Спосіб одержання олії із біомаси та кормового продукту з його використанням
Номер патенту: 111208
Опубліковано: 11.04.2016
Автори: Астаф'єв Віктор Всеволодович, Литвиненко Сергій Андрійович, Третьяков Сергій Олександрович
Формула / Реферат
1. Спосіб одержання олії з біомаси, яка містить одну або декілька довголанцюжкових поліненасичених жирних кислот, що передбачає контакт олії-носія з ліпідною біомасою, яка включає культури мікроорганізмів, біоконверсію і відділення отриманої олії, який відрізняється тим, що як біомасу використовують водну бактерійно-грибну суспензію з добавкою лігноцелюлозної сировини з подальшим її зброджуванням.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як водну бактерійно-грибну суспензію використовують гідрозмивний свинячий гній.
3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як бактерійно-грибну суспензію використовують бактерійні штами-продуценти компосту лісової підстилки.
4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що як лігноцелюлозну сировину використовують солом'яну січку та/або солом'яні пелети та/або деревне борошно.
5. Спосіб одержання кормового продукту, що передбачає контакт олії-носія з ліпідною біомасою, яка включає культури мікроорганізмів, який відрізняється тим, що як ліпідну біомасу використовують водну бактерійно-грибну суспензію з добавкою лігноцелюлозної сировини, в яку вносять подрібнену кропив′яну зелену масу та/або природні азотфіксатори - рослини-сидерати, подальше їх зброджування, біоконверсію та отримання цільового продукту після відділення олії.
6. Спосіб одержання кормового продукту за п. 5, який відрізняється тим, що як бактерійно-грибну суспензію використовують бактерійні штами-продуценти компосту лісової підстилки, а як лігноцелюлозну сировину використовують солом′яну січку та/або солом’яні пелети, та/або деревне борошно.
Текст
Реферат: Група винаходів належить до технології одержання з біомаси стабільної олії, що містить одну або більше поліненасичених жирних кислот у формі тріацилгліцеринів, яка служить як інгредієнт в харчовій промисловості та може бути використана також в косметичній або фармацевтичній галузі. Заявлено спосіб одержання олії з біомаси, який передбачає контакт олії-носія з ліпідною біомасою у формі водної бактерійно-грибної суспензії з добавкою лігноцелюлозної сировини з подальшим її зброджуванням. Як водну бактерійно-грибну суспензію використовують гідрозмивний свинячий гній або бактерійні штами-продуценти компосту лісової підстилки, а як лігноцелюлозну сировину використовують солом'яну січку та/або солом'яні пелети та/або деревне борошно. Після відділення олії осад ферметизованої ліпідовмісної клітковини використовують як продукт, призначений для корму домашніх тварин. Для підвищення білкового вмісту кормів в біомасу вносять подрібнену кропив'яну зелену масу, а також природні азотофіксатори - рослини-сидерати, (наприклад, конюшину, люпин, вику, фацелію), що збільшує інтенсивність процесу зброджування. UA 111208 C2 (12) UA 111208 C2 UA 111208 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Взаємозв'язана група винаходів належить до технології одержання з біомаси стабільної олії, що містить одну або більше поліненасичених жирних кислот у формі тріацилгліцеринів, яка служить як інгредієнт в харчовій промисловості та може бути використана також в косметичній або фармацевтичній галузі, та виробництві кормів - ферметизованої кормової суміші, отриманої після виділення олії з біомаси. Згідно з першим аспектом винаходу його ключовою якісною прерогативою є розробка незернового способу отримання доступної олії, яка містить довголанцюжкові поліненасичені жирні кислоти у формі триацилгліцеринів. Відомий спосіб отримання олії, яка містить арахідонову кислоту (АРК) та включає АРК-вмісні тригліцериди і додатково ейкозапентаенову кислоту шляхом культивування мікробних штамів Pythium insidiosum у присутності джерел вуглецю і азоту у ферментері на поживному середовищі до отримання бажаної кількості біомаси, подальшого збору біомаси та вилучення олії з біомаси [1]. Недоліком відомого способу є обмежений круг отримуваних олій і низька продуктивність способу. Способи отримання мікробних олій розкриваються також в наступних повідомленнях, кожне з яких використовується тут як посилання: Заявка США N 07/496,572 від 21.03.90р. розкриває одержання окремих клітинних олій, які містять ейкозапентаенову кислоту (EPASCO). Патентна заявка США N 07/479,135 