Біохімічна характеристика відходів дріжджового виробництва

Основні відходи виробництва харчової промисловості (дріжджового) є СВ. До недавнього часу вони, вони, як і СВ інших харчових виробництв не розглядалися, як вторинна сировина. Деяку частку дріжджової бражки повертають у виробництво для виготовлення сусла, але це лише часткове вирішення проблеми утилізації СВ. СВ дріжджового виробництва складаються з відпрацьованого мелясного сусла (бражки) та промислової води. На підприємствах, що виробляють 20т дріжджів на добу втрачається 170 м³ води на охолодження та промивку, багато води використовується для інших технічних потреб. Кількість забору СВ становить біля 850 м³ на добу. В цю воду додають біля 3000 м³ умовно чистої води для зниження концентрації та скидання в каналізацію. В таблиці наведено склад та ступінь забруднення дріжджової бражки і загального стоку, розбавленого водою для скидання в каналізацію. В таблиці немає даних про вміст білка, амінокислот тощо, але значення БПК відображає ці показники і свідчить про те, що дріжджова бражка містить значну кількість органічних речовин для вирощування мікрорганізмів. Таблиця 12 Біохімічний склад СВ дріжджового виробництва

 Основна кількість СВ утворюється після І сепарування, а забруднення їх за БСК₅ становить 10000 мг/л. Таблиця 13 Біохімічний склад СВ після І сепарування

 Використання СВ дріжджових виробництв не потребує доказів. Доцільно для біотехнології використовувати СВ після І сепарування, або загального стоку без розбавлення умовно чистою водою. За нашими даними при метановому бродінні СВ дріжджових заводів утворюється 5-10 м³ метану з кожного м³ СВ. Якщо використовувати концентрований стік, то з 500 м³ його можна одержати 5 тис. м³ метану, що еквівалентно 5 тис. кг умовного палива (кам’яного вугілля або мазуту). На концентрованих стоках можна одержати біомасу м/о. Теоретично: за реакцією С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂ → 6 СО₂ + 6 Н₂О на 180 г глюкози необхідно 192 г О₂. 10 г БСК відповідає 9.4 г глюкози. Враховуючи, що 70 % речовин засвоюється, з яких біля 50 % - на енергію, можна одержати з 9.4 г органічної речовини біля 3.5 г біомаси (в перерахунку на суху речовину), тобто 3.5 т біомаси з 500 м³ СВ.

 Біохімічний склад відходів молочної промисловості

В попередньому розділі сказано, що СВ міських молочних заводів мають ХСК до 1400 мг/л, а СВ сирзаводів – до 3000 мг/л. Більш повні дані наведено у таблиці14. Таблиця 14 Біохімічний склад стічних вод підприємств молочної промисловості

 Основним джерелом живлення для мікроорганізмів в цих відходах є жир, азотовмісні речовини. Завислі речовини, очевидно, являють собою білкові речовини. Загальний азот вказує на наявність амінокислот. Детальне дослідження СВ молочного виробництва не проводилося, але й ці дані говорять про те, що вони є гарною вторинною сировиною для виробництва продуктів мікробного походження. Якщо в процесі виробництва максимально знижувати кількість води на розбавлення стоку, який йде в каналізацію, можливо в 2-3 рази підвищити концентрацію речовин в загальному стоку. Найімовірніше, що СВ молочних заводів можна використовувати для біотрансформації в горючий газ. Побічний продукт молочного виробництва – пахта – має дуже високе значення ХСК (більше 100 тис. мг/л) і є дуже цінним продуктом, але її незначна кількість не дозволяє використовувати її як вторинну сировину. Вона може бути використана, як добавка для інтенсифікації процесу утворення СН₄ з СВ. Найбільше значення як вторинна сировина має сироватка. В сироватку з молока переходить до 50 % сухих речовин. При переробці незбираного молока на тверді сири в сироватку переходить: до 14 % жирів, 20-25 % білків, 88-94 % лактози і до 65 % мінеральних речовин. Високу харчову цінність сироватки зумовлює не тільки білок, жир, лактоза, але й небілкові азотовмісні сполуки, органічні кислоти, вітаміни. З білків в сироватці є альбумін, глобулін; γ-казеїн повністю переходить у сироватку, оскільки, на відміну від α- і β-казеїну, не зсідається під дією сичужного ферменту. Склад молочної сироватки, %, наведено у табл.15. Таблиця 15 Склад молочної сироватки, %

В сироватці є всі незамінні амінокислоти, це важливо для культивування молочнокислих бактерій, тому, що вони вимагають наявності всіх незамінних амінокислот. Для інших мікроорганізмів це не має великого значення. Загальна кількість амінокислот – 2-5 %. В сироватці є сечовина, сечова кислота, екстрактивні речовини – креатин тощо. Тому сироватка є цінним поживним середовищем для розвитку будь-яких мікроорганізмів. В сироватці є органічні кислоти, які не наведені в таблиці. Вуглеводів, тобто лактози, в сироватці більше, ніж всіх інших речовин (72 % всіх СР). Відомо, що молоко багате вітамінами. При переробці молока лише частина вітамінів переходить в продукти, більшість їх залишається в сироватці. За водорозчинних вітамінів в сироватці залишається 88 % тіаміну, 72 % вітаміну С, 90 % нікотинової кислоти. Жиророзчинні вітаміни переходять у продукти (жир), але в сироватці залишається 11 % вітаміну А, 32 % - Е. В сироватці знайдено ферменти ліпази, амілази, каталази, лактази, протеази. Все сказане свідчить про те, що сироватка може використовуватись у 2-х напрямках: І – одержання різних продуктів – лактози, казеїну і т.д. шляхом ферментних технологій; ІІ – біотрансформація. Деякі біотехнології вже запропоновано (одержання спирту, молочної кислоти), але дуже перспективним є використання її для виробництва біогазу. За нашими даними з 1 м³ сироватки можна одержати 15-20 м³ метану. Завод, який переробляє 100 м³ молока на добу, може одержувати 1500-2000 м³ горючого газу (що еквівалентно 1.5-2 т кам’яного вугілля або мазуту). Це має дуже велике значення в енергетиці виробництва. Якщо до цього додати СВ, які можна переробляти в метан з додаванням сироватки, молочні заводи будуть одержувати велику кількість енергії.

