованный гидролизат разбавляют водой и фильтруют. Полученный фильтрат сушат, затем измельчают, превращая его в сыпучий порошок.

Недостатком в известном способе является то, что операция сушки гидролизата, например, путем распыления его в нагретом воздухе является энергоемкой и трудоемкой. Большие энергозатраты в процессе сушки связаны с удалением большой массы свободной, несвязанной воды (88-92%), а трудности возникают из-за налипания высушиваемого продукта на стенки сушильной камеры. Это объясняется, в первую очередь, специфическими физико-химическими, структурно-механическими свойствами продукта и малым содержанием в нем сухих веществ (8-12%).

Из уровня техники известны способы удаления свободной влаги из продуктов способом сгущения [1-5] и получения концентрированного продукта с промежуточной влажностью [6-8].

Сгущение продукта осуществляется выпариванием, представляющим процесс удаления растворителя из раствора нелетучих веществ, превращением его в пар при кипении. Степень сгущения определяется следующими основными принципами: требованиями технологического процесса производства основного продукта; требованиями потребителей, которые сводятся к максимальному содержанию сухих веществ при минимальных затратах на транспортировку и удобства использования; техническими возможностями вакуум-выпарных аппаратов. Способы производства сгущенных концентратов направлены, в основном, на сохранение текучей или пастообразной консистенции и предусматривают высокотемпературную обработку (от 70 до 140°С) после сгущения с целью увеличения сроков их хранения. Однако указанных мер недостаточно, и эти продукты приходиться подвергать консервированию и хранить их при низких температурах. Таким образом, существующие способы производства сгущенных концентратов в отличие от получения сухих концентратов не позволяют вырабатывать продукты длительного хранения.

Продукты с промежуточной влажностью занимают среднее положение между сгущенными и сухими. Несмотря на то, что общее количество воды в продуктах с промежуточной влажностью значительно превышает обычно встречающиеся пределы для нормальных сухих продуктов, процессы порчи в них все же не наступают, что связано, в основном, с изменением состояния влаги в продукте. Контроль над микробиологической активностью в сгущенном продукте можно проводить по измерению активности воды. Этот показатель характеризует состояние воды в продукте, используемой микроорганизмами для их жизнедеятельности. Для пищевых продуктов он находится в пределах 0,6-0,9 [8]. Продукты с промежуточной влажностью отличаются стабильной и мягкой консистенцией, удобством транспортирования и использования, продолжительными сроками хранения, позволяющими сохранить и в возможно более полной мере питательную и биологическую ценность концентрата в течение длительного времени. Для улучшения качественных показателей сгущенных концентратов (стабилизации консистенции, повышения стойкости при хранении без изменения биологической ценности) в них добавляют различные наполнители, которые при структурообразовании способствуют повышению вязкости несвязанной влаги в продукте.

Другим наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения концентрата молочной сыворотки (SU, А.С. 1542519, кл. А 23 С 21/00, 1987 г., опубл. бюл. №6, 1990 г./А. Г. Храмцов, Д.Н. Лодыгин и др.) с проведением процессов сгущения молочной сыворотки при температуре 55-60°С до содержания сухих веществ 58-62%, структурообразования и расфасовки. При этом структурообразование осуществляют в два этапа. На первом этапе в молочную сыворотку вносят наполнитель сухую мелкокристаллическую метилцеллюлозу при температуре 56-60°С в количестве 1,0-3,0% от массы сгущенной сыворотки с последующим перемешиванием и выдержкой при этой температуре в течение 10-15 мин. На втором этапе проводят охлаждение до температуры 22-25°С. При этом активность воды в продукте составляет 0,72-0,78. По данному способу получают продукт с однородной структурой и повышенной стойкостью при хранении в течение не менее 6 месяцев.

Техническая задача, решаемая в заявленном изобретении - сокращение эксплуатационных затрат при получении белкового гидролизата и его использовании в качестве кормовой добавки.

Технический результат изобретения, заключающийся в устранении указанных недостатков, в способе получения белковой кормовой добавки из отходов шерстяной промышленности, включающем удаление из кератинсодержащего сырья металломагнитных примесей, обработку сырья 33%-ным раствором перекиси водорода в количестве 2% к массе сырья, проведение гидролиза 1%-ным раствором едкого натра в соотношении 1:4 к массе сырья при температуре 120±5°С и давлении 0,2 МПа в течение 1,5-5,5 ч, нейтрализацию путем перемешивания гидролизата с 35-40%-ным раствором фосфорной кислоты при температуре до 90°С до рН 7,6, фильтрацию гидролизата, достигается тем, что после фильтрации осуществляют сгущение гидролизата при температуре 65-70°С до содержания сухих веществ с массовой долей 30-50% с последующей его расфасовкой и затем охлаждением до 20-24°С.

