Доставка диссертаций из РГБ на электронную почту(от 1 часа до 2 рабо
Биотехнология комплексной переработки вегетативной массы сельскохозяйственных культур
Диссертация
Заглавие: Биотехнология комплексной переработки вегетативной массы сельскохозяйственных культур
Справка об оригинале: Киреева, Валерия Васильевна. Биотехнология комплексной переработки вегетативной массы сельскохозяйственных культур. диссертация. доктора биологических наук. 03.00.23 Ростов-на-Дону, 2004 366 c. 71 05-3/292
Подождите идет оформление заказа
Оформить заказ
Содержание:
1 ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ
11 Характеристика растительных ресурсов южного региона России
12 Исследования перспективных сельскохозяйственных растений для переработки в корма и белковые добавки
13 Получение протеиновых концентратов из клеточного сока фитомассы овощных культур
14 Характеристика белков вегетативной массы растений
15 Требования, предъявляемые к кормовым и пищевым белкам из нетрадиционных источников
16 Разработанные технологии фракционирования белков клеточного сока в лабораторных и промышленных условиях
17 Использование отпрессованного остатка вегетативной массы
18 Качество и использование депротеинизированного коричневого сока
19 Цель и задачи исследований
2 МАТЕРИАЛЫ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
21 Материалы исследований
22 Комплект оборудования для комплексной переработки вегетативной массы сельскохозяйственных культур
23 Фракционирование вегетативной массы и клеточного сока сеяных трав и отходов полеводства
24 Гидромеханическая обработка клеточного сока
25 Методы определения физико-химических, биохимических показателей качества и безвредности белковых фракций
26 Биоконверсия растительных отходов с помощью культивирования шляпочных грибов рода вешенка
27 Утилизация побочных продуктов — пресс-остатка и депротеинизированного коричневого сока с помощью силосования
СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3 ИЗУЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНОВ РАСТЕНИЙ
31 Подбор культур перспективных сельскохозяйственных растений для комплексной переработки
32 Фракционирование листостебельной биомассы отходов полеводства
33 Выводы
4 ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СПОСОБА ФРАКИЦОНИРОВАНИЯ КЛЕТОЧНОГО СОКА НА РАЗДЕЛЕНИЕ БЕЛКОВЫХ
ФРАКЦИЙ
41 Влияние способа коагуляции белков на разделение хлоропластной (кормовой) и цитоплазматической (пищевой) фракций
51 Характеристика физико-химических и биохимических свойств белковых препаратов
52 Биологическая ценность препаратов белков
53 Токсикологическая характеристика
54 Комплексная оценка качества белковых препаратов
55 Изучение изменения состава законсервированных протеиновых фракции в процессе хранении
56 Влияние условий сушки на качество белковых фракций
57 Выводы
6 БИОТРАНСФОРМАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ
61 Выбор штамма гриба рода Pleurotus для биоконверсии растительных остатков
62 Влияние параметров твердофазного культивирования на рост и развитие целлюлозоразрушающего гриба Pleurotus cornucopiae на пресс-остатке люцерны и отходах полеводства
63 Химический состав и биологическая ценность плодовых тел грибов и остаточной биомассы—
64 Обеспечение сохранности отработанного субстрата
65 Выводы
7 УТИЛИЗАЦИЯ ДЕПРОТЕИНИЗИРОВАННОГО
КОРИЧНЕВОГО СОКА
71 Влияние дозы внесения коричневого сока в силосуемую массу на ее сохранность
72 Биохимическая оценка силоса из пресс-остатка люцерны, законсервированного с помощью коричневого сока
73 Определение безвредности и биологической ценности препаратов белков в экспериментах на животных
74 Технологическая схема комплексной переработки вегетативной массы растений
75 Выводы
ВЫВОДЫ
Введение:
Разработка нетрадиционных способов переработки, повышение комплексности использования сырья и отходов в сельскохозяйственном производстве относятся к ключевым вопросам в задаче создания безотходных технологий, являющейся одним из направлений решения проблем сокращения дефицита белка, расширения ассортимента, улучшения качества, обеспечения экологической безопасности продуктов растениеводства и сокращения их потерь.