 Біохімічна характеристика відходів м'ясного виробництва

 М'ясне виробництво має багато відходів, але, нажаль, біохімічний склад їх не вивчався, у зв'язку з тим, що вони не використовувалися для біотехнології, а перероблялися безпосередньо на виробництві (мається на увазі кров, кістка тощо). Такі відходи, як канига, використовувались на корм. Кератинова сировина перероблялася ферментним методом в амінокислоти. Але на м'ясокомбінатах є багато відходів для використання як вторинної сировини для біотрансформації. В першу чергу – це гній, якого багато утворюється на ділянках попереднього вміст худоби. Він використовується як добриво, але відомо, що гній можна піддавати метановому бродінню з утворенням великих кількостей біогазу. Є багато даних про метанове бродіння навозу на тваринницьких фермах. В багатьох країнах цим методом забезпечують енергією не тільки ферми, але й цілі райони (жителів). Якщо до цього додати СВ, які треба використати для одержання біогазу, то м'ясокомбінати могли б одержувати багато енергії для своїх потреб. Біохімічний склад СВ м'ясокомбінатів теж мало вивчений. Наші дослідження доводять, що з кожного м³ СВ можна одержати не менше 5 м³ біогазу. Тільки СВ могли б забезпечити біля 15 тис м³ СН₄. Таким чином, завод може задовольнити значні енергетичні потреби за рахунок біотрансформації відходів. До цього можна додати велику кількість біогазу, який можна одержати з осаду первинних відстійників, де накопичується багато білкових речовин, які, як відомо, добре підлягають метановому бродінню. Нажаль, цих дослідів поки що не проведено. До субстрату для метанового бродіння треба додати ще СВ, що утворилися при пресуванні каниги. Метановій ферментації можна піддавати і натуральну канигу, а потім осад після метанового бродіння використовувати на корм тваринам. При метановому бродінні в канизі накопичується багато вітамінів, рослинний білок перетворюється у повноцінний мікробний білок, органічні кислоти, які погано засвоюються тваринами перетворюються в метан.

 Біохімічна характеристика відходів цукрового виробництва

Це виробництво відрізняється тим, що первинна сировина майже не змінюється у технологічному процесі, з неї вилучається цукроза, а сировина подрібнюється і перетворюється в жом. В процесі вилучення цукрози з розчину залишається меляса. Це – найважливіший відхід, тобто сировина для біотрансформації, вона використовується в різноманітних мікробіологічних виробництвах. В процесі переробки розчину цукрози утворюються ще деякі відходи, але вони не мають важливого значення як сировина для біотехнології, хоча їх можна обробляти за допомогою мікроорганізмів з метою зниження їх шкідливих властивостей (осади, що утворюються на сатурації, дефекації). Залишається жом і СВ. Жом використовується на корм тваринам, але недоліки його в цьому відношенні відомі: складність транспортування, псування. Сушіння – дорого. Єдиний шлях біотрансформації жому – силосування за допомогою молочних заквасок. Таблиця 16 Склад бурякового жому, %

 Дані неповні, оскільки в жомі багато пектину, тут він входить до складу безазотистих речовин. Там же є невелика кількість сахарози. Пектинові речовини і інші вуглеводи добре розкладаються мікроорганізмами. Протеїн рослинний перетворюється у протеїн мікробний. Для тварин всі ці речовини мало ефективні у відношенні харчової цінності. Мікроорганізми при культивуванні на жомі розкладають пектинові речовини, геміцелюлозу і в певній мірі целюлозу, тому, що в жомі целюлоза більш придатна для споживання мікроорганізмами, можлива деструкція клітковини і геміцелюлози в жомі обумовлюється тим, що там мало лігніну, який оточує міцели целюлози і геміцелюлози. В жомі є АК, деяка кількість вітамінів, що поліпшує засвоєння цієї сировини мікроорганізмами. В жомі мало протеїну, але це недолік при використанні жому тваринами. Для розвитку мікроорганізмів достатньо інших речовин, які не засвоюються тваринами (пектини, целюлоза). Таким чином, при біотрансформації жому не відбувається втрата на ріст мікроорганізмів тих речовин, які можуть споживатись тваринами безпосередньо в жомі; на це втрачаються речовини, які не мають значення для тваринництва. Це є один з факторів ефективності біотрансформації жому.

 Біохімічна характеристика харчових відходів крохмале-патокового виробництва

Більшість відходів крохмале-патокового виробництва використовується на корм тваринам, проте є такі, що доцільно використовувати як вторинну сировину для біотехнології. Картопляна мезга – напіврідке середовище, тому рекомендується використовувати його не для вирощування мікроорганізмів, а в натуральному вигляді, або сконцентрованому в корм тваринам. Але в суміші з рідкими відходами може бути добрим субстратом для виробництва біогазу. Мезга – до 50 % крохмалю, 60 % протеїну. Все це легко перетворюється у метан. Клітинний сік містить: крохмалю – 10 %, мін. речовин – 14.5 %, решта – інші речовини (мінеральні солі тощо). Все це - у відношенні до СР. Концентрація СР соку становить 6 %. При такій концентрації СР недоцільно упарювання, тим більше – транспортування. Найкращий спосіб використання – як вторинна сировина для біотехнології. Така технологія є на деяких підприємствах, і слід продовжувати її впровадження. Кукурудзяна мезга – напіврідке середовище, про концентрацію СР не відомо, але її біохімічний склад говорить про те, що цей відхід є добрим середовищем для мікроорганізмів і може бути використана як вторинна сировина для одержання метану і збагачення вітамінами біомаси, а якщо цей відхід змішувати з кукурудзяним екстрактом, можна одержати багато метану. За літературними даними, в % до СР кукурудзяна мезга містить: Таблиця 17

 Кукурудзяний екстракт одержують при замочуванні кукурудзи. Раніше ми говорили при шляхи його використання. Це дуже цінна поживна речовина, її сушать і використовують в мікробіологічний промисловості для збагачення поживних середовищ. Але раніше ніхто не пробував переробляти його на біогаз. В рідкому кукурудзяному екстракті до 6 5 СР, всі ці речовини розчинні. Тому що екстрагуються в процесі переробки. Звичайно, там немає целюлози та інших нерозчинних речовин. Всі речовини добре придатні для біотрансформації. Для метанової ферментації кукурудзяний екстракт не треба упарювати, як це роблять в цей час для використання його в мікробіологічній промисловості або в кормових препаратах. Склад рідкого (натурального) кукурудзяного екстракту наведено у табл.18. Таблиця 18 Вміст речовин в кукурудзяному екстракті, %

 Ця вторинна сировина наближається, а може бути краще мелясної барди, де органічних сухих речовин біля 5 %, але там є речовини, які не розкладаються мікроорганізмами. Якщо на мелясній барді можна одержати біля 15 м³ біогазу з 1 м³ барди, то з кукурудзяного екстракту вихід метану буде більшим, тобто з 100 м³ екстракту можна одержати 2000 м³ метану, що відповідає 2 т умовного палива. Це значна кількість для покриття енергетичних потреб підприємства.

 Біохімічна характеристика відходів олійножирової промисловості

В олійножировій промисловості відходи специфічні, від відходів інших харчових виробництв вони відрізняються тим, що знаходяться в твердому, нерозчинному стані, що не придатний для використання в біотехнології. Це головним чином лузга (соняшників), бавовняне лушпиння і інші відходи у вигляді оболонок насіння. Проте потенційні можливості для вторинного виробництва в цій промисловості величезні, тільки для цього необхідна первинна підготовка. Така технологія існує (хімічна, термічна обробка), але вона дорога. Органічні речовини мезги представлені головним чином клітковиною – 56-69 %, невеликою кількістю жиру – 2.2-2.8 %, мінеральними речовинами – 2.7-3.0 % (під клітковиною мається на увазі сума целюлози, геміцелюлози, лігніну). У бавовняному лушпинні клітковини –48-51 %, до 3.6 % протеїну і багато безазотистих екстрактивних речовин –43-46 %. Більшість відходів виробництва жиру (після попередньої обробки насіння) містять жир, жироподібні речовини, що не придатні для споживання мікроорганізмами. Стічні води дають мало метану.

