УДК 631.862
Ил. 3. Табл. 3. Библ. 31.
DOI: 10.21323/2071-2499-2021-2-46-51

Разработка технологии гидролиза перопуховых отходов с применением кератинолитических штаммов для получения кормовых добавок

Дмитриева А.И., Бабич О.О., доктор техн. наук, Кригер О.В., доктор техн. наук
Кемеровский государственный университет
Ключевые слова: кератин, кератиназы, кератинолитические штаммы, гидролиз пера, перопуховые отходы, бактериальный гидролиз,
Реферат:
Дефицит качественного кормового белка – серьёзная проблема агропромышленного комплекса Российской Федерации. Авторами предложена технология получения высокобелковой кормовой добавки на основе перопуховых отходов – вторичного сырья птицеводства. Показано, что добавку целесообразно получать с использованием собранного консорциума микроорганизмов-деструкторов белка пера – кератина. Консорциум состоит из Грамположительного аэроба Bacillus pumilus (B‑508) и факультативных анаэробов Bacillus subtilis (ATCC6051) и Bacillus licheniformis (B‑740), а также Грамположительного палочковидного актиномицета Streptomyces albidoflavus (ATCC25422). В статье приведена технологическая схема в аппаратурном оформлении и технологические этапы получения кормовой добавки. В качестве технологии сушки предложена сушка распылением, для холодной стерилизации массы предложен барабанный УФ‑стерилизатор. Технологическая линия рассчитана на производительность 300 кг/ч. Объектами лабораторных исследований являются гидролизаты перопуховых отходов и кормовые добавки, полученные по представленной схеме. Для кормовой добавки определены микробиологические, токсикологические, органолептические и физико-химические показатели, согласно требованиям, предъявляемым существующими нормативными документами в сфере кормопроизводства. Установлено, что кормовая добавка по перечисленным показателям соответствует всем требованиям и безопасна для использования в качестве добавки к питанию кур. Проведён сравнительный анализ разработанной кормовой добавки и кормовых добавок: Липрот СГ‑9, (ОАО «Стиролбиотех», Украина), кормовой муки (ООО «ПК «Альтернатива», Россия) и сои полножирной экструдированной (ООО «СИБЭКСПОРТ», Россия). Установлено, что кормовая добавка содержит все незаменимые и серосодержащие аминокислоты. По содержанию сырого протеина добавка превышает данные кормовой добавки от ООО «ПК «Альтернатива» (87,15 и 67,56 % соответственно). Установлено высокое содержание белка по Барнштейну в исследуемой кормовой добавке – 57,23 %, что более чем в 2 раза выше показателей кормовой муки от ООО «ПК «Альтернатива» и полножирной сои, и на 12 % больше Липрота СГ‑9 в среднем.

Waste hydrolysis technology by using keratinolytic strains for the production of feed additives

Dmitrieva A.I., Babich O.O., Kriger O.V.
Kemerovo State University
Key words: keratin, keratinases, keratinolytic strains, feather hydrolysis, poultry waste, bacterial hydrolysis
Summary:
Deficiency of high-quality fodder protein is a serious problem of the Russian agro-industrial complex. The authors propose a technology for obtaining a high-protein feed additive based on poultry wastes materials. The feasibility of obtaining a feed additive using the assembled consortium of microorganisms-destructors of feather protein – keratin was shown. The consortium consists of Bacillus licheniformis (B-740), Bacillus pumilus (B-508), Bacillus subtilis (ATCC 6051) and actinomycete Streptomyces albidoflavus (ATCC 25422). The technological scheme in the hardware design and the technological stages of obtaining the feed additive were presented in the article. Spray drying was proposed as a drying technology; a drum UV sterilizer was proposed for cold sterilization of the mass. The processing line was designed for a capacity of 300 kg per h. The objects of laboratory research are hydrolysates of downy waste and feed additives obtained according to the presented scheme. Microbiological, toxicological, organoleptic and physicochemical indicators, in accordance with the requirements of existing regulatory documents in the field of feed production were determined. It was found that the feed additive according to the listed parameters meets all the requirements and is safe for use as an additive to the diet of chickens. Comparative analysis of the developed feed additive and feed additives: Liprot SG-9 (JSC «Stirolbiotech», Ukraine), feed lour (LLC «Alternative», Russia) and full-fat extruded soybeans (LLC «SIBEXPORT», Russia) was carried out. It was found that the feed additive contains all essential and sulfur-containing amino acids. In terms of the content of crude protein, the additive exceeds the data of the feed additive from LLC «Alternativa» (87.15 % and 67.56 %, respectively). The high protein content according by Barnstein in the studied feed additive is 57.23 %, which is more than 2 times higher than the indicators of feed flour from LLC «Alternative», and full-fat soybeans and 12 % Liprot SG-9 were found.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ / REFERENCES:

1. Verma, A. Microbial keratinases: industrial enzymes with waste management potential / A. Verma, H. Singh, S. Anwar et al. // Crit Rev Biotechnol. – 2017. – № 37. – Р. 476–491.

2. Jaouadi, N.Z. A novel keratinase from Bacillus tequilensis strain Q7 with promising potential for the leather bating process / N.Z. Jaouadi, H. Rekik, M.B. Elhoul et al. // Int J Biol Macromol. – 2015. – № 79. – Р. 952–964.

3. Cаlin, M. Degradation of keratin substrates by keratinolytic fungi / M. Cаlin, D. Constantinescu-Aruxandei, E. Alexandrescu et al. // Electronic Journal of Biotechnology. – 2017. – № 28. – P. 101–112. DOI: 10.1016/j.ejbt.2017.05.007.

4. Lopes, F.C. Production of proteolytic enzymes by a keratin-degrading Aspergillus niger / F.C. Lopes, L.A. Dedavid, Silva et al. // Enzym Res. – 2011. DOI: 10.4061/2011/487093.

5. Mazotto, A.M. Degradation of feather waste by Aspergillus niger keratinases: Comparison of submerged and solid-state fermentation / A.M. Mazotto, S. Couri, M.C.T. Damaso et al. // Int Biodeter Biodegr. – 2013. – № 85. – Р. 189–195. DOI: 10.1016/j.ibiod.2013.07.003.

6. Nwadiaro, P.O. Adekojo Keratin degradation by Penicillium purpurogenum isolated from tannery soils in Jos / P.O. Nwadiaro, A. Chuku, I.A. Onyimba et al. // Nigeria Br Microbiol Res J. – 2015. – № 8. – Р. 358–366. DOI: 10.9734/BMRJ/2015/16339.

7. El-Gendy, M.M.A. Keratinase production by endophytic Penicillium spp. Morsy1 under solid-state fermentation using rice straw / M.M.A. El-Gendy // Appl Biochem Biotechnol. – 2010. – № 162. – Р. 780–794. DOI: 10.1016/S0141–0229(02)00283–1.

8. Sowjanya, N.C. Degradation of few avean feathers by Microsporum gypseum / N.C. Sowjanya, C.M. Chary // J Phytology. – 2012. – № 4. – Р. 21–23.

9. Onifade, A.A. Potentials for biotechnological applications of keratin-degrading microorganisms and their enzymes for nutritional improvement of feathers and other keratins as livestock feed resources / A.A. Onifade, N.A. Al-Sane, A.A. Al-Musallan et al. // Bioresour. Technol. – 1998. – № 66. – Р. 1–11.

10. Prosekov, A.Y. Foresight of Food Industry Development up to 2030: Challenges and Solutions / A.Y. Prosekov, T.F. Kiseleva // Smart Innovation, Systems and Technologies. – 2019. –– V. 139. – Р. 349–356.

11. Мацкова, Л.В. Получение и характеристика биологически активных препаратов из муки крупного рогатого скота / Л.В. Мацкова, Е.Г. Чупахин, О.О. Бабич // Молочнохозяйственный вестник. – 2019. – № 3 (35). – С. 120–139.