Наблюдающееся изменение социально-экономического положения в стране резко увеличило нагрузку на агрофитоценозы: с одной стороны, в ряде регионов используются плодородные земли под застройки, загрязняется окружающая среда, с другой — неконтролируемые интенсивные заготовки древесины обедняют растительный покров, особенно естественные кормовые угодья. В результате не только разрушается кормовая база для сельскохозяйственных животных, но и сокращается разнообразие экосистем.
Наряду с этим произошло расширение коммерческих связей России с другими государствами, что резко увеличило объем и ассортимент импортируемых продуктов. В связи с децентрализацией поставок значительная часть продуктов поступает по прямым поставкам и бартеру, Это привело к усложнению и снижению эффективности санитарного надзора за качеством и безопасностью ввозимых продуктов питания, увеличению количества продукции, несоответствующей критериям безопасности [1]. На этом фоне произошли нарушения структуры и качества фактического питания населения, проявляющиеся в разбалансированности рационов по основным пищевым веществам, витаминам и минеральным элементам. За счет белков обеспечивается 11 % суточной калорийности, за счет жиров — 44 %, за счет углеводов — 45 % (при физиологической норме 13. 33. 54 %), то есть основная доля энергетической ценности рационов приходится на жиры при недостатке белков, особенно животного происхождения.
В этих условиях обостряющегося дефицита кормового и пищевого белка важными являются исследования, направленные на разработку способов комплексного использования растительного сырья с одновременным получением экологически безопасных кормовых продуктов и пищевых веществ, выделенных из нетрадиционных источников и обладающих высокой биологической ценностью. Среди нетрадиционных сырьевых источников особое место занимает вегетативная масса растений. Клеточный сок из лис-тостебельной биомассы и продукты его фракционирования могут заменять в рационе моногастричных животных зернофураж, зернобобовые и рыбную муку. Дополнительная обработка позволит получать белковые препараты пищевого назначения с высокими показателями биологической ценности, являющиеся экологически безопасными препаратами, так как способы их выделения служат своеобразным технологическим приемом для удаления токсичных веществ природного и антропогенного происхождения, попадающие в растения в процессе вегетации [30].
Образующийся в процессе отжима сока пресс-остаток может использоваться для скармливания животным в свежем виде или после предварительной обработки — сушки, силосования и т. д.
Большой вклад в развитие отечественных исследований данного направления внесли Фомин В. И. Долгов И. А. Фаянс Ю. А. Толстогузов Б. В. Высоцкий В. Г. Коганов М. М. и др. За рубежом производство пресс-остатка, кормовых и пищевых концентратов из вегетативной массы растений реализованы в технологических процессах «Про-Ксан-И» (США), «Вепекс» (Венгрия), «ПолиПротеин» (Италия), обеспечивающих получение этих продуктов в опытно-промышленных условиях [93, 94, 138]. Однако они не получили широкого распространения из-за относительно низкого качества белковых продуктов, претерпевающих денатурацию и необратимое снижение биологической ценности в процессе выделения, а также из-за высокой энергоемкости процесса.
Наряду с этим разработан способ гидромеханической обработки клеточного сока [176], обеспечивающий коагуляцию белков в щадящих условиях с охранением их нативных свойств.
Получение высококачественного кормового продукта может быть осуществлено с помощью биоконверсии (выращивания целлюлозоразру-шающих грибов) пресс-остатка и его смеси с отходами сельского хозяйства, в частности, вегетативной массой овощных культур, остающейся после уборки основного урожая.
Учитывая обширное производство овощных культур на локализованных площадях и огромное количество растительных остатков, которые в настоящее время практически не используются, эти отходы можно рассматривать как перспективное сырье для промышленного получения пищевых и кормовых добавок. Использование не только овощей, но и их вегетативной части, остающейся после уборки урожая, позволит повысить выход питательных веществ с земляной площади и снизить себестоимость продукции.
Остающийся после отделения белковых фракций побочный продукт — депротеинизированный коричневый сок — может быть использован для силосования кормов, получения удобрений и т. д.
Таким образом, разработка технологии, обеспечивающей за счет получения кормового белково-витаминного концентрата, пищевого белка, утилизации пресс-остатка и депротеинизированного коричневого сока существенное повышение эффективности использования белков вегетативной массы растений, является актуальной.
