автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Повышение эффективности технологии переработки семян сои с использованием ультразвука

На правах рукописи

Кодацкий Юрий Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕМЯН СОИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА

Специальность: 05.18.01 - технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

2 8 НОЯ 2013

005541042

Кинель - 2013

005541042

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова»

Научный руководитель: Рудик Феликс Яковлевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Терехов Михаил Борисович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия», заведующий кафедрой «Технология производства, хранения и переработки продукции растениеводства» Алексеева Маргарита Михайловна кандидат сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», доцент кафедры «Технология производства и экспертиза продуктов из растительного сырья»

Ведущая организация: ФБГНУ «Волжский научно-исследовательский

институт гидротехники и мелиорации»

Защита диссертации состоится «18» декабря 2013г. в 14® на заседании диссертационного совета ДМ 220.058.01 при ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: по адресу: 446442, г.о. Кинель, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

Автореферат разослан «/6» ¿СИЗг.

Ученый секретарь

диссертационного совета Г / (1 Марковская Галина Кусаиновна

менно с этим, вследствие низкой температуры процесса, удается избежать денатурации белка, благодаря чему сохраняется его высокая растворимость. Разработанная технология, новизна которой подтверждается патентами РФ № 115165 «Устройство для температурно-ультразвуковой обработки зерна» и № 130519 «Устройство для обработки зерна», прошла практическую проверку и принята в ФБГНУ «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации», что говорит о завершенности научно-исследовательской работы. Актуальность предлагаемой разработки подтверждается также приоритетными направлениями развития университета № 01201151795 - Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК и № 01201151793 -Ресурсосберегающие технологии безопасных пищевых продуктов.

Цель работы: повышение кормовых достоинств и усвояемости зерна сои путем комплексной обработки, обеспечивающей экстрагирование водорастворимых ингибиторов протеаз в поле ультразвуковых волн. Задачи исследования:

1. Анализ физико-химических и биологических свойств соевых семян, определение основных факторов, влияющих на эффективность их подготовки к скармливанию и качество содержащегося в них белка;

2. Теоретическое обоснование основных режимных параметров взаимодействия соевых семян с жидкой средой в условиях интенсивного ультразвукового поля, определение закономерностей повышения эффективности технологии подготовки соевых семян к скармливанию;

3. Экспериментальное исследование влияния физико-химических и технологических показателей обработки соевых семян в условиях интенсивного ультразвукового поля на эффективность их подготовки к скармливанию и качество содержащегося в них белка;

4. Разработка математической модели с целью обоснования рациональных технологических режимов подготовки соевых семян к скармливанию и рекомендации предложенных технологических решений для использования на практике при выработке высокобелкового корма из соевых семян;

5. Разработка технологии и конструктивной схемы оборудования, позволяющей вести обработку в условиях интенсивного ультразвукового поля с целью повышения эффективности их подготовки к скармливанию, а также технико-экономическая оценка результатов исследования с производственной проверкой предложенной технологии.

Объект исследования: технологический процесс окисления фермента уреазы и экстрагирования водорастворимых ингибиторов протеаз в поле ультразвуковых волн.

Предмет исследования: технологические режимы процесса окисления фермента уреазы и экстрагирования водорастворимых ингибиторов протеаз в проточном экстракторе слоевого типа.

Научная новизна заключается в совершенствовании технологии переработки полножирного зерна сои в корм для сельскохозяйственных животных за счет его комплексной низкотемпературной подготовки с помощью водно-кислородной смеси в поле акустических ультразвуковых волн высокой интенсивности, что позволяет снизить в нем активность веществ антипитательной направленности с одновременным сохранением высокого качества запасного белка. Научная новизна проекта подтверждается патентами РФ № 115165 и № 130519.

Практическая значимость: в результате проведенных испытаний установлены математические закономерности содержания в зерне полножирной сои веществ антипитательной направленности при воздействии на него водно-кислородной смесью в поле акустических ультразвуковых волн высокой интенсивности с разработкой соответствующего метода подготовки и общей схемы технологического процесса и оборудования, позволяющих вырабатывать высокобелковую кормовую основу повышенной усвояемости.

