Помощь студентам в учебе
Биотехнологическая переработка молочной сыворотки с целью получения сухого бифидогенного кормового концентрата
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ГЛАВА ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Молочная сыворотка в России: проблемы переработки и перспективы рынка
1.2 Состав и свойства молочной сыворотки 12
1.3 Использование молочной сыворотки в кормопроизводстве 19
1.4 Свойства и способы получения лактулозы 28
2 ГЛАВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 40
2.1 Объекты и методы исследования 41
2.2 Выбор щелочного реагента, определение оптимальной дозы внесения 43
3 ГЛАВА ИНЖЕНЕРНАЯ ЧАСТЬ 47
3.1 Технологическая схема производства кормового концентрата 47
3.2 Аппаратурно-процессовая схема производства кормового концентрата 49
4 ГЛАВА ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 50
4.1 Расчет себестоимости 50
4.2 Экономическое обоснование использования 53
5 ГЛАВА БЕЗОПАСНОСТЬ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ 55
5.1 Условия труда 55
5.2 Безопасность работы в микробиологической лаборатории 58
5.3 Оказание первой медицинской помощи 71
ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 74
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 75
1 ГЛАВА ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Молочная сыворотка в России: проблемы переработки и перспективы рынка
1.2 Состав и свойства молочной сыворотки 12
1.3 Использование молочной сыворотки в кормопроизводстве 19
1.4 Свойства и способы получения лактулозы 28
2 ГЛАВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 40
2.1 Объекты и методы исследования 41
2.2 Выбор щелочного реагента, определение оптимальной дозы внесения 43
3 ГЛАВА ИНЖЕНЕРНАЯ ЧАСТЬ 47
3.1 Технологическая схема производства кормового концентрата 47
3.2 Аппаратурно-процессовая схема производства кормового концентрата 49
4 ГЛАВА ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 50
4.1 Расчет себестоимости 50
4.2 Экономическое обоснование использования 53
5 ГЛАВА БЕЗОПАСНОСТЬ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ 55
5.1 Условия труда 55
5.2 Безопасность работы в микробиологической лаборатории 58
5.3 Оказание первой медицинской помощи 71
ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 74
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 75
Достижение устойчивого роста сельскохозяйственного производства, надежное обеспечение страны сельскохозяйственным сырьем и продуктами питания, объединение усилий всех отраслей для получения высоких конечных результатов являются основными задачами агропромышленного комплекса. Характерный признак пищевой промышленности - ее тесная связь с сельским хозяйством. Между ними существует прямая зависимость: чем выше уровень развития сельского хозяйства, тем благоприятнее условия для дальнейшего развития пищевой промышленности. Предприятия молочной промышленности производят не только продукты питания, но и ценные корма для животноводства. Задача состоит в обеспечении отраслей животноводства во все периоды производственного цикла полноценными кормами, содержащими все необходимые питательные вещества. Увеличение производства продуктов животноводства обеспечивается за счет повышения продуктивности скота и птицы, увеличения и сохранения их поголовья.
Одной из важных проблем современного животноводства является высокий уровень заболеваемости молодняка сельскохозяйственных животных, связанный с нарушением защитной кишечной микрофлоры. Наибольшее количество случаев заболевания и гибели молодняка сельскохозяйственных животных происходит по причине острых кишечных заболеваний. Экономический ущерб от этой патологии огромен, так по статистическим данным более 50 % падежа молодняка приходится на первые дни жизни, при этом до 96 % животных гибнет преимущественно от желудочно-кишечных заболеваний. Это связано с особенностями технологии выращивания животных. Кишечная микрофлора чутко реагирует на качество и питательность кормов,
изменения погоды, ранний отъем молодняка от маток, вакцинацию, стресс, инфекции. Все это может приводить к изменению бактериального баланса, и в первую очередь к резкому сокращению количества бифидобактерий, вплоть до полного их исчезновения. Освободившееся место в экологической системе занимают другие микроорганизмы, в том числе нежелательные и патогенные. Это ведет к пагубным последствиям - диарее, обезвоживанию организма, нарушению обмена веществ у животных, отрицательно влияет на их продуктивность и, в тяжелых случаях, следует летальный исход.
Лечение антибиотиками и химическими препаратами не всегда дает желаемый результат, потому что широко распространены антибиотикорезистентные штаммы условно-патогенной микрофлоры, а также снижается содержание полезной микрофлоры в кишечнике.
Одним из перспективных направлений в решении проблемы лечения и профилактики желудочно-кишечных заболеваний является повышение уровня естественной резистентности за счет колонизации желудочно-кишечного тракта бифидобактериями, которые выполняют важную роль в обеспечении нормаль¬ной жизнедеятельности сельскохозяйственных животных, птицы и
даже пчел.