В связи с этим основной целью настоящей работы явилась разработка ресурсосберегающей технологии комплексной переработки вегетативных органов сельскохозяйственных растений, основанной на гидромеханическом фракционировании клеточного сока, биоконверсии пресс-остатка и утилизации депротеинизированного коричневого сока, с получением высококачественных пищевых и кормовых белковых продуктов, обеспечивающей повышение качества продукции растениеводства и сокращение ее потерь.
Работа выполнена в Проблемной лаборатории Донского государственного технического университета и в развитие темы - «Исследование и разработка технологии глубокого влажного фракционирования. сельскохозяйственных корнеплодов» (№ FP 01.970006860, 13/309 от 24106.97) согласована с планом? госбюджетной НИР, выполненной профессорско-преподавательским составом в пределах основного рабочего времени на 2000—2004 гг. (§ 47) Рос-товской-на-Дону государственной академии сельскохозяйственного машиностроения по направлению: Разработка способа переработки вегетативной массы - сельскохозяйственных культур с получением препаратов кормовых и пищевых белков, биоконверсии отходов полеводства, утилизации растительных остатков силосованием.
Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи: сравнительное изучение состава и свойств продуктов влажного фракционирования; вегетативной массы сеяных трав и отходов полеводства; выявление культур, перспективных для комплексной переработки;; определение оптимальных режимов фракционирования клеточного сока из зеленой массы; исследование и количественная; оценка влияния физиологических (вид растений), технологических (способ фракционирования клеточного сока) и физических (температура сушки) факторов на физико-химические, биохимические показатели и биологическую ценность получаемых белковых препаратов; разработка основанного на гидромеханическом воздействии способа получения j из клеточного сока вегетативной массы сеяных трав и отходов полеводства кормовых и пищевых белковых концентратов с высокой биологической ценностью; отбор штамма целлюлозоразрушающего шляпочного гриба рода вешенка для трансформации растительных отходов; разработка условий для получения белково-ферментных кормовых добавок методом биоконверсии пресс-остатков сеяных трав и отходов полеводства посредством культивирования гриба вешенка; разработка метода утилизации депротеинизированного коричневого сока путем использования его как химического агента при силосовании; проведение токсикологической оценки белковых препаратов кормового и пищевого назначения, определение их соответствия требованиям, предъявляемым к кормам и продуктам питания; изучение сохранности выделенных белковых продуктов! при их консервировании и сушке; исследование биологической^ ценности полученных продуктов в экспериментах на животных; разработка технологической схемы комплексной переработки вегетативной массы растений.
Научная» новизна состоит в том, что впервые изучены закономерности коагуляции хлоропластных и; цитоплазматических фракций. белков при гидромеханическом; воздействии - на клеточный сок из листостебельной биомассы различных культур, определены параметры и режимы получения белковых препаратов. Разработан способ гидромеханической обработки клеточного сока, позволяющий получать белковые* фракции в щадящих, по сравнению с традиционно применяемой термоденатурацией, условиях.
Отобран штамм-продуцент съедобного шляпочного гриба вешенка корнукопийская (Pleurotus cornucopia (Pers.) Polland), способный к интенсивному росту и синтезу белка при культивировании на питательном субстрате, содержащем в качестве источника углерода пресс-остаток вегетативной массы сеяных трав и отходы полеводства.
Впервые разработан способ биоконверсии пресс-остатка и отходов полеводства в кормовые продукты посредством выращивания гриба вешенка корнукопийская в условиях регулируемого микроклимата.
Разработан способ силосования» пресс-остатка с помощью депротеи-низированного коричневого сока.
Изучены физико-химические, биохимические и токсикологические свойства белковых препаратов, представлена количественная оценка влияния вида растения, способа получения, условий сушки на их качество.
Исследованы биологическая ценность и безвредность, полученных продуктов в экспериментах на животных.
Практическая значимость работы заключается в следующем.