Методика исследования включает теоретические исследования на основе положений биохимии, механики и физики. Экспериментальные исследования основаны на использовании стандартных и отдельно разработанных методик контроля качества, химического состава и реологических свойств семян с применением методов математического и статистического анализа. Основные положения, выносимые на защиту:

• теоретическое обоснование технологического процесса переработки семян сои с целью повышения их кормовой ценности за счет окисления фермента уреазы и водного экстрагирования ингибиторов протеолитических ферментов;

• результаты экспериментальных исследований, обосновывающие технологические параметры и конструктивные решения (подтверждены патентами РФ № 115165 и № 130519);

• аналитические выражения для назначения технологических режимов, определения производительности технологии и устройства в зависимости от схемы обработки и физико-механических характеристик обрабатываемого сырья;

• результаты производственных испытаний предложенной технологии. Реализация результатов исследований: результаты комплекса научно-

исследовательских мероприятий по низкотемпературной переработке зерна

сои с целью повышения его кормовых достоинств внедрены на ФБГНУ «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации».

Апробация работы: основные положения диссертационных исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова» в 2009-2013 гг., Международной конференции «Вклад молодых ученых в развитие АПК», посвященной 125-летию со дня рождения Н. И. Вавилова в 2012 г., Конкурсе научно-инновационных работ молодых ученых, посвященном 100-летию университета в 2013 г., VIII Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций, г. Саратов, 2013 г.

Публикации: результаты исследований опубликованы в 10 научных работах общим объемом 2,29 печатного листа из которых 1,89 печатного листа принадлежит лично соискателю. Три работы объемом 0,85 печатных листов опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получено 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работы изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 43 рисунка и 10 приложений. Список литературы включает 142 наименования из которых 11 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность темы, сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрена проблема дефицита полноценного кормового белка в животноводческой сфере. Из анализа физико-химических свойств, питательной ценности и способов производства белка следует, что перспективным путем устранения белкового дефицита является производство и переработка зерна сои.

Выгодно отличаясь от других регулярных культур по кормовым качествам и экономической эффективности, соя нуждается в специальной подготовке перед скармливанием. Необходимость этого обусловлена тем, что зерно данной культуры содержит относительно большое количество ингибиторов протеаз желудочно-кишечного тракта, резко снижающих усвоение белка сельскохозяйственными животными.

Установлено, что используемые для повышения кормовой ценности технологии и оборудование характеризуются рядом недостатков: низкой эффективностью в отношении термоустойчивых соединений, необходимостью применения дорогостоящих композитных реагентов и обязательного с этим удаления их следов из конечного продукта, высокой энергоемкостью.

Во второй главе «Теоретические исследования влияния соевых ингибиторов на процесс пищеварения и эффективности их экстрагирования» рассмотрен процесс усвоения белка посредством ферментативного гидролиза, приведено общее строение молекулы фермента, показан механизм ее взаимодействия с белковой цепью и ингибитором. В результате анализа установлено, что при поедании сырого зерна сои содержащиеся в нем ингибиторы вступают во взаимодействие с ферментам пищеварительного тракта, делая их неактивными. В результате аминокислоты белка остаются связанными друг с другом и не могут быть усвоены. Данное обстоятельство является определяющим в необходимости создания условий, при которых в семенах сои до момента их потребления животными, будет ослаблено влияние ингибиторов на последующий разрыв аминокислотных связей, что повысит эффективность усвоения животными соевого белка.

Основное применение сои - переработка в корм. В направлении переработки сои работали такие ученые, как Козин Е. В., Стребков В. Б., Черны-шова А. Н., Столбовская А. А., Ермолаева А. В., Кирдяшкин В. В., Бегеулов М. Ш., Балакай Г. Т., Дон Р. Н., Monari S., Wilson L. A., Johnson L. A., KeShun Liu и др. Исходя из их исследований, установлено, что 90% соевых ингибиторов представлено водорастворимыми белками. Учитывая, что принятая в практике переработки сои степень нейтрализации ингибиторов также составляет 90%, представляется целесообразным их экстрагирование водой. Возможность и эффективность экстрагирования определяется структурой сырья и агрегатным состоянием извлекаемого вещества.