від 13.02.90р. розкриває спосіб отримання окремої клітинної олії, яка містить докозагексаенову кислоту (DHASCO). Патентна заявка США N 07/645,454 належить до отримання окремої клітинної олії, яка містить арахідонову кислоту (АРАСО). У патенті Європи ЕР N 322227 також розкривається мікробна система, яка продукує олію. Жодне з цих посилань не вказує на використання суміші, що містить немодифіковані мікробні олії як харчова або кормова добавка. Найбільш близьким пропонованому способу одержання олії, є спосіб одержання олії, яка містить поліненасичені жирні кислоти шляхом приведення в контакт олії-носія з біомасою, отриманою з культури мікроорганізму, зокрема гриба або мікроводорості, що містить кислоти ARA, DHGLA, DHA або ЕРА. Олію отримують, змішуючи олію-носій з сухою біомасою і відділяючи олію від твердих компонентів шляхом пресування. Для того, щоб підвищити міру включення ARA, стінки мікроорганізмів руйнують шляхом обробки при високому тиску, ферментативними способами або зменшенням розмірів сухих часток біомаси шляхом їх подрібнення, переважно у присутності олії-носія і в інертній атмосфері, наприклад, в струмі азоту. Далі олію відділяють від біомаси шляхом фільтрування або пресування, переважно, при високому тиску, і потім здійснюють кінцеве фільтрування, з тим, щоб видалити дрібні частки біомаси [2] (див. також аналог - патент Російської Федерації [3]. Недоліком цього способу, вибраного як прототип способу, що заявляється, слід віднести низький відсоток вилучення олії з біомаси: для досягнення вмісту поліненасичених жирних кислот щонайменше 3,5 % в готовій олії, вибрано співвідношення, при якому на кожні 70 частин олії-носія доводилося 30 частин біомаси. Крім того, що важливо, недоліком відомого способу є необхідність постійних постачань біомаси для подальшого виробництва олії. Згідно з іншим аспектом, другий винахід належить до добавок або корму для тварин, зокрема для домашніх тварин, який містить залишок біомаси, отриманий згідно з описаним вище способом одержання олії. З рівня техніки відомий спосіб одержання біологічно активної кормової добавки і кормів з рослинної сировини, який включає подрібнення рослинної сировини, відбір культур бактерій, отримання посівного матеріалу та ферментативний гідроліз, причому відбір культур бактерій здійснюють з різних відділів травного тракту рослиноїдних тварин: ротової порожнини або зобу, або передшлунку, або відділів кишечнику, або екскрементів, а ферментний гідроліз проводять монокультурою або асоціацією мікроорганізмів. Для підвищення ефективності препарату в нього може бути включений мікроелемент, наприклад селен [4]. До недоліків цього способу слід віднести технологічні складнощі процесів відбору і культивування культур бактерій. Також відомий спосіб одержання кормового продукту, який включає отримання стабільної олії, що містить довголанцюжкові поліненасичені жирні кислоти у формі триацилгліцеринів шляхом прямого пресування одної або більше біомас, одержаних з культур мікроорганізмів, особливо грибів або мікроводоростей, що містять кислоти ARA, DHGLA, DHA або ЕРА, до отримання олії першого пресування, приведення в контакт залишку від пресування біомаси з маслом-носієм таким чином, щоб забезпечувався перехід довголанцюгової поліненасичені жирні кислоти (кислот) у формі триацилгліцеринів у вказане масло-носій, та одержання 1 UA 111208 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 цільового продукту після відділення отриманого таким чином вторинного масла додатковою стадією пресування від залишку біомаси [5]. Недоліком цього способу, вибраного як прототип другому з групи винаходів, як і у випадку для способу одержання олії є необхідність постійних постачань біомаси для подальшого виробництва олії та висока собівартість отриманих таким чином кормів. Задачею, поставленою в основу першого з групи винаходів, є розробка економічного високопродуктивного способу виробництва олії, яка містить поліненасичені жирні кислоти, з відходів сільськогосподарського виробництва та з використанням аеробних штамів-продуцентів на самовідновлюваній основі. Рішення цієї задачі досягається тим, що в способі одержання олії з біомаси, яка містить одну або декілька довголанцюжкових поліненасичених жирних кислот, що передбачає контакт олії-носія з ліпідною біомасою, яка включає культури мікроорганізмів, подальшу біоконверсію і відділення отриманої олії, згідно з винаходом як біомасу використовують