Mackova, L.V. Poluchenie i harakteristika biologicheski aktivnyh preparatov iz muki krupnogo rogatogo skota [Obtaining and characterization of biologically active preparations from cattle flour] / L.V. Mackova, E.G. CHupahin, O.O. Babich // Molochnohozyajstvennyj vestnik. – 2019. – № 3 (35). – P. 120–139.

12. Brandelli, A. Microbial enzymes for bioconversion of poultry waste into added-value products / A. Brandelli, L. Sala, S.J. Kalil // Food Research Int. – 2015. – № 73. – Р. 3–12.

13. Williams, C.M. Evaluation of a bacterial feather fermentation product, feather-lysate as a feed protein / C.M. Williams, C.G. Lee, J.D. Garlich et al. // Poult Sci. – 1991. – № 70. – Р. 85–94.

14. Odetallah, N.H. Versazyme supplementation of broiler diets improves market growth performance / N.H. Odetallah, J.J. Wang, J.D. Garlich et al. // Poult Sci. – 2005. – № 84. – Р. 858–864.

15. Дмитриева, А.И. Кератиназы Streptomyces и Bacillus: свойства и направления использования / А.И. Дмитриева, А.В. Алексеенко, Д.Д. Белова, Н.И. Пискаева, Л.В. Терещук // Техника и технология пищевых производств. – 2020. – Т. 50. – № 4. – С. 602–615. DOI: 10.21603/2074–9414–2020–4–602–615.

Dmitrieva, A.I. Keratinazy Streptomyces i Bacillus: svojstva i napravleniya ispol’zovaniya [Keratinases of Streptomyces and Bacillus: properties and directions of use] / A.I. Dmitrieva, A.V. Alekseenko, D.D. Belova, N.I. Piskaeva, L.V. Tereshchuk // Tekhnika i tekhnologiya pishchevyh proizvodstv. – 2020. – Т. 50. – № 4. – P. 602–615. DOI: 10.21603/2074–9414–2020–4–602–615.

16. ГОСТ 17536–82 «Мука кормовая животного происхождения. Технические условия». – М.: Стандартинформ, 2002. – 6 с.

GOST 17536–82 «Muka kormovaya zhivotnogo proiskhozhdeniya. Tekhnicheskie usloviya» [GOST 17536–82 “Feed meal of animal origin. Technical conditions”]. – M.: Standartinform, 2002. – 6 p.

17. ГОСТ Р ИСО 16634–1–2011 «Продукты пищевые. Определение общего содержания азота путем сжигания по методу Дюма и расчет содержания сырого протеина. Часть 1. Масличные культуры и корма для животных». – М.: Стандартинформ, 2011. – 24 с.

GOST R ISO 16634–1–2011 «Produkty pishchevye. Opredelenie obshchego soderzhaniya azota putem szhiganiya po metodu Dyuma i raschet soderzhaniya syrogo proteina. CHast’ 1. Maslichnye kul’tury i korma dlya zhivotnyh» [GOST R ISO 16634–1–2011 “Food products. Determination of the total nitrogen content by combustion according to the Dumas method and calculation of the crude protein content. Part 1. Oilseeds and animal feed”]. – M.: Standartinform, 2011. – 24 p.

18. ГОСТ 13496.15–2016 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания сырого жира». – М.: Стандартинформ, 2016. – 10 с.

GOST 13496.15–2016 «Korma, kombikorma, kombikormovoe syr’e. Metody opredeleniya soderzhaniya syrogo zhira» [GOST 13496.15–2016 “Feed, compound feed, compound feed raw materials.

Methods for determination of crude fat content”]. – M.: Standartinform, 2016. – 10 p.

19. ГОСТ 13496.2–91 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения сырой клетчатки». – М.: Стандартинформ, 2008. – 24 с.

GOST 13496.2–91 «Korma, kombikorma, kombikormovoe syr’e. Metod opredeleniya syroj kletchatki» [GOST 13496.2–91 “Feed, compound feed, compound feed raw materials. Method for determination of crude fiber”]. – M.: Standartinform, 2008. – 24 p.

20. ГОСТ 13496.1–98 «Комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания натрия и хлорида натрия». – М.: Стандартинформ, 2011. – 20 с.