Рисунок 1 - а) оболочка зерна сои; б) микроструктура целлюлозы; в) кристаллическое вещество белка

■

а)

Соя, рисунок 1 (а, б), обладает пористой структурой на уровнях семенной и клеточной оболочек с размерами пор 0,01-12 мкм, а белковая фракция представлена кристаллическим веществом, рисунок 1 (в). Наличие пор в сое делает возможным использование процесса экстрагирования по схеме: 1) проникновение растворителя в зерновку; 2) растворение ингибитора; 3) перенос растворенного ингибитора к границе раздела твердой и жидкой фаз.

На экстракцию ингибитора затрачивается время, представляющее совокупную длительность процессов пропитки зерна водой, растворения кристаллического вещества и его диффузии во внешнюю среду:

t3 = tn + tp + tA, с, (1)

где t3 - время экстракции ингибитора, с; t„ - время пропитки, с; tp - время растворения, с; td - время диффузии, с.

Время пропитки определялось на основе закона Пуазейля (2), диффузии и растворения - на основе законов А. Н. Щукарева для кинетики растворения (3) и массопередачи (4):

dlK Р„г?£ м - = (2) dtn 8plK с

где 1К—длина капилляра, м; Рг) - движущее давление, Па; гк - радиус капилляра, м; е - коэффициент, учитывающий влияние пористой структуры зерна сои на движение жидкости в капилляре; р. - вязкость жидкости, Па с.

d.L аВг£'Лтч м

-тг =-(3)

dtp рчт6 с

где lo - начальный размер частицы, м; а — коэффициент пропорциональности, зависящий от формы частицы; Д. - коэффициент массоотдачи; е' - коэффициент порозности обрабатываемого материала; Д=с — с'; с — концентрация насыщения растворителя, кг/м3; с' - концентрация в отдающей фазе, кг/м3; тч -масса частицы белка, кг; р., - плотность белка, кг; те - масса экстрагируемого белка, кг.

drnfi , кг

■— = Рстсг,а',—, (4)

dtñ с

где гпс - полная масса сырья, кг; r¡ - коэффициент, учитывающий вновь образованную площадь при измельчении; А'=с — с"; с" - концентрация в принимающей фазе, кг/м3.

Рассчитав общее время процесса и зная массу экстрагируемого ингибитора, скорость процесса определена по выражению:

mfi кг

'•-Г'Т' (5)

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет

им. Н. И. Вавилова»

На правах рукописи

КОДАЦКИИ Юрий Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕМЯН СОИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА

Специальность: 05.18.01 - технология обработки, хранения

и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

д. т. н., профессор РУДИК Ф. Я.

Кинель - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................4

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.........................10

1.1 Проблема белка и пути ее решения.............................................................10

1.2 Сравнительный анализ белковых культур..................................................12

1.3 Способы гидротермической обработки семян сои.....................................14

1.4 Оборудование для гидротермической обработки семян сои.....................21

Заключение.........................................................................................................29

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ СОЕВЫХ ИНГИБИТОРОВ НА ПРОЦЕСС ПИЩЕВАРЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ................................................................................32

2.1 Особенности усвоения соевого белка.........................................................32

2.2 Экстрагирование ингибиторов....................................................................35

2.3 Интенсификация процесса экстрагирования..............................................40

Заключение.........................................................................................................47

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ....................48

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.................49

4.1 Исследование степени измельчения обрабатываемых семян....................49

4.2 Нахождение концентрации окисляющего раствора...................................54

4.3 Нахождение количества окисляющего раствора........................................59

4.4 Нахождение вязкости обрабатываемой суспензии.....................................62

4.5 Исследование динамики экстрагирования ингибиторов...........................67

4.6 Исследование динамики экстрагирования ингибиторов под воздействием ультразвука.........................................................................................................70

4.7 Расчет производительности оборудования.................................................79