водну бактерійногрибну суспензію з добавкою лігноцелюлозної сировини з подальшим її зброджуванням. Рішення задачі досягається зокрема тим, що як водну бактерійно-грибну суспензію використовують гідрозмивний свинячий гній або бактерійні штами-продуценти компосту лісової підстилки, а як лігноцелюлозну сировину використовують солом'яну січку та/або солом'яні пелети, та/або деревне борошно. Використання як водної бактерійно-грибної суспензії безпідстилкового свинячого гною та/або перегною лісової підстилки з добавкою лігноцелюлозної сировини і подальше їх зброджування забезпечує безперервний цикл самовідновлення мікроорганізмів в поживному середовищі, що є джерелом їх подальшої біоконверсії в поліненасичені жирні кислоти. Завдяки високому вмісту в гної органічних речовин він є сприятливим середовищем для мікроорганізмів різних функціональних груп. Крім того, відомо, що в гної є азот, фосфор, калій, кальцій, магній. З мікроелементів - марганець, мідь, молібден, бор, кобальт. Цінність гною полягає також у вмісті численної і активної мікрофлори. Перегній лісової підстилки - отримуваний в результаті розкладання різних органічних речовин під впливом життєдіяльності мікроорганізмів м'який перегній або муль, який складається з буро-сірих, що значною мірою зберегли скелет та подрібнені рослинні залишки - сприятливе середовище для розвитку грибів і бактерій. Відомо, що у цілого ряду бактерій масляно-кислого бродіння (ґрунтових клостридій та ін.), а також безлічі пліснявих грибів, зміст ліпідів у складі цитоплазми - внутрішньоклітинній рідині доходить до 57-70 %. Даний спосіб використовує розкладання клітковини (лігноцелюлози) в умовах анаеробної ферментації, яке супроводжується виділенням летких сполук жирних кислот, а також водню, вуглекислоти та ін. газів. Основними первинними жирними кислотами є пропіонат, бутират, ацетат, які легко полімеризуються, утворюючи основу ліпідів у вигляді лінолевої, ліноленової, арахідонової та інших кислот. Синтез олії відбувається у ферментаторі бактерійним способом при одночасній дії на ліпідну біомасу олії-носія, який в даному випадку виступає біоматрицею. З метою прискорення процесів ферментації та збільшення вмісту рослинного білка в лігноцелюлозну бактерійно-грибну суспензію можуть вносити мілкоздріблену замісну масу кропиви дводомної та/або багату нітросполуками сидератну масу (конюшину, вику, фацелію, люцерну, рапс та ін.). У подальшому внесення кропиви або сидератів робиться тільки у разі білкового збіднення зброджуваної бактерійної насиченої сировини. Враховуючи високу концентрацію бактерійно-грибної суспензії разом з процесами масляно-кислого бродіння відбувається накопичення протеїнів і відповідних кислот бактерійного походження. Після попереднього зброджування, яке триває 5-7 діб при t° 32-40° C, сировина напівфабрикату поміщається в тканинну проникну оболонку і витримується в середовищі раніше отриманої ферментизованої олії, яка використовується як олія-носій. Через 1-1,5 діб після витримки сировина віджимається на стандартному пресовому устаткуванні. При цьому в рідкій фазі є присутніми ліпіди і водорозчинні жирні кислоти з суспензією. Водонасичена частина віджатої рідини знову повертається у ферментатор для зброджування в лігноцелюлозній бактерійно-грибної суспензії, а віджата суміш являє собою ліпідизований комбікорм. Екстрагування (біоконверсію) отриманої олії роблять, через кожні 1,5 години (з урахуванням швидкості розмноження та лізису бактерійно-грибної суспензії. Екстракт - поліненасичені жирні кислоти (ліпіди зі змістом 96-98 %). Незалежно від маси екстрагента, який спочатку вноситься, подвоєння цієї маси досягається через 15-17 годин, після чого абсолютний приріст на 100%. (див. діаграму). Динаміка приросту рослинних олій, отриманих способом бактерійно-грибної біоконверсії (в % від вносимої первинної маси екстрагента). Спосіб пояснюється прикладами конкретного виконання. 