GOST 13496.1–98 «Kombikorma, kombikormovoe syr’e. Metody opredeleniya soderzhaniya natriya i hlorida natriya» [GOST 13496.1–98 “Compound feed, compound feed raw materials. Methods for determining the content of sodium and sodium chloride”]. – M.: Standartinform, 2011. – 20 p.

21. ГОСТ 26570–85 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения кальция». – М.: Стандартинформ, 2003. – 14 с.

GOST 26570–85 «Korma, kombikorma, kombikormovoe syr’e. Metody opredeleniya kal’ciya» [GOST 26570–85 “Feed, compound feed, compound feed raw materials. Methods for determination of calcium”]. – M.: Standartinform, 2003. – 14 p.

22. ГОСТ 26657–85 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания фосфора». – М.: Стандартинформ, 2003. – 18 с.

GOST 26657–85 «Korma, kombikorma, kombikormovoe syr’e. Metody opredeleniya soderzhaniya fosfora» [GOST 26657–85 “Feed, compound feed, compound feed raw materials. Methods for determination of phosphorus content”]. – M.: Standartinform, 2003. – 18 p.

23. ГОСТ 13496.14–87 «Комбикорма, комбикормовое сырье, корма. Метод определения золы, нерастворимой в соляной кислоте». – М.: Стандартинформ, 2003. – 8 с.

GOST 13496.14–87 «Kombikorma, kombikormovoe syr’e, korma. Metod opredeleniya zoly, nerastvorimoj v solyanoj kislote» [GOST 13496.14–87 “Compound feed, compound feed raw material, feed. Method for determination of ash insoluble in hydrochloric acid”]. – M.: Standartinform, 2003. – 8 p.

24. ГОСТ 25311–82 «Мука кормовая животного происхождения. Методы бактериологического анализа». – М.: Стандартинформ, 2002. – 74 с.

GOST 25311–82 «Muka kormovaya zhivotnogo proiskhozhdeniya. Metody bakteriologicheskogo analiza» [GOST 25311–82 “Feed meal of animal origin. Bacteriological analysis methods”]. – M.: Standartinform, 2002. – 74 p.

25. ГОСТ 30692–2000 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Атомно-абсорбционный метод определения содержания меди, свинца, цинка и кадмия». – М.: Стандартинформ, 2002. – 11 с.

GOST 30692–2000 «Korma, kombikorma, kombikormovoe syr’e. Atomno-absorbcionnyj metod opredeleniya soderzhaniya medi, svinca, cinka i kadmiya» [GOST 30692–2000 “Feed, compound feed, compound feed raw materials. Atomic absorption method for determining the content of copper, lead, zinc and cadmium”]. – M.: Standartinform, 2002. – 11 p.

26. Пискаева, А.И. Оптимизация параметров культивирования консорциума микроорганизмов-деструкторов кератина в биотехнологических целях / А.И. Пискаева, А.Ю. Просеков // Известия Иркутского государственного университета. – 2016. – № 3. – С. 53–66.

Piskaeva, A.I. Optimizaciya parametrov kul’tivirovaniya konsorciuma mikroorganizmov-destruktorov keratina v biotekhnologicheskih celyah [Optimization of cultivation parameters for a consortium of microorganisms-destructors of keratin for biotechnological purposes] / A.I. Piskaeva, A.Yu. Prosekov // Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. – 2016. – № 3. – P. 53–66.

27. Пискаева, А.И. Анализ эффективности и подбор параметров распылительной сушки гидролизатов перопуховых отходов / А.И. Пискаева, О.О. Бабич, Й. Янг // Техника и технология пищевых производств. – 2019. – Т. 49. – № 3. – С. 390–396. DOI: 10.21603/2074–9414–2019–3–390–396.

Piskaeva, A.I. Analiz effektivnosti i podbor parametrov raspylitel’noı̆ sushki gidrolizatov peropuhovyh othodov [Analysis of efficiency and selection of parameters for spray drying of hydrolysates of downy waste] / A.I. Piskaeva, O.O. Babich, J. Yang // Tekhnika i tekhnologiya pishchevyh proizvodstv. – 2019. – Т. 49. – № 3. – P. 390–396. DOI: 10.21603/2074–9414–2019–3–390–396.