4.8 Математическое моделирование процессов физико-химической обработки зерна сои...........................................................................................82

4.9 Анализ показателей качества семян сои.....................................................94

Заключение.........................................................................................................97

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА..................99

ВЫВОДЫ..........................................................................................................102

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ...........................................................104

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................106

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................127

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы: одна из приоритетных задач комплексной программы развития биотехнологий в Российской Федерации № 1853п-П8 в период с 2012 по 2020 гг. заключается в интенсификации производства кормов и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных [65]. В 2010 году в животноводстве в качестве кормов было использовано 45 млн. т. зерна, из которых более 50% было скормлено в сыром виде, что свидетельствует о крайне низкой эффективности отечественного кормопроизводства. В настоящее время доля зерна в выпускаемых комбикормах составляет 70%, что в 1,6 раза выше соответствующего показателя для стран Европейского союза, а импорт важнейших кормовых аминокислот составляет 100%. При таком кормлении конверсия корма в получении животноводческой продукции существенно отстает от мировых показателей, что снижает конкурентоспособность российского животноводства. Для выхода из сложившейся ситуации комплексом мероприятий предусмотрено развитие производства белка, сбалансированного по аминокислотному составу, а также создание новых научно-технических заделов, совершенствующих технологии белкового производства и применения. Использование в кормах полноценного белка резко увеличит их качество и будет способствовать повышению производительности животноводческой сферы [161].

В мировой практике с целью увеличения ресурсов высокоценного белка большое внимание уделяется развитию производства сои. По своей ценности белок данной культуры приближается к белку животного происхождения, при этом из урожая зерна сои белка можно извлечь больше, чем из эквивалентного урожая любой другой культуры. Спрос на соевое зерно, жмых и шрот неуклонно растет, а от объемов производства и цен на сою во многом зависит не только состояние мирового сельского хозяйства, но и мировой продовольственный баланс.

Главным образом сою перерабатывают в корм. Данный вопрос исследовали ученые: Козин Е. В. [61], Стребков В. Б. [155], Чернышова А. Н. [176], Столбовская А. А. [154], Ермолаева А. В. [42], Филатов В. В. [164], Бегеулов М. Ш. [13], Балакай Г. Т. [11], Дон Р. Н. [38], Monari S. [196], Erick-son D. R. [191], Johnson L. A. [192], KeShun Liu [194] и др. Корма, произведенные из сои характеризуются хорошей переваримостью и высокой эффективностью рационов. Научно-обоснованное применение кормов на основе сои позволяет резко увеличить объемы производства и качество сельскохозяйственной продукции.

В связи с этим, комплекс научно-исследовательских мероприятий, направленных на создание перспективных ресурсосберегающих способов переработки сои, как сырья, имеющего исключительную ценность для кормовой и пищевой отраслей представляет актуальную задачу [193].

Степень разработанности темы: выработка высокобелковой кормовой основы из соевых семян за счет их интенсивной обработки в поле акустических ультразвуковых волн представляет перспективную альтернативу существующим способам подготовки сои. Обработка соевых семян по предложенной технологии при относительно низких эксплуатационных и энергетических затратах позволяет кардинально снизить в них активность антипитательных веществ и тем самым повысить кормовую ценность соевого белка. Одновременно с этим, вследствие низкой температуры процесса, удается избежать денатурации белка, благодаря чему сохраняется его высокая растворимость. Разработанная технология, новизна которой подтверждается патентами РФ № 115165 «Устройство для температурно-ультразвуковой обработки зерна» и № 130519 «Устройство для обработки зерна», прошла практическую проверку и принята в ФБГНУ «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации», что говорит о завершенности научно-исследовательской работы. Актуальность предлагаемой разработки подтверждается также

приоритетными направлениями развития университета № 01201151795 - Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК и № 01201151793 -Ресурсосберегающие технологии безопасных пищевых продуктов.