Аналогичный технический результат достигается, если по окончании процесса сгущения перед расфасовкой сгущенный гидролизат смешивают с наполнителем в количестве 1-10% от массы гидролизата с последующим перемешиванием и выдержкой при температуре 70±5°С в течение 20-25 мин, при этом в качестве наполнителя используют сухое комбикормовое сырье или его композиции, а в готовом продукте активность воды составляет 0,68-0,78.

Способ получения белковой кормовой добавки из отходов шерстяной промышленности осуществляют следующим образом.

После приемки сырья (отходов - шерстяной пыли) из него удаляют металломагнитные примеси. Сырье загружают в реактор, добавляют для окисления перекись водорода с массовой долей 33% в количестве 2% к массе сырья, перемешивают и заливают 1%-ным раствором едкого натра в соотношении 1:4 к массе сырья. Реактор герметизируют и проводят стадию термической обработки при температуре 120±5С и давлении 0,2МПа в течение 1,5-5,5 ч. По окончании термической обработки сырье охлаждают до температуры 805°C и проводят нейтрализацию гидролизата путем перемешивания с 35-40%-ным раствором фосфорной кислоты до рН 6,5-7,5. Нейтрализованный гидролизат разбавляют водой в количестве 45% к массе сырья и проводят фильтрацию, отделяя массу от твердого осадка. Полученный фильтрат белкового гидролизата подают в вакуум-выпарную установку. Сгущение проводят до содержания сухих веществ с массовой долей 30-50% при 65-70°С. После сгущения гидролизат расфасовывают в горячем виде и затем охлаждают продукт в естественных условиях до 20-24°С. Для расфасовки используют чистую герметичную тару (бочка, бидон, канистра, полиэтиленовый пакет и т.п.). Полученный концентрат белкового гидролизата представляет собой однородную пастообразную массу темно-коричневого цвета со специфическим запахом, хорошо растворимую в воде.

Выбор условий определен следующим.

Снижение концентрации сухих веществ менее 30% приводит к тому, что получаемый продукт не структурируется и имеет мягкую и текучую консистенцию. Повышение концентрации сухих веществ более 50% приводит к образованию прочной структуры в твердом виде, что создает дополнительные трудности при выходе продукта из установки. Интервал температуры выпаривания от 65 до 70°С является рабочим для установок и оптимальным для сгущения гидролизата до содержания сухих веществ с массовой долей в интервале 30-50% без изменения его положительных свойств. При этой же температуре по окончании сгущения производят расфасовку гидролизата в горячем виде, что способствует ускорению техпроцесса за счет наилучшей текучести и пластичности готового продукта. Выбор температуры охлаждения продукта до 20-24°С обусловлен тем, что такая температура достаточна для хранения продукта в естественных условиях в течение 6 месяцев без изменения его биологической ценности, наиболее удобна с точки зрения микроклимата производственных помещений, что исключает дополнительные энергетические затраты.

Для стабилизации консистенции продукта и повышения его стойкости при хранении сгущенный гидролизат при достижении массовой доли сухих веществ 30-50% по окончании процесса сгущения сливают в емкостный аппарат, имеющий мешалку с рубашкой, поддерживая температуру в аппарате в пределах 75-80°С. Затем вносят наполнитель в количестве 1-10% от массы гидролизата, перемешивают и выдерживают при 75-80°С в течение 20-25 мин. После выдержки продукт расфасовывают и охлаждают в естественных условиях до 20-24°С, при этом в готовом продукте активность воды составляет 0,68-0,78.

В качестве наполнителя используют сухое комбикормовое сырье или его композиции, например отруби, травяная мука, солома и др. С целью улучшения однородности структуры конечного продукта в качестве структурообразователя предпочтительно использовать указанное сырье в измельченном виде с размерами частиц до 1 мм. Такое сырье при соблюдении описанного процесса служит в качестве загустителя и стабилизатора консистенции. Полученный продукт представляет собой густую однородную массу в виде мягкого блока, которую расфасовывают в тару с полиэтиленовым вкладышем. В готовом продукте определяют активность воды, которая должна составлять 0,68-0,78. Создание в концентрате стабильной консистенции и определенного значения показателя активности воды благоприятно влияет на сохранение биологической и кормовой ценности его при длительном хранении. При значениях активности воды ниже 0,68 нарастают процессы меланоидинообразования, а выше 0,78 нарастает микробиологическая активность, что приводит к снижению стойкости продукта при хранении. Установление указанных значений активности воды в конечном продукте достигается внесением в гидролизат, сгущенный до 30-50% содержания сухих веществ, наполнителя в количестве 1-10% от массы гидролизата. Наполнитель связывает свободную влагу в гидролизате и регулирует таким образом активность воды конечного продукта в указанном интервале. Изменение вносимого наполнителя приводит к тому, что структура конечного продукта получается либо текучей (менее 1%), либо твердой (более 10%), а активность воды отклоняется от указанных пределов, что также ведет к снижению стойкости продукта при хранении.