 V. Структура органічних речовин вторинної сировини

Склад органічних речовин не залежить від походження вторинної сировини. Багато вторинної сировини містить однакові компоненти, хоча й в різних кількісних співвідношеннях. Справа в тому, що вторинна сировина взагалі відрізняється за своїм складом від первинної сировини. В первинних технологіях вилучається або трансформуються лише деякі речовини, інші частково або повністю переходять у вторинну сировину. У відходах після первинної технології залишаються речовини, що важко розкладаються мікроорганізмами. Це обумовлює складність підбору мікроорганізмів для перероблення вторинної сировини і створює проблеми її переробки. Особливо це стосується рослинної сировини. Доступні вуглеводи легко переробляються в первинній біотехнології і мало переходять у відходи. Вуглеводи, що важко розкладаються мікроорганізмами, створюють проблеми утилізації відходів. З іншого боку, більшу частину всіх речовин рослинної сировини становлять саме вуглеводи, що важко розкладаються мікроорганізмами – целюлоза, інші полісахариди, геміцелюлоза, пектинові речовини тощо. Вторинна сировина виникає саме тому, що в первинній сировині є такі речовини. Вторинної сировини, мабуть, і не було б, якщо б усі вуглеводи первинної сировини перетворювалися в форму, яка добре засвоюється мікроорганізмами. З другого боку, на багатьох підприємствах вторинна сировина ніяк не може не утворюватись (грона винограду, лузга, висівки тощо). Звідси очевидно, що класифікація сировини на первинну і вторинну умовна . незалежно від того, яка сировина переробляється в первинній технології, ясно одне: вторинна сировина містить речовини більш складної структури ніж первинна. Ці речовини не являють великого інтересу, оскільки вони не мало значать у первинній біотехнології. У вторинній біотехнології, навпаки, це головне. Проте вторинна біотехнологія працює невеликий час і теж не використовує складні речовини ( вуглеводи та ін.), тому вивчення цих речовин, їх властивості, здатність до гідролізу мало вивчені. Такі речовини, як білки, розглядалися раніше лише як поживна речовина для людини. Біотрансформація цих речовин мікроорганізмами мало вивчалась. В зв’язку з розвитком біотехнології переробки відходів м'ясного виробництва – це питання набуває актуальності. Це важливо і в молочній промисловості. Процеси біотрансформації вивчають лише у відношенні сичужної деструкції казеїну. Цілком очевидно, що дослідженню ферментного розкладу складних речовин приділяють мало уваги.

 Вуглеводи

Головна роль у вторинній сировині належить полісахаридам. Особливе значення для структури і властивостей полісахаридів мають форми моносахаридів, що входять до складу полісахаридів. Від цього у великій мірі залежить і здатність полісахаридів до розкладу. Характерний приклад для цього є целюлоза і крохмаль. Вони складаються з одного і того ж моносахариду, який знаходиться у піранозній формі, зв’язаний однаковими зв’язками – 1-4, а відрізняються ці моносахариди лише тим, що в крохмалі глюкопіраноза знаходиться у α-формі, а в целюлози – у β-формі. На перший погляд, ця різниця незначна, але це обумовлює різку зміну властивостей: крохмаль є чудовим субстратом для більшості мікроорганізмів, людини і тварин. Целюлоза зовсім не розчиняється у воді, не засвоюється майже ніякими живими істотами, крім деяких мікроорганізмів. В зв’язку з цим ми вважаємо доцільним вивчати, в яких формах моносахариди входять до складу полісахаридів і звернути особливу увагу на так звані глюкозидний гідроксил, який обумовлює всі важливі властивості вуглеводів: утворення полісахаридів, дію ферментів на полісахариди тощо. Моносахариди входять до складу полісахаридів сировини лише в деяких формах, які і треба знати студенту. Але спочатку треба знати, як утворюються різні форми моносахаридів. Найбільш розповсюдженими моносахаридами в складі полісахаридів є гексози, в більшій мірі – глюкоза. Прості вуглеводи – це альдегідо- або кетоносполуки. Кето-форми – це ізомер альдегідної форми. В цій формі в сировині зустрічається лише фруктоза. Можна вважати, що в первинній і вторинній сировині харчової промисловості у складі полісахаридів зустрічається глюкоза і галактоза, причому глюкоза буває у двох ізомерах альдози (глюкози) і кетози (фруктози). Форми моносахаридів у розчині У вільному вигляді моносахариди існують у відкритій формі, наприклад глюкоза:  В такій формі у складі полісахаридів глюкоза не зустрічається ніколи, оскільки це неможливо. В розчині моносахариди знаходяться у циклічній формі. В розчинах утворюються містки між 1 та 4 і між 1 і 5 атомами вуглецю (у кетози – фруктози: між 2-4 та між 2-5). В залежності від цього – фуранозні і піранозні форми. При цьому у 1-го (у кетози – у 2-го) атому вуглецю утворюється ще один гідроксил, який має надзвичайне значення. Він називається глюкозидний гідроксил і може розташовуватись у 2-х положеннях відносно атому вуглецю, в залежності від цього утворюється ще 2 форми моносахаридів. Їх називають α- і β-форми. Таким чином глюкоза в розчині існує в 4-х формах: α- і β-фуранозній та α- і β-піранозній. Те ж саме відносно галактози та інших моносахаридів. Виходить, багато форм полісахаридів можуть існувати з 3-х моносахаридів – глюкози, галактози і фруктози, з яких побудовані всі полісахариди сировини. Однак в природі існують не всі ці форми, а саме: по-перше всі моносахариди зустрічаються тільки у піранозній формі, тільки фруктоза – у фуранозній. Глюкоза і галактоза зустрічаються у α- і β-піранозній формі, фруктоза – тільки у β-фуранозній. Якщо циклічні форми відображати так, як відображають фуранозні, піранозні та інші цикли речовин, то можна написати всі форми моносахаридів, які зустрічаються у полісахаридах сировини так: Як видно від форми глюкозидного гідроксилу залежить форма моносахаридів. Але дуже велике значення цього гідроксилу в іншому: всі зв'язки між залишками моносахаридів у полічахаридах утворюються за допомогою глюкозидного гідроксилу. Моносахарид зв'язується з іншим моносахаридом або з будь-якою речовиною тільки через глюкозидний гідроксил. Є багато речовин, до складу яких входять моносахариди, але вони не є вуглеводами. В усіх випадках моносахарид зв'язується через свій глюкозидний гідроксил, причому утворюється глюкозидний зв'язок. Зв'язок, що йде від другої речовини може бути не глюкозидним, але перший зв'язок обов’язково глюкозидний. Найважливішим є те, що ферменти, що розкладають полісахариди діють тільки на глюкозидні зв'язки. Щоб добре уявити дію ферментів на вуглеводи треба добре знати всі ці деталі структури моно- та дисахаридів. Полісахариди, що зустрічаються в сировині Всі полісахариди поділяються на оліго- та полісахариди. Тут ми зустрічаємося з явищем, про яке говорилося вище: мальтоза і целобіоза побудовані з глюкози (зв'язок 1-4) відрізняються лише формою глюкози. Але за властивостями мають величезну різницю: мальтоза – найкращий вуглевод, який дуже легко засвоюється всіма живими організмами, дуже добре розчинний у воді. Целобіоза – навпаки. З полісахаридів ІІ порядку (поліоз) найбільш розповсюдженим є крохмаль, але у відходах він міститься у невеликих кількостях, оскільки використовується в первинних технологіях. У вторинній сировині є целюлоза. > 50 % всього органічного вуглецю припадає на целюлозу. У деревині приблизно 50 % целюлози, у бавовні – 100 %. Структура: лінійний полісахарид. Молекули целюлози розташовані паралельно одна одній, між ними – водневий зв'язок (створює додаткову міцність целюлози). На ранніх стадіях росту рослин целюлоза має низьку ступінь полімеризації. Молекула целюлози не має певної довжини. Число залишків глюкози може бути від 150 до 14000 ( молекули бавовни – 1500, деревини – 8000-10000). Чим більша ступінь полімеризації, тим більш міцні молекули целюлози. Целюлоза в рослинах завжди супутня геміцелюлозі, лігніну, терпенам, смолам. При гідролізі целюлози поряд з целобіозою утворюються целотриоза та целотетроза. Геміцелюлоза. Міститься в оболонці рослин. Складається з полісахаридів – ксилану, поліуронових кислот (поліглюкуронової, манану, галактанів). Найбільш розповсюджені – ксилани. Кукурудзяні качани – 30 % ксилану. Велика кількість геміцелюлози в соломі, соняшниковій луззі, бавовняній шелусі, кукурудзяних качанах... Зв'язки між моносахаридами: 1-3, 1-2, 1-4, 1-6. Лігнін складається з залишків фенілпропану. Знаходиться у вигляді лігнінполісахаридного комплексу. В деревині, яка переробляється на спирт – 20-30 % лігніну. Це є відхід. З нього готують паливо. При сульфітній варці лігнін розчиняється і переходить в луг. Делігніфікація – обробка розчином сильного лугу. Деякі м/о здатні до руйнування лігніну (ферменти фенолоза, лактаза). Пектинові речовини містяться у жомі, вичавках яблук. З яблук одержують жом для кондитерського виробництва (Болгарія). В Україні –буряк, жом … Структура: Пектинові речовини не засвоюються організмом людини і тварин, але багато м/о засвоюють пектини. Їх багато в структурних полісахаридах льону, вони розкладаються за допомогою пектинредукуючих бактерій (Granulol. pectinoforum). Можна знайти м/о для застосування у вторинній біотехнології.