Цель работы: повышение кормовых достоинств и усвояемости зерна сои путем комплексной обработки, обеспечивающей экстрагирование водорастворимых ингибиторов протеаз в поле ультразвуковых волн. Задачи исследования:

1. Анализ физико-химических и биологических свойств соевых семян, определение основных факторов, влияющих на эффективность их подготовки к скармливанию и качество содержащегося в них белка;

2. Теоретическое обоснование основных режимных параметров взаимодействия соевых семян с жидкой средой в условиях интенсивного ультразвукового поля, определение закономерностей повышения эффективности технологии подготовки соевых семян к скармливанию;

3. Экспериментальное исследование влияния физико-химических и технологических показателей обработки соевых семян в условиях интенсивного ультразвукового поля на эффективность их подготовки к скармливанию и качество содержащегося в них белка;

4. Разработка математической модели с целью обоснования рациональных технологических режимов подготовки соевых семян к скармливанию и рекомендации предложенных технологических решений для использования на практике при выработке высокобелкового корма из соевых семян;

5. Разработка технологии и конструктивной схемы оборудования, позволяющей вести обработку в условиях интенсивного ультразвукового поля с целью повышения эффективности их подготовки к скармливанию, а также технико-экономическая оценка результатов исследования с производственной проверкой предложенной технологии.

Объект исследования: технологический процесс окисления фермента уреазы и экстрагирования водорастворимых ингибиторов протеаз в поле ультразвуковых волн.

Предмет исследования: технологические режимы процесса окисления фермента уреазы и экстрагирования водорастворимых ингибиторов протеаз в проточном экстракторе слоевого типа.

Научная новизна заключается в совершенствовании технологии переработки полножирного зерна сои в корм для сельскохозяйственных животных за счет его комплексной низкотемпературной подготовки с помощью водно-кислородной смеси в поле акустических ультразвуковых волн высокой интенсивности, что позволяет снизить в нем активность веществ антипитательной направленности с одновременным сохранением высокого качества запасного белка. Научная новизна проекта подтверждается патентами РФ № 115165 и № 130519.

Практическая значимость: в результате проведенных испытаний установлены математические закономерности содержания в зерне полножирной сои веществ антипитательной направленности при воздействии на него водно-кислородной смесью в поле акустических ультразвуковых волн высокой интенсивности с разработкой соответствующего метода подготовки и общей схемы технологического процесса и оборудования, позволяющих вырабатывать высокобелковую кормовую основу повышенной усвояемости.

Методика исследования включает теоретические исследования на основе положений биохимии, механики и физики. Экспериментальные исследования основаны на использовании стандартных и отдельно разработанных методик контроля качества, химического состава и реологических свойств семян с применением методов математического и статистического анализа. Основные положения, выносимые на защиту: • теоретическое обоснование технологического процесса переработки семян сои с целью повышения их кормовой ценности за счет окисления фермента уреазы и водного экстрагирования ингибиторов протеолитических ферментов;

• результаты экспериментальных исследований, обосновывающие технологические параметры и конструктивные решения (подтверждены патентами РФ № 115165 и № 130519);

• аналитические выражения для назначения технологических режимов, определения производительности технологии и устройства в зависимости от схемы обработки и физико-механических характеристик обрабатываемого сырья;

• результаты производственных испытаний предложенной технологии. Реализация результатов исследований: результаты комплекса научно-

исследовательских мероприятий по низкотемпературной переработке зерна сои с целью повышения его кормовых достоинств внедрены на ФГБНУ «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации».

Апробация работы: основные положения диссертационных исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова» в 2009-2013 гг., Международной конференции «Вклад молодых ученых в развитие АПК», посвященной 125-летию со дня рождения Н. И. Вавилова в 2012 г., Конкурсе научно-инновационных работ молодых ученых, посвященном 100-летию университета в 2013 г., VIII Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций, г. Саратов, 2013 г.

