Неизбежные спутники прогресса
Современная реальность такова: рост благосостояния и развития агросектора имеет свою оборотную сторону. Период с 2020 по 2024 год стал временем впечатляющего рывка для российских производителей растительного масла.
Однако параллельно с рекордными урожаями и тоннажем готовой продукции нарастала и сопутствующая волна. Объемы производства подсолнечного шрота, побочного продукта отжима, взлетели на ошеломляющие 64,5%, достигнув 7,9 миллионов тонн.
Лузги, той самой шелухи, стало больше почти на четверть — ее производство выросло до 2,8 миллионов тонн. Эти цифры – показатель горы материалов, которые нужно куда-то девать, поскольку они занимают пространство и создают экологические риски.
Традиционные пути, которыми промышленность пыталась справляться с этим потоком, сегодня похожи на попытки вычерпать воду из лодки дырявым ведром. Они работают, но лишь отчасти, и каждый имеет свои фундаментальные недостатки.
К примеру, лузгу часто сжигают в качестве биотоплива в котельных. Эффективность и безопасность процесса сильно зависят от переменчивого качества самого сырья, требуют его предварительной термической стабилизации и особых условий хранения.
Кроме того, над этим методом постоянно висят строгие экологические нормы по контролю выбросов. Производство из лузги пеллет (топливных гранул) или технических сорбентов — еще одно возможное решение, но оно упирается в технологические сложности и необходимость в серьезных капиталовложениях в оборудование.
С подсолнечным шротом, который наиболее массовый вторичный продукт, ситуация тоже далека от идеальной. Основной канал его использования сегодня — добавка в корма для сельскохозяйственных животных. Но это решение нельзя назвать ни эффективным, ни полноценным.
Питательная ценность такого шрота ограничена – у него мало аминокислот, пониженная усвояемость, а также в его составе могут присутствовать антипитательные вещества, что накладывает вето на скармливание некоторым категориям животных.
К тому же, для него жесткие требования к условиям хранения. Пищевое применение шрота, казалось бы, перспективно, но на деле оно ограничено нормативами по безопасности и чистоте, а также психологической неготовностью потребителя видеть в привычных продуктах ингредиенты, полученные из «отходов».
Так отрасль столкнулась с противоречивой ситуацией, когда производственные мощности наращиваются, а вместе с ними нарастает и груз проблем, связанных с побочными продуктами. Старые методы перестают справляться, а новые требуют нестандартного подхода.
«Диверсанты» на службе у промышленности
Аспирант АлтГТУ Денис Кожемякин предлагает свое решение борьбы с такими «отходами». Суть его работы — ферментативная биоконверсия.
Это использование природных катализаторов — ферментов — для целенаправленного «разбора» сложной структуры отходов на простые и полезные кирпичики.
Можно представить крепость из протеина и клетчатки, которой является лузга или шрот. Ферменты выступают в роли специальных диверсантов, каждый из которых обучен разбирать определенный тип «стены» или «балки». В результате получаются сахара (редуцирующие вещества) и аминокислоты (аминный азот) — идеальные компоненты для питательных сред, на которых в биотехнологической промышленности выращивают полезные микроорганизмы.
Главное достоинство этого пути — его гибкость и экономическая обоснованность. Технология не предъявляет завышенных требований к изначальному качеству сырья. Это значит, что перерабатывать можно практически любые партии лузги и шрота, что кардинально упрощает логистику и внедрение процесса на действующих предприятиях.
В исследовании ученый с командой используют сырье с Барнаульского маслоэкстракционного завода и отечественных ферментных препаратов.
Первым объектом внимания стала подсолнечная лузга. Ее главная характеристика — огромное, до 55%, содержание клетчатки, часть которой представлена лигнином — природным полимером, крайне устойчивым к расщеплению.
Чтобы помочь ферментам, исследователи применили предварительную щелочную обработку сырья, которая «разрыхляет» эту сложную структуру.
Затем вступают цитолитические ферменты, задача которых — разлагать клетчатку. После скрупулезных испытаний нескольких препаратов по отдельности была создана оптимальное средство — мультиэнзимная композиция. Математическое моделирование помогло найти баланс между дозировками, временем и температурой.
Результаты получились конкретными и измеряемыми. Для лузги удалось добиться выхода в 28 граммов редуцирующих веществ на литр суспензии. На практике это означает, что из каждой тонны лузги можно получить десятки килограммов сахаров, пригодных для производства питательных сред. Процесс занял 20 часов при температуре 50 градусов — такие условия считаются энергоэффективными.
Работа со шротом дала комплексный результат. Помимо 26 граммов редуцирующих веществ, из того же объема был получен ценный аминный азот в количестве 60 миллиграммов. Это говорит о том, что сырье расщепляется полноценно — и на сахара, и на компоненты белка. При этом весь процесс занял всего 10 часов, что вдвое быстрее, чем для лузги, и существенно увеличивает потенциальную производительность.
Эти цифры важны для технологичного производства. Зная выход продукта с литра и время цикла, можно рассчитать, сколько сырья нужно переработать для получения заданного количества питательной среды, и оценить затраты на этот процесс.
Замкнутый цикл для прибыли
Разработка – это прямой путь к решению экологической проблемы. Технология предлагает не утилизацию, а 100%-ную глубокую переработку, полностью исключающую образование новых отходов.
Также это экономическая выгода для предприятий. Лузга и шрот перестают быть частью расходов на утилизацию и превращаются в сырье для производства высокомаржинальной продукции — питательных сред для биотехнологий, спрос на которые постоянно растет.
Кроме того, это вклад в импортозамещение. Работа велась с российскими ферментными препаратами, а сама методика может быть масштабирована на любом маслоэкстракционном предприятии страны.
«Ферментативная биоконверсия является перспективной альтернативой традиционным способам переработки, — говорит Денис Кожемякин. — Целенаправленное применение ферментных препаратов позволяет эффективно воздействовать на основные структурные компоненты сырья — клетчатку и протеин. А использование оптимизированных мультиэнзимных композиций дает на выходе гидролизаты с предсказуемо высоким содержанием целевых веществ».