Білки вторинної сировини

Білки не застосовуються як первинна сировина. Але багато відходів містить білки, особливо відходи м'ясної, молочної промисловості, багато білків у відходах рослинного походження –пивоварна, спиртова промисловість тощо. Білки різного походження розрізняються за структурним і амінокислотним складом. Відомо, що рослинні білки неповноцінні за АК-складом. Як це відображається на здатності м/о до розкладу білків вторинної сировини та СВ? Це питання ніколи не виникало. Ми знаємо, що такі білки, як кератини, не розкладаються в звичайних умовах. Для їх розкладу необхідна підготовка, яка знижує міцність зв'язків в міцелах кератину. Міцність деяких білків обумовлена наявністю великої кількості дисульфідних зв'язків –S-S-. Дисульфідні зв'язки утворюються між поліпептидними ланцюгами за рахунок цистеїну: Кип’ятіння з сечовиною і іншими речовинами послаблює міцність –S-S-зв'язків, але руйнування їх можливе шляхом лужного гідролізу. Під дією лугу відбувається руйнування –S-S-: Руйнування –S-S- відбувається також під дією відновника: Подрібнення сировини поліпшує гідроліз кератину. Міцність кератину залежить не тільки від –S-S-зв'язків. Кератинові тканини мають І, ІІ і ІІІ структури. Кератинові поліпептиди у вторинній структурі є спіральні. Кожні 3 і 2 спіралі скручуються разом і утворюють третинну структуру – трьохжильні канати, які називаються протофібри. Протофібри упаковані в мікрофібри – ІV структура. Вона містить 11 протифібрів. При палінні і ін. способах руйнування кератинів утворює багато меркаптанів –R-SH. Кератини – повноцінні білки, тому використання їх як вторинної сировини дуже доцільно. Продукти хімічного гідролізу кератинів широко застосовуються у народному господарстві (піноутворювач, клей та ін.), але глибокий гідроліз руйнує деякі незамінні АМ. Слід відмітити, що звичайне нагрівання не приводить до поліпшення розкладу кератинів. Навпаки, при цьому руйнуються слабкі зв'язки, а –S-S- зв'язки залишаються без змін, внаслідок чого відбувається стискання, усадка кератинових тканин і вони стають більш міцними. Незалежно від міцності кератинів, вони при тивалому накопичуванні відходів на території підприємства підлягають гниттю. Справа в тому, що в кератинових відходах завжди є домішки білків м’язів, крові тощо, які добре споживаються м/о. Причому з'являються м/о, які руйнують –S-S- зв'язки між ланцюгами кератину, а потім здійснюють і більш глибокий розклад кератину з утворенням меркаптану і багатьох отруйних речовин. Цей процес, очевидно, можна здійснити в штучних умовах, але для цього потрібно дослідження. Багато білків у відходах молочного виробництва. Серед них є альбумін, глобулін тощо, у відношення яких не виникає проблеми розкладу м/о-ми. Особливу структуру має білок казеїн. За регламентом він повинен повністю осаджуватися і використовуватися для виготовлення продуктів, але частка казеїну переходить у відходи з цільного молока або разом з сироваткою. Ми знаємо, що м/о мають певну специфіку у відношенні казеїну. Засвоєння казеїну організмом людини і тварини також має особливості ( як і засвоєння лактози молока). Все це пояснюється тим, що природа передбачила споживання молока ( в т.ч. казеїну, лактози) на ранній стадії життєдіяльності людини і тварини в дитячому віці. З віком організм втрачає здатність до споживання складових речовин молока. Чому до цього так відносяться м/о не відомо. До речі, казеїн – більш повноцінний білок ніж альбумін і глобулін молока. В молоці казеїн знаходиться у вигляді казеїната Ca. Казеїн – фосфопротеїд, він містить фосфорну кислоту, яка приєднується до АК – серину: При наявності фосфорної кислоти (вільного, неорганічного фосфату) казеїнат Са може з’єднатись в казеїнат – кальційфосфатний комплекс (ККФК): Дія м/о на казеїн, очевидно, залежить від стану казеїну, але цього ніхто не вивчає.

Ліпіди відходів

Основну кількість ліпідів у відходах становлять жири. Зустрічаються також воски (у деяких сортах яблук, цитрусових). Відношення м/о до восків ніколи не вивчалося. З жирів у відходах є тверді і рідкі жири. Тверді – у відходах м'ясної промисловості, напівтверді – відходи молочної промисловості, рідкі – жиро-олійної промисловості. Жири – погано засвоюються будь-якими організмами і навіть м/о, але їх складові частини – гліцерин і жирні кислоти – дуже добре. Краще засвоюються ненасичені жирні кислоти – їх багато в рослинних жирах, в молочному жирі, в жирі м'ясопродуктів їх дуже мало або немає зовсім. Звідси – проблема переробки відходів, що містять жири. Для покращення гідролізу жиру на гліцерин і жирні кислоти можна здійснювати підігрів середовища, як це роблять при вирощуванні дріжджів на парафінах нафти. Можна застосовувати попередню обробку асоціацією ліполітичних м/о. Але все це потребує дослідження.

