Региональный подход к производству микробного белка методами биотехнологии

Крупнотоннажное производство микробного белка — это высокотехнологичное предприятие, создание которого потребует немалых затрат, поэтому проще и целесообразнее решать белковую проблему путем строительства в регионах небольших предприятий или внедрения биотехнологических установок. Начинать процесс следует с поиска подходящего местного сырья и подбора технологий, а главное — консолидации финансовых средств.

 

Сырьевые источники

 

Многие регионы обладают большими по объему и разнообразными по происхождению сырьевыми ресурсами. Там, где животноводы испытывают потребность в белке, необходимо провести тщательный анализ, с целью выявления источников сырья и адаптации их к целевому биотехнологическому использованию.

 

Таким сырьем могут быть: спирто- вая барда; свекловичная меласса; отходы кукурузы, хлопчатника и подсолнечника; зерновые отруби; побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности и лесопереработки, перерабатывающей промышленности и даже солома; камыш; отходы картофеля и др. Кроме того, сырьем могут обеспечить законсервированные малодебитные и с низким пластовым давлением месторождения природного газа и нефти; попутный нефтяной газ и шахтный метан; биогаз от переработки органических отходов птицефабрик и животноводческих ферм; сухой отбензиненный газ; природный газ; метанол; геогенный водород; активный ил очистных сооружений и др.

 

Производственная база

 

Базой для организации производства белка в регионе могут стать неработающие предприятия (остановленные по разным причинам спиртовые заводы, включая гидролизные, биохимические и комбикормовые заводы), складские помещения и т.д.

 

Питательные среды

 

Питательные среды для микробного биосинтеза зависят от выбранных производственных культур на основе имеющегося сырья и планируемого к выпуску целевого продукта. По существу, это соли различных химических элементов, а также ряд биогенных веществ, необходимых для биосинтеза. Питательные среды готовят на чистой питьевой воде, но в некоторых случаях можно использовать морскую и шахтную воду, которая уже имеет некоторую степень минерализации.

 

Принципиальная схема биосинтеза на примере производства гаприна

 

Производство белково-витаминного концентрата гаприн, являющегося микробным белком, осуществляется на специальной технологической установке. Установка состоит из ферментера, расходных контейнеров-дозаторов, узла водоподготовки, смесителей ингредиентов питательной среды, расходных емкостей водных растворов, смесителя биогенного питания, аппарата окончательного формирования питательной среды, автоматического анализатора химического состава оборотной воды, системы охлаждения питательной среды и предварительного растворения газов, напорного насоса подачи питательной среды, газовых фильтров, фильтра разделения газов, многосоплового инжектора газа, фотобиореактора, сепаратора спирулины, ее сушилки, устройства таблетирования, центрифуги обработки культуральной жидкости, фильтра фугата, сушилки биомассы и гранулятора.

 

Соли микроэлементов из расходных контейнеров-дозаторов направляют для смешивания с водой, а затем последовательно в аппарат окончательного формирования, где она смешивается с раствором биогенных факторов. Данный раствор приготавливают в смесителе биогенного пита- ния на основе воды, солей и растворов P, N, K и Mg.

 

Далее питательная среда поступает в систему охлаждения и предварительного растворения в ней газов; сюда же подаются отфильтрованные метан и воздух. При этом процессы настраивают так, чтобы весь объем газов в ферментере был использован как можно больше. Охлажденную питательную среду, обогащенную метаном и воздухом, с помощью напорного насоса под давлением подают в нижнюю часть ферментера. Метан и воздух дополнительно подают и непосредственно в ферментер. Инокулят в виде смешан- ной культуры направляют в ферментер разово после частичного ввода питательной среды. Отделенные на фильтре излишки углекислого газа подают в фотобиореактор культивирования микроводорослей, биомассу которых выделяют на сепараторе, высушивают и таблетируют. Выращенную биомассу метанотрофных бактерий отделяют на центрифуге от фугата и высушивают вместе с биомассой, выделенной на фильтре фугата, после чего всю биомассу гранулируют и упаковывают. Анализируют химический состав фугата и затем нормализируют его на узле водоподготовки с целью дальнейшего использования в системе оборотного водоснабжения.

 

Пример структуры регионального биопромышленного комплекса

 

 

На рисунке приведена возможная структура регионального биопромышленного комплекса большой мощности с замкнутым циклом производства, в состав которого входят различные подразделения. Но, видимо, более эффективным может оказаться небольшой завод или биотехнологическая установка, выпускающие БВК в объеме потребления конкретного агрохолдинга и входящие в его производственную структуру. Мощность завода БВК рассчитывается исходя из потребностей в них собственного поголовья и частичную продажу на региональном кормовом рынке. На базе БВК на комбикормовом заводе либо в кормовом цехе будут производиться комбикорма для собственного поголовья, а также для продажи сторонним покупателям. Количество, мощность и направленность откормочных площадок определяются в соответствии со спецификой и возможностями региона базирования как по объему сырья, так и по сбыту производимой конечной продукции биопромышленного комплекса. Кроме того, постоянное применение БВК в рационе животных позволит оценить эффективность данной белковой добавки и корректировать нормы ее ввода в комбикорма.

 

Создание мощного регионального биопромышленного комплекса, ввод его структурных подразделений в эксплуатацию можно организовать поэтапно: строительство завода по производству БВК; строительство комбикормового завода; строительство объектов животноводства и биокомплекса по переработке отходов (боенских и органических, поступающих как с собственного производства, так и с других перерабатывающих предприятий региона); строительство перерабатывающего терминала.

 

Каждый этап создания биопромышленного комплекса — готовый бизнес со всеми его атрибутами, включая главный — товарную продукцию. Каждый следующий этап интегрируется в созданную функционирующую структуру, дополняя ее и увеличивая ассортимент выпускаемой продукции.

 

При такой структуре производства обеспечиваются не только гарантированно высокое качество продуктов питания и их натуральность, но и низкая себестоимость конечной продукции по сравнению с раздробленной схемой производства. Низкая себестоимость достигается высокой экономией тепловой и электрической энергии, воды, природного газа; малыми транспортными затратами; отсутствием внутренних НДС и налогов; оптимальным штатом работников и др. В конечном счете это формирует конкурентную цену готовой продукции.

 

Создание в регионах крупных биопромышленных комплексов, в структуру которых войдут заводы по производству белково-витаминных концентратов, позволит за короткий срок решить задачу продовольственной безопасности страны по обеспечению населения качественной и доступной животноводческой продукцией. Закрытие же потребностей уже действующих агрохолдингов и животноводческих хозяйств в кормовом белке возможно путем создания небольших
биотехнологических производств БВК. Если для первого варианта требуется федеральная и/или региональная поддержка, то для второго достаточно частных инвестиций.

 

С. Глухих, Центр промышленного внедрения прикладных разработок НИИ РАН «БИОЦЕНТР-САС»

Журнал "Комбикорма" за ноябрь 2021 года