Перемешивание в процессе сгущения гидролизата с наполнителем способствует равномерному и ускоренному распределению частиц наполнителя по всему объему гидролизата и созданию однородной структуры в готовом продукте. Однородность структуры исключает образование в массе продукта увлажненных зон, в которых активность воды будет отклоняться от оптимальных пределов. Перемешивание и выдержка получаемого концентрата при температуре 75-80°С в течение 20-25 мин необходимы и достаточны для окончания структурообразования продукта без изменения его положительных свойств и снижения биологической ценности, а также для исключения возможности вторичного обсеменения продукта в условиях производства.

Экспериментальные исследования при разработке заявляемого способа в сравнении с известным способом получения белковой кормовой добавки из отходов шерстяной промышленности по патенту РФ №2105495 показали возможность сокращения эксплуатационных затрат при получении готового продукта и при использовании его в качестве кормовой добавки.

Предлагаемый способ позволяет получить кормовую добавку из отходов шерстяной промышленности в виде концентрата белкового гидролизата, имеющего повышенную стойкость при хранении продукта в естественных условиях без изменения его биологической и кормовой ценности до 6 и более месяцев. При этом упрощается аппаратурно-процессовая схема получения готового продукта, сокращаются энергозатраты. Готовый продукт легко и удобно транспортировать и использовать в качестве кормовой добавки в рационах для животных.

В таблице приведены сравнительные технические показатели при получении белковой кормовой добавки из отходов шерстяной промышленности предлагаемым способом и известным.

Источники информации

1. Способ получения сгущенной подсырной сыворотки: SU, A.С. 1063363, кл. А 23 С 21/00. /Чеботарев Е.А., Василисина В.В., Нестеренко П.Г., Фисенко Л.П. - Опубл. 30.12.1983, БИ №48.

2. Способ производства блочной подсырной сыворотки: SU, А.С. 1015880, кл. А 23 С 21/00. /Заец Н.Е., Молочников В.В., Кочеров Н.И. и др. - Опубл. 07.05.1983, БИ №17.

3. Способ производства сгущенной молочной сыворотки: SU, A.C. 1050638, кл. А 23 С 21/00. /Храмцов А.Г., Миргородский Б.Г., Абдулина Т.Н. и др. - Опубл. 30.10.1983, БИ №40.

4. Способ концентрирования кислой молочной сыворотки путем непрерывного выпаривания в условиях, исключающих денатурацию сывороточных белков: US, патент 4448795, кл. А 23 С 1/04. - Опубл. 15.05.1985, Бюл. Изр., Вып.4, №2.

5. Василисина В.В., Нестеренко П.Г., Казначеев А.И. и др. Повышение качества сгущенных концентратов молочной сыворотки: Обзорная информация. - М.: ЦНИИТЭИММП, 1986. - 33 с.

6. Вода в пищевых продуктах. /Под ред. Р.Б.Дакуорта. - Пер. с англ. - М.: Пищевая промышленность, 1989. - 376 с.

7. Пищевые продукты с промежуточной влажностью. /Под ред. Р.Девиса, Г.Берча, К.Паркера. - Пер. с англ. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 208 с.

8. Рогов И.А., Романов У.И., Бражников А.М. и др. Значение показателя “активность воды” в оценке сельскохозяйственного сырья: Обзорная информация. - М.: АгроНИИТЭИММП, 1987. - 44 с.

Формула изобретения

1. Способ получения белковой кормовой добавки из отходов шерстяной промышленности, включающий удаление из кератинсодержащего сырья металломагнитных примесей, обработку сырья 33%-ым раствором перекиси водорода в количестве 2% к массе сырья, проведение гидролиза 1%-ым раствором едкого натра в соотношении 1 : 4 к массе сырья при температуре 120 5С и давлении 0,2 МПа в течение 1,5-5,5 ч, нейтрализацию путем перемешивания гидролизата с 35-40%-м раствором фосфорной кислоты при температуре до 90С до рН 7,6, фильтрацию гидролизата, отличающийся тем, что после фильтрации осуществляют сгущение гидролизата при температуре 65-70С до содержания сухих веществ с массовой долей 30-50% с последующей его расфасовкой и охлаждением до 20-24С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по окончании процесса сгущения перед расфасовкой сгущенный гидролизат смешивают с наполнителем в количестве 1-10% от массы гидролизата с последующим перемешиванием и выдержкой при температуре 705С в течение 20-25 мин, при этом в качестве наполнителя используют сухое комбикормовое сырье или его композиции, а в готовом продукте активность воды составляет 0,68 - 0,78.