 Література

Вторичные материальные ресурсы пищевых производств. Справочник. М.1984

Забродский А.Г.Технологический контроль производствава кормовых дрожжей.на меласной барде. М. 1980

Залашко М.В., Л.С. Микробиологический синтез на молочной сыворотке. Минск 1976

Никитин Г.А. Метановое брожение в биотехнологии. К.1970

Никитин Г.А. Биохимические основы микробиологического производства. К.1997

Николаенко А.Ф. Организация безотходного производства в мясной промышленности. К.1991

Разуваев Н.И. Комплексная переработка вторичных продуктов виноделия. М.1990

 Храмцов А.Г. Молочная сыворотка. М.1990

Шифрин С.М.Очистка сточных вод предприятий мясной и молочной промышленности. М.1981

Экологчическая биотехнология. Под ред Фостера Л.1990

 Відходи виробництва і їх характеристика.

 Відходи - це непридатні для виробництва даної продукції види сировини її невживані залишки чи виникаючи вході технологічних процесів речовини (тверді, газ.подібні), що не уталізовані по розглядувальному виробництві та також в с/г та будівництві. Відходи класифікуються: за походженям (відходи виробництва і відходи споживання); за агрегатним станом (тверді, рідкі, газоподібні); за фізичним станом (матеріальні і енергетичні); за хімічним складом (відх.солей, кислот, лугів, органічних сполук, змішані і ін.); за дисперсністю (молекулярно іоні, колоїдні, грубо дисперсні); за токсичністю (токсичні і нетоксичні); за стійкістю (стійкі і нестійки); за об’єктом забрудненя (забруд.гідросферу, атмосферу, літосферу).

 ВМР М’ЯСНОГО ВИРОБНИЦТВА

 М’ясне виробництво – це високопродуктивне і багатовідхідне виробництво. Певна частка відходів використовується безпосередньо на м’ясо-копченості. В загальній технології м’яса є велика кількість мінітехнологій, які переробляють окремі частки (органи) тварин з одержанням біологічно –активних речовин, лікувальних препаратів тощо. Ці мінівиробництва не можна враховувати як вторинні виробництва, які переробляють вторинну сировину. Цю сировину, яку переробляють мінівиробництва, не можна вважати вторинною і навіть побічною сировиною. Це – едина сировина – тварина з усіма компонентами її організму. Але всі манітехнології можна віднести до побічних, тому що вони виробляють побічні продукти. До вторинної сировини м’ясного виробництва можна віднести кістки, сухожилля, хрящі, які застосовують для виготовлення м’ясо-кісткового борошна. Вторинною сировиною м’ясної промисловості є кератинові відходи – роги, копита, вовна, щетина, пір’я. Ці відходи містять до 90% білка. Це є сировина для виробництва різних продуктів, в тому чисі для мікропереробної промисловості. Але надзвичайна міцність кератину, яка обумовлена наявністю S-S- зв’язків, ускладнює використання цих відходів для ферментативної деструкції і трансформації. Кератинова сировина використовується для одержання рогового борошна, клею, аліфатичних кислот (препарат комплексамінд). Існує кислотний і лужний способи гідролізу кератину. Вони мають недоліки. При кислотному гідролізі одержують гідролізат аліфатичних кислот (А-кислот), який майже не містить рацематів (d-А-кислот), але при цьому руйнується трипт і частково середня, третична, цист. При лужному середовищі відбувається часткова рацемізація Акислот, але зберігається трипт і третинна. Руйнується цист. Кислотний гідроліз здійснюється соляною кислотою при високому тиску і температурі 150 ^оС. Гідролізат висушують і одержують комплексамінд (порошок). Його використовують як добавки в харчові продукти і в корм тварин. Лужний гідроліз здійснюється аміаком або сечовиною. Гідроліз продовжується декілька годин при температурі 130 ^оС . Готова продукція використовується як кормовий препарат. Частку кератинової сировини використовують як добавку до м’ясо-кісткового борошна після теплової обробки під тиском і подальшим подрібненням. У м’ясному виробництві є ряд відходів, які не використовують для виготовлення вторинної продукції, а вони в дійсності являють собою вторинну сировину. До таких відходів можна віднести каничу, білкові осади первинного відстою і СВ. Канича в наш час використовується як добавка в корм тварин у висушеному, силосованому або натуральному вигляді. З каничі можна одержати продукцію, збагачену повноцінним мікробіологічним білком. Вона придатна для споживання мікроорганізмів, тому що містить продукти напіврозкладеної клітковини, геміцелюлози та інші речовини рослинного походження. Дуже придатною вторинною сировиною для вирощування мікроорганізмів є білковий осад первинного відстою, але в наш час він не використовується. Доведено, що великі можливості для одержання біогазу та мікробіотину мають СВ м/к, але до цього часу вони не використовуються як вторинна сировина.

 ВМР МОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

Уявлення про ВР або «відходи» в молочній промисловості вельми відносне. Виробництво незбираної молочної продукції (пастеризоване молоко, топлене, кефір тощо) не залишає ніяких відходів (крім СВ). При виробництві масла, сиру, твердих сирів, навпаки, з молока вилучають нелику частку речовини молока, яка майже повністю переходить у відходи – сироватуа. Вона містить лактат, А-кислоти, залишкові білки, вітаміни. Це - вторинна сировина, якщо її застосовувати для переробки за допомогою біотехнологій. Але її використовують для одержання лактатів та білків. Це - не є вторинна продукція і це такі ж компоненти молока, як і масло. Тому технологія виробництва продукції з сиром не є вторинною технологією, це-частина комплексної технології переробки молока. В наш час набуває все більшого значення мікробіологічна переробка сироватки як вторинної сировини, але в більшості випадків залишаються інші шляхи її використанння. Найбільш часто із сироватки вилучається залишковий жир та білки. Залишки казеїну після одержання сиру називаються “казеїновим пилом” (до 0,5 % СВ). Майже стільки ж в сироватці залишається жиру. Ці компоненти вилучають і використовують в харчовій промисловості. Для цього застосовують механічні та фізико-хімічні методи: відстоювання, сепарацію (при зміні рН), теплову денатурацію. Одержану продукцію використовують для виготовлення плавлених сирів; жир, що вилучають із сироватки, використовують для одержання “підсирного масла”. Білки, що виділяються з молочної сироватки, одержують у вигляді альбумінів молока (5 -10 % СР), білкової маси (до 20 % СР), альбумінів сиру ( > 20 % СР). Альбумін молока використовують при виготовленні замінників жіночого молока. З нього готують різні кисломолочні продукти і напої. З альбумінів сиру готують “Альбумінові сирки”, “Альбуміновий мус” тощо. З сироваки (після звільнення від казеїнового пилу та жиру) готують різні концентрати, які використовують для виробництва безалкогольних напоїв. В усіх випадках використовують згущену, упарену сироватку, з якої готують також сироваткові пасти, сироватково-білково-овочеві ковбаси і навіть сурогат меду. Концентрати і суху сироватку використовують в харчовій промисловості (поряд з натуральною сироваткою). В усіх вказаних продуктах із сироватки головне значення мають білки сироватки. Але сироватка містить другий важливий компонент – лактозу. Вона використовується в різних напрямках, у тому числі для біотрансформації. Про це будемо говорити в подальшому матеріалі. Тут наведемо шляхи використання лактози сироватки, що грунтуються на фізико-хімічних методах. З лактози сироватки одержують галактозу. Для цього лактозу гідролізують сірчаною кислотою, одержують інвертний цукор, його упарюють, в наслідок чого викристалізовується галактоза, яка виділяється у чистому вигляді. З лактози сироватки одержують її аналог - лактулозу, яку широко застосовують в харчовій промисловості. Структура її не відома, але всі властивості добре вивчені. Вважають, що глюкоза лактози перетворюється у фруктозу. Це дійсно буває в лужному середовищі. Але є інші шляхи перетворення лактози в лактулозу. Хімізм цього не відомий. Одержання лактулози має велике значення, тому що вона добре засвоюється організмом дорослої людини. Відомо, що лактоза нормально засвоюється лише тоді, коли дитина потребує молока матері. З віком організм втрачає здатність до утворення ферменту лактази. Це велика проблема, яка перешкоджає споживанню продуктів з незбираного молока. Для вирішення цієї проблеми виробляють фермент лактазу і додають його до молочних продуктів. Можливо, що лактулоза розщеплюється в організмі іншими ферментами.