Бифидобактерии участвуют в синтезе витаминов группы В, С, К; образу¬ют из органических азотистых соединений некоторые незаменимые аминокислоты. Ферментируя сахара, эти бактерии создают в кишечнике кислую среду, способствующую всасыванию в кровь кальция, железа, неорганических фосфатов, витамина Д. Бифидобактерии подавляют развитие многих видов патогенных микроорганизмов, что связано с образованием органических кислот, анти-биотических веществ и конкуренцией за свободные участки кишечного эпителия. Защитная роль бифидобактерии в организме связана также с их способностью дезактивировать токсичные продукты азотного обмена, обладающие потенциальным канцерогенным действием, а также оказывать антиопухолевое и вирусоидное действие .
Для поддержания и восстановления высокого уровня бифидофлоры животных применяют специальные медпрепараты типа «бифидумбактерин» или обогащают жизнеспособными клетками бифидобактерии ЗЦМ, премиксы
и другие кормовые средства. Эти препараты эффективны при лечении и профилактике желудочно-кишечных расстройств животных.
Однако, из-за высокой стоимости, сложности технологии или дефицитности компонентов они не находят широкого применения в животноводстве.
С другой стороны, бифидогенность кормовых средств можно повысить с помощью специальных веществ, стимулирующих развитие бифидофлоры в желудочно-кишечном тракте животного. В настоящее время к бифидус-факторам относят лактулозу, муцин, дериваты лактозы, полученные путем ее гидролиза р -галактозидазой, р -лактозу, некоторые аминосахара, декстрин¬
мальтозу и лизоцим. С учётом высокой бифидогенной активности, наибольший интерес для промышленного производства представляет уникальный углевод животного происхождения - лактулоза. Использование дорогостоящих видов лактозосодержащего сырья (молочного сахара-сырца или рафинада) экономи-чески нецелесообразно.
Для получения кормового средства с лактулозой необходимо использовать дешевые сырьевые источники: молочную сыворотку, продукты ее переработки. Внедрение данной технологии позволит комплексно, рационально, экономически выгодного использовать молочное белково-углеводное сырьё.
Следовательно, актуальным является создание кормовых средств, обладающих бифидогенными свойствами на основе молочной сыворотки.
Целью работы является разработка технологии бифидогенной кормовой добавки на основе подсырной сыворотки в жидком, сгущенном и сухом виде для молодняка сельскохозяйственных животных и птицы, обладающей лечебно-профилактическим эффектом. Достижение поставленной цели осуществляется путем направленной изомеризации лактозы в лактулозу в натуральной или концентрированной подсырной сыворотке под действием щелочного катализатора - гидроксида кальция; при необходимости сушки концентрата.
Одной из важных проблем современного животноводства является высокий уровень заболеваемости молодняка сельскохозяйственных животных, связанный с нарушением защитной кишечной микрофлоры. Наибольшее количество случаев заболевания и гибели молодняка сельскохозяйственных животных происходит по причине острых кишечных заболеваний. Экономический ущерб от этой патологии огромен, так по статистическим данным более 50 % падежа молодняка приходится на первые дни жизни, при этом до 96 % животных гибнет преимущественно от желудочно-кишечных заболеваний. Это связано с особенностями технологии выращивания животных. Кишечная микрофлора чутко реагирует на качество и питательность кормов,
изменения погоды, ранний отъем молодняка от маток, вакцинацию, стресс, инфекции. Все это может приводить к изменению бактериального баланса, и в первую очередь к резкому сокращению количества бифидобактерий, вплоть до полного их исчезновения. Освободившееся место в экологической системе занимают другие микроорганизмы, в том числе нежелательные и патогенные. Это ведет к пагубным последствиям - диарее, обезвоживанию организма, нарушению обмена веществ у животных, отрицательно влияет на их продуктивность и, в тяжелых случаях, следует летальный исход.
Лечение антибиотиками и химическими препаратами не всегда дает желаемый результат, потому что широко распространены антибиотикорезистентные штаммы условно-патогенной микрофлоры, а также снижается содержание полезной микрофлоры в кишечнике.
Одним из перспективных направлений в решении проблемы лечения и профилактики желудочно-кишечных заболеваний является повышение уровня естественной резистентности за счет колонизации желудочно-кишечного тракта бифидобактериями, которые выполняют важную роль в обеспечении нормаль¬ной жизнедеятельности сельскохозяйственных животных, птицы и
даже пчел.
Бифидобактерии участвуют в синтезе витаминов группы В, С, К; образу¬ют из органических азотистых соединений некоторые незаменимые аминокислоты. Ферментируя сахара, эти бактерии создают в кишечнике кислую среду, способствующую всасыванию в кровь кальция, железа, неорганических фосфатов, витамина Д. Бифидобактерии подавляют развитие многих видов патогенных микроорганизмов, что связано с образованием органических кислот, анти-биотических веществ и конкуренцией за свободные участки кишечного эпителия. Защитная роль бифидобактерии в организме связана также с их способностью дезактивировать токсичные продукты азотного обмена, обладающие потенциальным канцерогенным действием, а также оказывать антиопухолевое и вирусоидное действие .
Для поддержания и восстановления высокого уровня бифидофлоры животных применяют специальные медпрепараты типа «бифидумбактерин» или обогащают жизнеспособными клетками бифидобактерии ЗЦМ, премиксы
и другие кормовые средства. Эти препараты эффективны при лечении и профилактике желудочно-кишечных расстройств животных.
