Подписка на обновления
|
Биотехнологические кормовые добавки. Этапы развития и задачи
12.12.2017
Биотехнологические кормовые добавки. Этапы развития и задачиЗначимость 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
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
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, %
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. |