 ВМР ЦУКРОВОГО ВИРОБНИЦТВА

В цукровому виробництві, як і в молочному, є продукт – меляса, який формально являє собою відхід, але не може бути в дійсності таким, оскільки це – найважливіша сировина для багатьох галузей харчової та мікробіологічної промисловості. Мелясу не можна віднести і до вторинної сировини, тому що в умовах цукрового виробництва вона не викоритовується взагалі, а там, де вона використовується, вона являє собою основну, первинну сировину. Якщо говорити про шляхи переробки меляси як вторинної сировини, треба віднести велику кількість виробництв до категорії вторинних виробництв. Але якщо розлядати це в глобальному масштабі, то меляса є величезним ресурсом вторинної сировини харчового та інших виробництв, так як цей ресурс існує, поки існує виробництво цукру. В конкретних умовах окремого виробництва спеціалісти правильно вважали мелясу побічним продуктом виробництва. В цю категорію вони включили жом, рафінадну патоку. Щодо жому це, мабуть, не зовсім правильно. Відходами цукрового виробництва вважають часки буряку, що виникають внаслідок механічного руйнування (буряковий бій), хвостики, які не викоритовують для одержання цукру і.т.д. Все це не використовується як вторинна сировина, але можливість цього треба досліджувати. Фактично, в цукровому виробництві, крім меляси, нічого невикористовують як вторинну сировину, хоч можливість для цього є. Всі відходи попередньої обробки буряку та жом використовують у тваринництві. Тут, як і в інших виробництвах, що переробляють рослинну сировину, є проблеми транспортування, зберігання, які вирішуються за допомогою сушіння, силосування тощо. Ступінь засвоєння цих відходів твариною невисока, тому що вони містять клітковину, геміцелюлозу, пектинові речовини. Ці речовини не засвоюються тваринами, але їх споживають мікроорганізми і перетворюють на повноцінний білок (білкові речовини в цих відходах також неповноцінні). В подальшому ці відходи можуть стати вторинною сировиною для виробництва мікробіологічної продукції. Це стосується насамперед жому. До цього можна віднести жомо-пресову воду, яка потрапляє в значній кількості у загальний стік (СВ ІІІ категорії). На цукрових заводах накопичується велика кількість осаду у відстійниках, куди потрапляє велика кількість рідких відходів (СВ). Їх вважали лише як забруднювачі, але вони містять багато органічних речовин, які можуть підягати біотрансформації.

 ВМР КРОХМАЛО-ПАТОКОВОГО ВИРОБНИЦТВА

Крохмало-патокове виробництво об’єднує декілька виробництв: Картопляно-крохмальне, кукурудзяно-крохмальне, глюкозно-патокове та інші. Одним з основних відходів цих виробництв є картопляна мезга. Вона використовується на корм тваринам. Тут існують всі проблеми, про які говорилося вище. Вирішення цих проблем ті ж: сушіння, силосування, пресування тощо. Те ж саме можна сказати про картопляну мезгу відносно біотрансформації. Другий відхід - клітковинний сік. Він містить більше поживних речовин для мікроорганізмів, ніж багато з інших відходів переробки рослинної сировини. В багатьох країнах він використовується як вторинна сировина для мікробіологічного синтезу. В нашій країні існує підприємство по виготовленню клітковинного соку у вигляді упареного концентрованого або сухого препарату. Але таких підприємств небагато. Важливим відходом є кукурудзяний ензим, що одержують з рідини після замочування кукурудзи. Він виробляється в упареному і висушеному вигляді. Використовують в мікробіологічній промисловості як стимулятор росту мікроорганізмів у виробництві ферментів, А-кислот, вітамінів, антибіотиків. При переробці кукурудзи утворюється відхід – кукурудзяний задор. Він використовується для виробництва кукурудзяної олії. У виробництві крохмалю з кукурудзи утворюється відхід - глютен. При замочуванні багато білків (альбумін, глобулін, глютенін) переходять в кукурудзяний екстракт. Але основний білок – зеїн залищається і переходить в осад після розділення крохмало-білкової суміші. Цей осад називають глютеном, мабуть тому, що він містить багато глютенової кислоти, яку і одержують з глютену. З глютену одержують також зеїн, який використовують як піноутворювач замість яєчного білка в кондитерській промисловості (зефір, …). При виробництві крохмальної патоки утворюється фільтрувальний осад, що містить фільтрувальні матеріали – диатоміт, перліт та залишки органічної речовини. Аналогічний осад утворюється при виробництві глютену. Ці відходи використовують в кормах тварин. Вони мають велику кількість вуглеводів і можуть бути використані як вторинна сировина для вирощування мікроорганізмів, але це поки не здійснюється. Те ж саме можна сказати відносно відходів виробництва мальтози-мальтози (жмиха). Цінним відходом крохмало-патокового виробництва є гідрол, який утворюється при виробництві глюкози внаслідок ценрифугування утфелю (відокремлення кристалічних глюкозидів від домішок, наближених до меляси та рафінадної патоки). Використовується як позитивний додаток

 ВМР ОЛІЙНО-ЖИРОВОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

 Ця промисловість об’єднує групу виробництв: рослинної олії, маргарину, мила та інших мийних засобів, гліцерину. Сировина – насіння олійних рослин. Основні відходи – лузга, жмих (після пресування олії) або шрот (після екстракції). Ці відходи називають побічними продуктами. При подальшому обробленні олії утворюються відходи – госипол (при очищенні бавовняної олії), соапстік (при лужній рафінації олії). Різні відходи утворюються при перетворенні жирів у гліцерин та жирні кислоти, наприклад, гудрон (внаслідок перегонки продуктів гідролізу). Однією з найважливіших проблем переробки вторинної сировини в олійно-жировій промисловості є використання соняшникової лузги та бавовняної лушпини. Наявність в оболонках насіння лігніну та целюлози перешкоджає безпосередньому використанню цих відходів у тваринництві. Найпростіший спосіб використання – спалювання. Але спалювання вуглеводів недоцільно. В наш час широкого розвитку набуває виробництво кормових дріжджів на гідролізаті лузги та лушпини. Певна кількість соняшникової лузги використовується для виготовлення комбікормів для тварин (лузга містить 2,5-5,0 % олії). Бавовняну лушпину використовують часткого в кормовому тваринництві та для виробництва фурфуролу, лігніну, ксилози, спирту. Жмих і шрот містить протеїн, жир, тому використовується в кормовому тваринництві. Госипол – це пігмент, який міститься в насінні. Існують норми вмісту його в кормових продуктах. З олії його видаляють антраніловою кислотою (причому одержують антранілат госиполу, який використовують як антиоксидант у нафтовій промисловості). Соапстік – суміш милоподібної речовини – застосовується для боротьби з утворенням піни в мікробіологічному виробництві. Гудрон – не є вторинною сировиною. Він застосовуєтьтся у будівництві (доріг) як поверхнево-активна речовина, для флотації руд, при бурінні сверловин.