2 UA 111208 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Приклад № 1 Для отримання поліненасичених жирних кислот (рослинних олій) використовують 2 ємності. У першу ємність закладають наступні компоненти: - подрібнену солому у вигляді січки або у вигляді пелет; - солом'яну січку/пелети просочують 2-а частинами теплої води (35-40°С) до розбухання і часткового розкладання соломи; - через 2-3 години додають 2 частини гідрозмивного свинячого гною, водністю 90-92 %; - гнойово-солом'яну масу витримують впродовж 40-50 годин при температурі 35-42 °С при закритій кришці ємності; Після досягнення інтенсивного бродіння (візуально - у вигляді виділення газових бульбашок) в гнійово-солом'яну масу вносять рослинну олію, яка служить екстрагентом по відношенню до напівфабрикату, насиченого ефірами жирних кислот. Маса вносимого екстрагенту (олії) складає 3 частини. У другій ємності виробляють жирну водну емульсію - водний ефіронасичений розчин жирних кислот. Для цього робочу суміш для бродіння готують аналогічно суміші в 1-ій ємності. Відмінність полягає в об'ємі вносимої олії. Його кількість - 0,3 частини. Інші 2,7 частини - вода. Сама олія, що вноситься, є нефільтрованою і містить осад - фуз, який характеризується великою бактерійною заселеністю. Процес отримання олії полягає в тому, що періодично з 1-ої ємності (1 раз в 4-8,5 години) вилучають 8-10 об'ємних % від загальної маси внесеної первинної олії. Для балансу рідинного об'єму в ємність № 1 вносять напівфабрикат - водно-жирову емульсію з ємності № 2. Накопичення олії в ємності № 1 визначається бактерійним маслянокислим бродінням клітковини лігноцелюлози і отриманням при цьому летких ефірів жирних кислот, які сорбуються в масляній товщі, збільшуючи тим самим загальну масу рослинної олії. Як первинну олію було використано соняшникову, кукурудзяну, льняну, гірчичну. В усіх випадках була досягнута надбавка до первинної олії за рахунок бактерійного бродіння. Осадова товща, що знаходиться в ємностях №№ 1, 2 є ферметизована ліпідовмісна клітковина, яка повністю засвоюється як корм для тварин, зокрема свинями. Про це свідчать проведені кормові експерименти. Приклад № 2. З метою збільшення білкового вмісту кормового раціону в солом'яно-гнійову водну суміш вносять на фазі масляно-кислого бродіння кропив'яну зелену масу - 1 об'ємну частину. Відбувається спільне молочно-кисле і масляно-кисле бродіння, яке триває 3-и доби при температурі 25-30°С. Це дозволяє істотно збільшити вміст протеїну у ферментизованій кормовій суміші, а також амінокислотний склад отриманих білків, зокрема, збільшити вміст серотоніну. Приклад № 3. З метою підтримки високого рівня протеїнів і інтенсивності процесів бродіння в робочу бродильну суміш вносять природні азотофіксатори - рослини-сидерати: конюшину та/або люпин, та/або вику, та/або фацелію у кількості 0,5 об'ємної одиниці. Ці рослини використовують у вигляді насінного матеріалу або у фазі цвітіння. Скошена маса сидератів у фазі цвітіння використовують як білкову (протеїнову) добавку в кормовий раціон. При внесенні цих добавок можна збільшити частку лігноцелюлози за рахунок внесення деревного борошна, отриманого з широколистяних дерев. Суміш подрібненої соломи і деревного борошна інтенсифікує процес олієтворення з внутрішньоклітинної рідини бактерій і пліснявих грибів, для яких солом'яно-деревна суміш є сприятливим ферментизуючим середовищем. Вміст крохмалю в деревно-борошняній целюлозі визначає біоенергетичну цінність поживного середовища. Бактерійний гідроліз дозволяє при мезофільних температурах отримувати олію бактерійним способом в промислово значимих кількостях, при цьому, окрім олії, одночасно можна отримати повноцінний збалансований комбікорм на беззерновій основі, періодично поповнюючи ємності № 1 і № 2 сумішшю подрібненої соломи та деревного борошна (співвідношення між ними визначається конкретним режимом, в якому робиться комбікорм і рослинні олії). Наведені вище приклади не вичерпують усіх варіантів здійснення способу. Задачею, поставленою згідно з другим аспектом винаходу є розробка ефективного маловитратного, промислово застосовного способу для виробництва кормів для тварин. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання кормового продукту, що передбачає контакт олії-носія з ліпідною біомасою, яка включає культури мікроорганізмів, згідно з даним технічним рішенням як ліпідну біомасу використовують водну бактерійно-грибну суспензію з добавкою лігноцелюлозної сировини, в яку вносять подрібнену кропив'яну зелену 3 UA 111208 C2 5 10 15 20 25 масу та/або природні азотофіксатори - рослини-сидерати, подальше їх зброджування, біоконверсію та отримання цільового продукту після відділення олії, а також і тим, як бактерійно-грибну суспензію використовують бактерійні штами-продуценти компосту лісової підстилки, а як лігноцелюлозну сировину використовують солом'яну січку та/або солом'яні пелети, та/або деревне борошно. Конкретні варіанти реалізації цього