Разработана ресурсосберегающая малоотходная технология комплексной переработки вегетативных органов сельскохозяйственных растений с получением высококачественных пищевых и кормовых белковых препаратов, силосованием и биоконверсией образующихся растительных отходов в кормовые средства, способствующая преодолению существующего дефицита белка, повышению качества и экологической безопасности сельскохозяйственной продукции и сокращению ее потерь.
Результаты работы позволяют производить отбор нетрадиционных культур как сырьевых источников, разработку и оптимизацию режимов технологического оборудования по получению белковых продуктов и кормов.
Полученные результаты использованы для обоснования; и разработки эффективной технологии влажного фракционирования зеленых растений в НПО «Корма» (г. Москва).
Технология комплексной переработки вегетативной массы сельскохозяйственных растений реализована на опытно-промышленной линии производительностью 10 т/ч по зеленой массе; Расчетный экономический эффект от внедрения разработанной технологии составляет 6,782 млн. руб. при сроке окупаемости 4 года.
Материалы работы включены в утвержденные методические рекомендации по получению и использованию продуктов комплексной переработки вегетативной массы растений в сельскохозяйственном производстве, пищевой промышленности и биотехнологии.
Опытные партии продуктов использованы в качестве кормовых добавок и; апробированы * при кормлении; лабораторных и сельскохозяйственных животных.
Основные материалы; работы содержатся> в двух опубликованных монографиях, учебном пособии «Безопасность. жизнедеятельности: безопасность технологических процессов и производств», патенте и используются в курсах лекций для; обучения* студентов специальностей сельхозмашиностроения по вопросам защиты окружающей среды и ресурсосбережения.
Практическое значение результатов работы и их внедрение подтверждено рядом актов и заключений.
На защиту выносятся следующие положения. результаты исследования! состава и свойств продуктов влажного фракционирования > вегетативной»массы сельскохозяйственных сеяных трав и отходов полеводства; метод установления оптимальных режимов фракционирования клеточного сока; основные закономерности коагуляции хлоропластных и цитоплаз-матических белков при гидромеханическом воздействии на клеточный сок; способ фракционирования клеточного сока, основанный на его гидромеханической обработке; реализованный на опытно-промышленной линии, производительностью 10 т/ч по вегетативной массе; метод биоконверсии; растительных остатков в кормовые продукты с помощью культивирования гриба вешенка корнукопийская; метод утилизации депротеинизированного коричневого сока1, при силосовании пресс-остатка; количественные характеристики влияния физиологических, технологических и физических параметров на показатели качества белков; технологическая схема комплексной переработки вегетативной массы сельскохозяйственных растений.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Третьей Всесоюзной научно-технической конференции «Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания» (Москва, 1988); Шестой Всесоюзной научно-технической конференции «Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья» (Москва, 1992); Пятой Международной конференции «Фракционирование: листового протеина» (Сидней, 1993 г.), научно-технической конференции «Масличные семена, масла, жиры: перспективы совершенствования техники и технологии производства (Санкт-Петербург, 1993); Международной научной конференции «Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности» (Краснодар, 1994 г.), Международной конференции «Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК» (Москва, 1995 г.), Международной научно-технической конференции «Прикладная биотехнология на пороге XXI века» (Москва, 1995 г.), научной конференции «Агротехнические исследования в контексте европейской интеграции» (Ольстин, 1995 г.), IV международном симпозиуме «Экология человека: пищевые технологии и продукты» (Москва-Видное, 1995 г.), Международной научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек» (Москва, 1995 г.), Пятом Международном конгрессе «Листовой протеин-96» (Ростов-на-Дону, 1996 г.), Международной научно-практической конференции «Люпин и амарант — источники новых пищевых и диетических продуктов» (Санкт-Петербург, 1996), Всероссийской конференции «Современные достижения, биотехнологии» (Ставрополь, 1996 г.), Четвертой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 1999 г.); научно-практическом семинаре «Безопасность, экология, энергосбережение» (Гизель-Дере, 2001).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации изложены в 61 печатной работе, в том числе в одном патенте, двух монографиях, учебном пособии в двух частях и тезисах докладов на 15 конференциях международного и всероссийского уровня.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и списка использованной литературы из 204 наименований, в том числе 61 на иностранных языках. Работа содержит 323 страницы машинописного текста, 27 иллюстраций, 94 таблицы и приложения.