 ІІІ.ВТОРИННА СИРОВИНА ДЛЯ БІОТРАНСФОРМАЦІЇ

 Уявлення про те, що є вторинною сировиною в харчовій промисловості, залежить від стану розвитку виробництва всієї продукції, що в свою чергу залежить від можливості технології, яка застосовується для переробки відходів. Щодо рідких відходів (СВ), наприклад, склалось враження, що всі вони не можуть бути вторинною сировиною, а є лише джерелом забруднення, яке треба знищувати, тобто всі рідкі відходи (СВ) є неминучі втрати виробництва… Але це не так. До неминучих втрат можна віднести тільки малоконцентровані рідкі відходи (СВ). Щодо багатьох інших відходів харчової промисловості уявлення про спосіб їх переробки потребує змін. Вони давно використовуються як вторинна сировина виробництва вторинної продукції або як корм тваринам, але уявлення про те, які відходи треба переробляти за допомогою біотрансформації не відповідають дійсності. Проблема утилізації відходів з’явилась з самого початку розвитку харчової промисловості - було ясно, що в процесі переробки сировини використовуються лише окремі компоненти , більшість органічних речовин переходять у відходи. Переробка відходів більш інтенсивно починається в спільних виробництвах у молочній промисловості (утилізація молочної сироватки). В подальшому розвивались вторинні виробництва і на підставі відходів інших виробництв. Але в більшості випадків вторинна технологія лише частково вирішує проблеми утилізації відходів. Проте, відходи ряду виробництв можна піддавати неодноразовій переробці, хоч це не просто. Інтенсивний розвиток біотехнологій дає можливість зміни уявлень про використання відходів як вторинної сировини для біотрансформації. Доведено, що сильноконцентровані по ХПК рідкі відходи (СВ) можна піддавати біохімочистці з одночасним одержанням вторинної продукції – біогазу та мікробіологічних білків – біом. В харчовій промисловості є проблема мікробіологічного перетворення відходів, що містять ЦЛ-субстрат, інші полісахариди, пектинові речовини., кератини. Біотехнології переробки цих відходів вторинної сировини ще не мають достатнього набору мікроорганізмів, які добре руйнують ці органічні речовини. Але досягнення біологічної науки свідчать про те, що ця складність може бути усунена, і промисловість та народне господарство в цілому буде мати колосальну кількість вторинної сировини та можливість одержання вторинної продукції мікробіологічного походження. Враховуючи сказане, можна висловити наше уявлення про те, які відходи харчової промисловості слід роглядати в числі ресурсів вторинної сировини. Це уявлення грунтується на результатах наукових робіт та експериментальних данних, висвітлених в багатьох літературних джерелах, і не використовуються до цього часу. Найбільш вивченим відходом як вторинна сировина є барда спільних заводів (зерно-крохмаль і меляса). Технологія переробки цих відходів існує давно. Головний напрямок біотехнології- одержання кормових дріжджів. Попередником для розвитку вторинної біотехнології на цукрових заводах слугувала існуюча раніше технологія виробництва кормових дріжджів на відходах гідролізного та сульфо-спиртового виробництв… Вони не відносяться до харчової промисловості, хоч і виробляють спирт. Гідролізний спирт використовують не в харчовій промисловості, а на технічні потреби. Гідролізне виробництво стоїть близько до харчового щодо використання сировини. Відходи ряду харчових виробництв містять інертні полісахариди. Проблема їх біотрансформації не вирішується. Є думка, що такі відходи не треба піддавати біотрансформації за допомогою мікроорганізмів, якщо їх споживають тварини в натуральному вигляді. Але цей метод не слід вважати переважаючим. Це – помилка. Целюлоза, пентозани, петинові речовини тощо не засвоюються тваринами. Тільки в шлунку жуйних тварин є мікроорганізми, які частково перетравлюють ці полісахариди. Це – ті ж самі мікроорганізми, які можна застосовувати для розкладання полісахаридів технологічним шляхом. Але для цього потрібна відповідно підготовлена сировина. В гідролізному та сульфо-спиртовому виробництвах підготовку сировини до зброджування здійснюють шляхом хімічного гідролізу. Застосування бактеріальних технологій для біотехнології вторинної сировини в харчовій промисловості стримується її високою вартістю. В гідролізному виробництві це враховано у вартості первинної продукції – гідролізату. На вартість кормових дріжджів, які виробляються на гідролізній барді, це вже не впливає. Якщо гідролізу піддавати сировину для вирощування кормових дріжджів, це буде впливати на вартість даного кормового продукту. Проте, в наш час існують виробництва кормових дріжджів на целюлозних матеріалах (відходи сільського господарства), які попередньо піддають гідролізу. Чому це стало можливим? Очевидно тому, що це великі підприємтва. Крім кормових дріжджів вони одержують інші продукти з целюлозною сировиною. Все це є важливим фактором зниження собівартості кормових дріжджів. На харчових підприємтсвах, де є такі відходи, немає великих об’ємів вторинної сировини. Тому будувати складну вторинну біотехнологію недоцільно. Треба розробляти іншу, дешеву технологію попередньої переробки вторинної сировини для біотрансформації. Підставою для цього є те, що рослинні відходи харчової промисловості після переробки картоплі, овочів, плодів, ягід тощо, містять полісахариди в бактеріальній формі, що краще звільняє їх від лігніну та інших речовин, які зв’язують та утримують полісахариди від руйнування. По-друге: у зв’язку з невеликою кількістю речовин, що зв’язують полісахариди. Оболонки клітин рослинного походження краще руйнуються ферментами, що дає можливість підбору мікроорганізмів для вторинної переробки рослинних відходів харчової промисловості. У виробництві солоду та пива є відходи, які можуть бути вторинною сировиною для біотехнології. Солодові ростки використовують для одержання біологічно активних речовин. Але це не біотехнологія, а вилучення речовини фізико-хімічним методом. Солодові ростки використовують і в біотехнології як стимулятор розвитку мікроорганізмів, але це – не сировина, а лише додатки до основної сировини. У виробництві пива найбільше значення як вторинна сировина для біотехнології має пивна шрота. Про це буде сказано в подальшому розділі. До ВМР для біотехнологій можна віднести хмелеву шроту та білковий відстій. Вони не застосовуються в кормах тварин через наявність гірких речовин, але для біотрансформації тут немає ніяких перешкод. Субстратом для біотрансформації в цих відходах є рослинні білки, клітковина, пектинові речовини, геміцелюлоза та частки крохмалю і простих вуглеводів. У виробництві вина та соків є відходи, які можуть використовуватися безпосередньо для біотрансформації, але деякі з них потребують попередньої обробки. Велике значення щодо цього мають гребені, що залишаються після видавлення винограду. Вони містять клітковину та інші складні речовини, які повільно засвоюються мікроорганізмами, тому вони не підлягають біотрансформації, а використовуються безпосередньо в кормах. Але це не вирішує питання повного використання складних вуглеводів організмом тварин, тому що ніякі живі істоти, крім певних мікроорганізмів, не засвоюють цих речовин. Треба шукати шляхи перетворення цих відходів у повноцінну сировину для біотрансформації. Все це в певній мірі стосується таких відходів, як вижимки (після пресування винограду та подальшого пресування мезги), осадів після оклійки, зміцнення виноматеріалів та кон’ячної барди. Ці відходи містять речовини більш придатні для біотрансформації, ніж первинні відходи. Ще більш придатними для біотрансформації є гущеві і дріжджові осади. К. бродильна промисловість за характером технології та складом відходів стоїть близько виробництва хлібопекарських дріжджів. Відходи цього виробництва є після барди і СВ. Ці відходи (спільно) як загальний стік- скид в каналізацію, але ХПК цього стоку досягає декількох тисяч, цього достатньо для того, щоб використовувати їх як вторинну сироовину для біотехнології. Дріжджі одержують на мелясній барді, з якої вони споживають лише сахарозу. Майже всі інші речовини залишаються у відходах. Найбільша концентрація органічних речовин міститься в СВ після першої сепарації. Це і є основний відхід - післядріжджова барда. Її ХП досягає 10 тис. мг/л. В подальшому (після другої сепарації, після фільтрації дріжджів) ХП СВ знижується, хоч залишається високим. Всі відходи можна використовувати як сировину для біотехнології (окремо або у вигляді загального стоку). Але до цього часу їх розводять чистою водою для скидання у каналізацію. Великі перспективи використання в біотехнології має клітковинний сік картопляно-крохмального виробництва. В багатьох країнах він вже використовується як живильне середовище для вирощування мікроорганізмів, але в нашій країні цього поки що немає. У м’ясній промисловості окремі категорії СВ мають високу концентрацію органічних речовин (і ХПК), але в загальному стоку значення ХПК становить лише 2-3 тис. мг/л, але це відповідає тому, щоб використовувались СВ навіть у вигляді загального стоку для біотехнологій, тобто для виробництва біогазу. Це доведено науковими дослідженнями кафедри екології УДУХТ. Більш доцільно використовувати стоки окремо – по цехах – ковбасному, ЦТФ, після пресування каничу. Наступним прикладом використання СВ як вторинної сировини для біотехнології, за нашими даними, є СВ цукрового виробництва. Доцільність використання жому та жомо-пресованої води для біотрансформації доведено давно, але щодо СВ ІІІ категорії (загального стоку) не запропоновано нічого, крім їх знищення шляхом очистки. Нами запропоновано комплексну технологію їх очистки з попередньою біотрансформацією в метан та утилізацією мікроорганізмами біомаси на всіх стадіях очистки. Щодо молочних заводів, там вторинні ресурси для біотехнологій давно відомі. Це головним чином - молочна сировака. В технологічних регламентах передбачаються інші шляхи утилізації сировини – не біохімічні. Якщо так, то на молочних заводах не залишається вторинна сировина для біотехнологій, тому що СВ молочних заводів не придатні для цього. Проте, регламент у більшості випадків не виконується, утилізація сировини не відбувається на багатьох підприємствах. Отже, є можливість використання сировини для біотехнологій. Існують рекомендації для одержання спирту, молочної кислоти з використанням молочної сироватки, але можна переробляти сироватку в інші продукти за допомогою мікроорганізмів, наприклад, в метан, вітамін В₁₂ . Мало вивчені щодо відходів для біотехнологій виробництва хліба, олії та риби. У хлібопекарському виробництві таких відходів взагалі немає. У рибній промисловості проблеми переробки відходів не вирішені. Для біотрансформації відходи рибної промисловості не придатні через наявність великої кількості солі. У виробництві олії сировиною для біотехнології можуть бути тверді відходи, а саме: лузга, бавовняна а, оболонки насіння олійних культур. Для цього необхідно попередньо підготувати сировину, тобто піддати її гідролізу. Економічна доцільність цього залежить від вартості процесу гідродлізу.