способу аналогічні описаному вище першому винаходу і включають відбір продукту шляхом вилучення його з рідкої фази. Ферментативно збагачену ліпідну і фосфоліпідну сполуку переводять грубу лігноцелюлозу з розряду незасвоюваної рослинної клітковини в легкодоступну для засвоєння геміцелюлозу. Енергетичний вихід кормосполуки варіюється в широких межах - від 17 - до 26 мдж./кг і вище та визначається в основному ліпідною складовою. Корм можна отримати як у вигляді пелет, гранул, драже, так і в порошковому вигляді за відомими технологічними прийомами. Собівартість таких кормів у декілька разів менше в порівнянні з кормосумішами, отриманими за класичними технологіями. Експерименти проводилися авторами в Інституті птахівництва і Інституті свинарства Української академії аграрних наук. Результати досліджень показали економічну і фізіологічну ефективність використання для кормових раціонів ферментативно збагачених комбікормів на беззерновій основі (солом'яної лігноцелюлози). Високий винахідницький рівень пропонованої групи технічних рішень полягає в тому, що з рівня техніки аналогів їм немає, а результат, що досягається, який полягає, зокрема, в самовідновленні бактерійного середовища не є очевидним для фахівців. Список літератури, взятої до уваги при підготовці заявки: 1. Патент Російської Федерації № 2120998, кл. С12Р 7/40; публ. 27.10.1998 p. 2. Патент ЕР 1239022, кл. A23D9/00; A23D9/007; А23К1/00; А23К1/16; С11В1/00; публ. 11.09.2002 р. 3. Патент Російської Федерації № 2288255, кл. С11В1/06, A23D9/00; А23К1/16; публ. 27.11.2006 р. (прототип 1). 4. Патент Російської Федерації № 2202224, кл. А23К1/165; публ. 20.04.2003р. 5. Патент Російської Федерації № 2336298, кл. С11В1/00, С11В3/00; публ. 27.11.2006 p. (прототип 2). 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 1. Спосіб одержання олії з біомаси, яка містить одну або декілька довголанцюжкових поліненасичених жирних кислот, що передбачає контакт олії-носія з ліпідною біомасою, яка включає культури мікроорганізмів, біоконверсію і відділення отриманої олії, який відрізняється тим, що як біомасу використовують водну бактерійно-грибну суспензію з добавкою лігноцелюлозної сировини з подальшим її зброджуванням. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як водну бактерійно-грибну суспензію використовують гідрозмивний свинячий гній. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як бактерійно-грибну суспензію використовують бактерійні штами-продуценти компосту лісової підстилки. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що як лігноцелюлозну сировину використовують солом'яну січку та/або солом'яні пелети, та/або деревне борошно. 5. Спосіб одержання кормового продукту, що передбачає контакт олії-носія з ліпідною біомасою, яка включає культури мікроорганізмів, який відрізняється тим, що як ліпідну біомасу використовують водну бактерійно-грибну суспензію з добавкою лігноцелюлозної сировини, в яку вносять подрібнену кропив'яну зелену масу та/або природні азотфіксатори - рослини-сидерати, подальше їх зброджування, біоконверсію та отримання цільового продукту після відділення олії. 6. Спосіб одержання кормового продукту за п. 5, який відрізняється тим, що як бактерійногрибну суспензію використовують бактерійні штами-продуценти компосту лісової підстилки, а як лігноцелюлозну сировину використовують солом'яну січку та/або солом’яні пелети, та/або деревне борошно. 4 UA 111208 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюProcess for the preparation of oil of biomass and fodder product
Автори англійськоюAstafiev Viktor Vsevolodovych, Lytvynenko Serhii Andriiovych, Tretiakov Serhii Oleksandrovych
Назва патенту російськоюСпособ получения масла из биомассы и кормового продукта с его использованием
Автори російськоюАстафьев Виктор Всеволодович, Литвиненко Сергей Андреевич, Третьяков Сергей Александрович
МПК / Мітки
МПК: A23K 20/158, C11B 1/00, A23D 9/02
Мітки: продукту, спосіб, кормового, олії, використанням, одержання, біомаси
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/7-111208-sposib-oderzhannya-oli-iz-biomasi-ta-kormovogo-produktu-z-jjogo-vikoristannyam.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб одержання олії із біомаси та кормового продукту з його використанням</a>
Попередній патент: Спосіб одержання мурашиної кислоти
Наступний патент: Спосіб модифікування метанвмісного газового потоку
Випадковий патент: Спосіб пластики рельєфного автоклаптя