28. Патент РФ № 75278. Устройство для обеззараживания растительного сырья. А23L

3/50, А23L 1/10 / М.А. Смирнов, А.А. Вековцев; заявитель и патентообладатель

ООО «Артлайф Техно». – № 2007121124; заявл. 05.06.07; опубл. 10.08.08. – 3 с.

DOI: 10.21603/2074–9414–2019–3–390–396.

Patent RF № 75278. Ustrojstvo dlya obezzarazhivaniya rastitel’nogo syr’ya. A23L 3/50, A23L 1/10

[A device for the disinfection of plant materials. А23L 3/50, А23L 1/10] / M.A. Smirnov, A.A. Vekovcev; zayavitel’ i patentoobladatel’ OOO «Artlajf Tekhno». – № 2007121124; zayavl. 05.06.07; opubl. 10.08.08. – 3 p. DOI: 10.21603/2074–9414–2019–3–390–396.

29. Ваниева, Б.Б. Полнорационный комбикорм, обогащенный кормовой добавкой гидролактив и антиоксидантом эпофен повышает продуктивность цыплят-бройлеров / Б.Б. Ваниева, И.Д. Тменов // Известия Горского государственного аграрного университета. – 2013. – Т. 50. – № 3. – С. 90–95.

Vanieva, B.B. Polnoracionnyj kombikorm, obogashchennyj kormovoj dobavkoj gidrolaktiv i antioksidantom epofen povyshaet produktivnost’ cyplyat-brojlerov [Complete feed, enriched with a hydrolactic feed additive and an antioxidant Epofen, increases the productivity of broiler chickens] / B.B. Vanieva, I.D Tmenov // Izvestiya Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. – 2013. – T. 50. – № 3. – P. 90–95.

30. Васильев, Ф.В. К вопросу оптимизации аминокислотного состава поликомпонентных продуктов с использованием методов вычислительной математики / Ф.В. Васильев, И.А. Глотова, Л.В. Антипенко // Комбикорма. – 2014. – № 1. – С. 57–63.

Vasil’ev, F.V. K voprosu optimizacii aminokislotnogo sostava polikomponentnyh produktov s ispol’zovaniem metodov vychislitel’noj matematiki [On the optimization of the amino acid composition of multicomponent products using the methods of computational mathematics] / F.V. Vasil’ev, I.A. Glotova, L.V. Antipenko // Kombikorma. – 2014. – № 1. – P. 57–63.

31. Нуртдинов, М.Г. Эффективность использования в рационах животных биологически активных добавок / М.Г. Нуртдинов, С.В. Василенко, Р.З. Низамов // Ветеринарный врач. – 2009. – № 2. – С. 52–55.

Nurtdinov, M.G. Effektivnost’ ispol’zovaniya v racionah zhivotnyh biologicheski aktivnyh dobavok [Efficiency of using biologically active additives in animal diets] / M.G. Nurtdinov, S.V. Vasilenko, R.Z. Nizamov // Veterinarnyj vrach. – 2009. – № 2. – P. 52–55.

Контакты:

Дмитриева Анастасия Игоревна
a_piskaeva@mail.ru
Бабич Ольга Олеговна
olich.43@mail.ru
Кригер Ольга Владимировна
olgakriger58@mail.ru

Для цитирования:

Дмитриева, А.И. Разработка технологии гидролиза перопуховых отходов с применением кератинолитических штаммов для получения кормовых добавок / А.И. Дмитриева, О.О. Бабич, О.В. Кригер // Все о мясе. – 2021. – № 2. – С. 46-51. DOI: 10.21323/2071-2499-2021-2-

For citation:

Dmitrieva, A.I. Waste hydrolysis technology by using keratinolytic strains for the production of feed additives / A.I. Dmitrieva, O.O. Babich, O.V. Kriger // Vsyo o myase. – 2021. – № 2. – Р. 46-51. DOI: 10.21323/2071-2499-2021-2-46-51.