 ІV. БІОХІМІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ВТОРИННОЇ СИРОВИНИ ЯК СУБСТРАТУ ДЛЯ БІОТРАНСФОРМАЦІЇ

В літературі є дані про біохімічний склад вторинної сировини, яка застосовується в біотехнології. Інші відходи, які можна застосовувати для біотехнології, поки не вивчені щодо цього, але загальну біохімічну характеристику їх можна уявити на підставі змін, які відбуваються в первинному технологічному процесі. Розглянемо характеристику найбільш відомої вторинної сировини.

 Спиртова мелясна барда

 При зброджуванні меляси у виробництві спирту відбувається перетворення вуглеводу (сахарози) в етиловий спирт та вуглекислий газ СО₂. Невелика кількість вугл., АК та інші речовини перетворюються в побічні та вторинні продукти, і частина органічних речовин витрачається. (до речі: побічні продукти спиртового виробництва є сив. Масло ……………. , вторинним – гліцерин, оцтова кислота ……………………). Всього в процесі спиртового бродіння використовується до 50 % СР меляси, останнє –переходить у відхід – мелясну барду. Біохімічний склад барди залежить від якості меляси, в певній мірі на це впливає технологічний процес.. Тому біохімічний склад меляси змінюється в досить широких межах (як видно з даних таблиці 1). Загальна концентрація СР в барді коливається в межах 7,5-9,2 %. Таблиця 1-Біохімічний склад мелясної барди

Із таблиці бачимо, що в барді багато органічних речовин (до 70-80%). Мінеральні – це неорганічні речовини. В барді від 3,5 до 6% органічного азоту, але це не значить, що весь він є джерелом живлення для мікроорганізмів. В барді багато азоту, який не потрібний у такій кількості мікроорганізмам. Основна кількість азоту міститься в бетаїнах. Кількість АК, тобто азоту АК, коливається в широких межах (від 3% до 6%). Цього органічного азоту достатньо для вирощування будь-яких мікроорганізмів, але склад АК не збалансований, оскільки половину всіх АК становить піролізонкарбонова кислота (ангідрид глутамінової кислоти), яка не потрібна в такій кількості для життєдіяльності мікроорганізмів і переходить у відхід. Редукуючих речовин залишається в барді від 4,5 до 6% від їх кількості в мелясі. Але редукуючі речовини лише на 50% є сахарами; останні – гуміни, глюкозиди, меланоїдини, які не здатні до біотрансформації. Найбільш придатними для споживання мікроорганізмів є органічні кислоти, серед яких до 30% є леткі і 70% - нелеткі кислоти. Біля 30% СР барди становлять неорганічні (зольні) сполуки (табл. 2). Це різноманітні речовини. Таблиця 2 - Неорганічні речовини мелясної барди