Однако, из-за высокой стоимости, сложности технологии или дефицитности компонентов они не находят широкого применения в животноводстве.
С другой стороны, бифидогенность кормовых средств можно повысить с помощью специальных веществ, стимулирующих развитие бифидофлоры в желудочно-кишечном тракте животного. В настоящее время к бифидус-факторам относят лактулозу, муцин, дериваты лактозы, полученные путем ее гидролиза р -галактозидазой, р -лактозу, некоторые аминосахара, декстрин¬
мальтозу и лизоцим. С учётом высокой бифидогенной активности, наибольший интерес для промышленного производства представляет уникальный углевод животного происхождения - лактулоза. Использование дорогостоящих видов лактозосодержащего сырья (молочного сахара-сырца или рафинада) экономи-чески нецелесообразно.
Для получения кормового средства с лактулозой необходимо использовать дешевые сырьевые источники: молочную сыворотку, продукты ее переработки. Внедрение данной технологии позволит комплексно, рационально, экономически выгодного использовать молочное белково-углеводное сырьё.
Следовательно, актуальным является создание кормовых средств, обладающих бифидогенными свойствами на основе молочной сыворотки.
Целью работы является разработка технологии бифидогенной кормовой добавки на основе подсырной сыворотки в жидком, сгущенном и сухом виде для молодняка сельскохозяйственных животных и птицы, обладающей лечебно-профилактическим эффектом. Достижение поставленной цели осуществляется путем направленной изомеризации лактозы в лактулозу в натуральной или концентрированной подсырной сыворотке под действием щелочного катализатора - гидроксида кальция; при необходимости сушки концентрата.
1. Анализ научно-технической и патентной информации позволил сделать вывод о необходимости разработки качественно новых кормовых добавок из подсырной сыворотки с синтезом бифидогенного фактора лактулозы, удовлетворяющих физиологические потребности организма животного в питательныхвеществах, выполняющих профилактические и лечебные цели.
2. Исследовано влияние катализатора - гидроксида кальци я на процесс изомеризации лактозы в лактулозу в подсырнои сыворотке. Определены концентрации катализатора, необходимые для достижения оптимальной активной кислотности подсырной сыворотки рН (11,0-11,5): для натуральной подсырной сыворотки с кислотностью (20,0±5,0) °Т - (0,2-0,4) % гидроксида кальция; сгущенной подсырной сыворотки с кислотностью (60,0 ± 5,0) °Т - (1,0-1,5)%.
3. Изучено совместное влияния основных технологических параметров (температуры и времени термостатрфования, при исходном уровне рН 11 ,2 ± 0,2) на изомеризацию лактозы в лактулозу в натуральной подсырнои. Определены оптимальные параметры процесса изомеризации лактозы в лактулозу в натуральной подсырнои сыворотке: температура (77,5 ± 2,5) °С; продолжительность процесса изомеризации (35,0 ± 5,0) минут.
4. Установлены основные закономерности процесса изомеризации лактозы в лактулозу в сгущенной подсырнои сыворотке. Положительное влияние минерального комплекса сыворотки на процесс образования лактулозы обуславливает увеличение степени изомеризации в сгущенной подсырноисыворот- ке по сравнению с натуральной. Определены условия получения максимального содержания лактулозы - Sj = (29 - 31) % при минимальном накоплении побочных продуктов реакции: температура (72,5 ± 2,5) °С; продолжительность термо- статирования (30,0 ± 5,0) минут.
2. Исследовано влияние катализатора - гидроксида кальци я на процесс изомеризации лактозы в лактулозу в подсырнои сыворотке. Определены концентрации катализатора, необходимые для достижения оптимальной активной кислотности подсырной сыворотки рН (11,0-11,5): для натуральной подсырной сыворотки с кислотностью (20,0±5,0) °Т - (0,2-0,4) % гидроксида кальция; сгущенной подсырной сыворотки с кислотностью (60,0 ± 5,0) °Т - (1,0-1,5)%.
3. Изучено совместное влияния основных технологических параметров (температуры и времени термостатрфования, при исходном уровне рН 11 ,2 ± 0,2) на изомеризацию лактозы в лактулозу в натуральной подсырнои. Определены оптимальные параметры процесса изомеризации лактозы в лактулозу в натуральной подсырнои сыворотке: температура (77,5 ± 2,5) °С; продолжительность процесса изомеризации (35,0 ± 5,0) минут.
4. Установлены основные закономерности процесса изомеризации лактозы в лактулозу в сгущенной подсырнои сыворотке. Положительное влияние минерального комплекса сыворотки на процесс образования лактулозы обуславливает увеличение степени изомеризации в сгущенной подсырноисыворот- ке по сравнению с натуральной. Определены условия получения максимального содержания лактулозы - Sj = (29 - 31) % при минимальном накоплении побочных продуктов реакции: температура (72,5 ± 2,5) °С; продолжительность термо- статирования (30,0 ± 5,0) минут.