Публикации: результаты исследований опубликованы в 12 научных работах общим объемом 2,29 печатного листа из которых 1,89 печатного листа принадлежит лично соискателю. Три работы объемом 0,85 печатных листов опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получено 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литера-

туры и приложений. Работы изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц, 21 рисунок и 3 приложения. Список литературы включает 200 наименований из которых 10 на иностранных языках.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Проблема белка и пути ее решения

Белки - природные полимеры, молекулы которых представляют собой цепи аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями [62, 84]. Последовательность аминокислот образует первичную структуру молекулы, имеющую вид спирали. Пространственная конфигурация, образуемая спиралью, называется вторичной структурой. Ее особенность в том, что при скручивании радикалы аминокислотных звеньев оказываются направленными наружу. Это имеет значение для образования третичной структуры - конфигурации, которую принимает в пространстве закрученная в спираль полипептидная цепь. Взаимодействуя между собой, функциональные группы радикалов удерживают третичную структуру, а также дают молекуле возможность вступать в реакции с различными соединениями. Таким образом расположение и доступность функциональных групп обусловливает реакционную способность белка [184].

Белки - гидрофильные соединения [136]. Взаимодействуя с водой они набухают, увеличиваясь в массе и объеме. Набухание сопровождается растворением молекулы. Глобулярные белки могут полностью раствориться, образуя растворы с невысокой концентрацией [50]. Способность растворяться — фактор, определяющий усвояемость белков в процессе пищеварения [69].

Другое важное свойство белков - способность к денатурации, т. е. процессу, когда под действием высокой температуры изменяются вторичная и третичная структуры молекулы. Функциональные группы при этом меняют свое положение, а интенсивный нагрев обусловливает их распад. В результате способность белка к растворению падает, его усвоение затрудняется [63].

Белок имеет первостепенное значение в жизнедеятельности животных, выполняя пластическую, регуляторную и энергетическую функции. Первая заключается в том, что белок играет роль строительного материала в образова-

нии всех тканей и органов. Вторая - в том, что белок является основной составляющей ферментов, гормонов и иммунных тел. Третья - в том, что белки до определенной степени служат источником энергии. Потребность недойной коровы в белке составляет 500-800 г/сут, дойной — до 1500, молодой свиноматки-до 500 г/сут [17, 190].

Дефицит кормового белка ведет к тяжелым последствиям: снижается продуктивность животных, ухудшается качество продукции, замедляется рост молодняка. Вместе с этим увеличивается продолжительность выращивания и откорма, повышаются затраты кормов на единицу продукции, падает эффективность использования питательных веществ кормов [134, 178].

Белок может иметь животное, растительное или искусственное происхождение. Животный белок вырабатывают из побочных либо вторичных продуктов мясного и других пищевых производств [51, 80, 170, 171]. Учитывая, что организм животного не в состоянии производить ряд незаменимых аминокислот, выработка белка по данной схеме не может быть самостоятельной и должна рассматриваться лишь с позиций повышения эффективности использования ресурсов существующей кормовой базы [6, 35].

Химический синтез белковой молекулы затрудняется ее чрезвычайной сложностью: реализация подобной технологии на практике требует знания ее аминокислотного состава и структурных особенностей [54, 77, 78]. Поэтому в данной области перспективно получение белка на основе микробиологического синтеза, например, выработки кормовых дрожжей [172]. Недостаток таких производств также заключается в том, что они основаны лишь на переработке отходов: в роли питательной среды для дрожжей обычно выступают остаточные продукты гидролизных и целлюлозных предприятий.

В некоторых случаях недостаток белка компенсируют за счет карбамида и других аммонийных соединений, содержащих небелковый азот [8, 88, 145]. Микроорганизмы, находящиеся в рубце жвачных животных, обладают спо-

собностью преобразовывать его в аминокислоты. Однако, для животных с одним желудком (свиньи, лошади, кролики) подобные заменители белка не имеют никакой питательной ценности [76].

Исходя из вышесказанного, вынос рассмотренных производств в отдельный вид промышленности экономически нерационален. Устранение дефицита белка подразумевает развитие его первичных источников, к которым прежде всего относится растениеводство [85, 148]. Будучи организмами-автотрофами растения в отличие от животных способны утилизировать простые неорганические вещества и самостоятельно производить полноценный белок [135]. Именно это определяет растениеводство как естествен