Производство кормового белка из кукурузы
Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
.1 Биоэкологические особенности кукурузы
.2 Агротехника кукурузы
.3 Технология производства кормового белка из кукурузы
.3.1 Сырье кукуруза, используемая для производства кормового белка
.3.2 Характеристика одноклеточных микроорганизмов
.3.3 Культивирование кормовых дрожжей
Глава 2. Собственные исследования
.1 Материалы и методика исследований
.2 Результаты собственных исследований
.3 Обсуждение результатов собственных исследований
Глава 3. Аппаратурно - технологическое оформление
.1 Оборудование, используемое для производства кормовых дрожжей
.2 Автоматизация производственных процессов
Глава 4. Охрана труда
Глава 5. Экономическая эффективность
Глава 6. Охрана окружающей природы
Выводы
Введение
Основной причиной, сдерживающей рост продуктивности сельскохозяйственных животных, является слабая кормовая база и несбалансированность рационов по основным элементам питания, что отрицательно сказывается на росте производства продуктов животноводства, ведет к перерасходу кормов и росту себестоимости единицы производимой продукции.
Для получения высокой продуктивности от животных необходимо не только разнообразить кормовые рационы, но и обеспечить их биологическую полноценность. При этом особое внимание следует уделять белковой обеспеченности животных, тем более, что дефицит его в рационах животных в Республике Северная Осетия-Алания составляет около 15 тыс. тонн.
К сожалению, в нашей климатической зоне не удается вырастить на полях достаточное количество кормового белка.
Известно, что более половины растительного вещества, получаемого в сельском и лесном хозяйстве, является побочным продуктом, который используется лишь частично или выбрасывается. Это та часть растительной биомассы, которая из-за высокого содержания древесно-целлюлозных веществ не может быть непосредственно использована в питании человека или сельскохозяйственных животных. Тем не менее именно данную часть растительной биомассы можно считать значительным запасом неископаемого углерода на нашей планете. Кроме того, по мере использования ископаемых, в будущем, прогнозируется организация специальных плантаций, на которых будет осуществляться фотосинтез для получения сырья для химической и микробиологической промышленности. Поэтому на протяжении многих лет ведутся интенсивные исследования и поиски методов переработки и конверсии целлюлозолигниновых (ЦЛ) и крахмалсодержащих материалов в различные продукты: белок, биогаз, этанол, сахара, органические кислоты и др. Несмотря на множество возможностей использования растительной биомассы, дефицит белка в нашей климатической зоне заставляет в настоящее время концентрировать внимание исследователей на возможных путях конверсии целлюлозолигниновых (ЦЛ) и крахмалсодержащих материалов в кормовой белок. Одним из наиболее перспективных путей в этом направлении является производство кормовых дрожжей.
Известно, что более половины растительного вещества, получаемого в сельском и лесном хозяйстве, является побочным продуктом, который используется лишь частично или выбрасывается. Это та часть растительной биомассы, которая из-за высокого содержания древесно-целлюлозных веществ не может быть непосредственно использована в питании человека или сельскохозяйственных животных. Тем не менее именно данную часть растительной биомассы можно считать значительным запасом неископаемого углерода на нашей планете. Кроме того, по мере использования ископаемых, в будущем, прогнозируется организация специальных плантаций, на которых будет осуществляться фотосинтез для получения сырья для химической и микробиологической промышленности. Поэтому на протяжении многих лет ведутся интенсивные исследования и поиски методов переработки и конверсии целлюлозолигниновых (ЦЛ) и крахмалсодержащих материалов в различные продукты: белок, биогаз, этанол, сахара, органические кислоты и др. Несмотря на множество возможностей использования растительной биомассы, дефицит белка в нашей климатической зоне заставляет в настоящее время концентрировать внимание исследователей на возможных путях конверсии упомянутых материалов в кормовой белок. Одним из наиболее перспективных путей в этом направлении является производство кормовых дрожжей.
Цели и задачи исследования
Целью нашей работы явилось изучение возможности использования стебля кукурузы в качестве сырья для производства кормового белка.
Для выполнения поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи:
1.Составить методику исследований;
2.Изучить химический состав стебля кукурузы;
.Получить кормовой белок;
.Определить состав полученного кормового белка;
.Провести экономические расчеты.
биоэкологический кукуруза кормовой белок
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Биоэкологические особенности кукурузы
Ботаническое описание. Кукуруза (Zea mays L.) - однолетнее растение семейства Мятликовые, однодомное, раздельнополое, перекрестноопыляющееся.
Корневая система мочковатая, многоярусная, сильноразветвленная, способная проникать на глубину до 2,5 м. Распространяется в радиусе более 1 м. Кроме подземных узлов нижние узлы над поверхностью почвы образуют воздушные, или опорные, корни. Корни кукурузы имеют воздушные полости, свидетельствующие о повышенной чувствительности корней к наличию кислорода. Корневая система угнетается при плотности почвы более 1,3 г/см3 (П.И Сусидко, В.С. Циков., 1978).
Стебель кукурузы диаметром 2...6 см, хорошо облиствененный, прямостоячий, округлый, гладкий. Высота растений колеблется от 60 см до 5 м. Стебель состоит из заполненных сердцевиной междоузлий, разделенных утолщенными стеблевыми узлами; до 5 сближенных междоузлий находятся в почве. Кукуруза - одностебельный злак. До образования зерна сердцевина стебля может запасать до 8... 12 % сахара, затем его количество снижается с образованием в зерне запасающих углеводов (Г.С Посыпанов., 2006).
Початки (видоизмененные боковые побеги) располагаются в пазухах листьев, имеют укороченные междоузлия и видоизмененные листья, образующие обертку. Число полноценных початков на растении может быть различным. У современных гибридов, как правило, только один початок получает полноценное развитие.
Плод - зерновка, обычно голая. В зависимости от группы и сорта (гибрида) зерновки кукурузы имеют различную окраску - белую, кремовую, желтую, оранжевую, красную. В початке в зависимости от сорта и условий выращивания образуется от 200 до 1000 зерен. По пленчатости, величине и форме зерна, а также по распределению мучнистой и роговидной части эндосперма в зерновке различают следующие подвиды кукурузы: зубовидный, кремнистый, крахмалистый, сахарный, лопающийся, восковидный и пленчатый. Подвиды кукурузы имеют различное назначение и распространение (Н.Н Иванов.,1974).
В производстве кукурузы на зерно и на силос преобладают зубовидный и кремнистый подвиды, меньше выращивают крахмалистый, сахарный и лопающийся подвиды.
Требования к теплу. Кукуруза - теплолюбивое растение. Семена прорастают при 8-10°. Всходы появляются при температуре не ниже 10-12°. Прирост биологической массы прекращается при среднесуточной температуре ниже 10° (Г.Е Шмараев., О.Н Коровина., 1982).
Наиболее благоприятная температура для роста кукурузы 25-30°, у зерновых колосовых культур - 20-25° Растения кукурузы перестают расти в высоту при понижении температуры до 4-5° и при повышении до 45-48° (Э.С Бантинг., 1983).
В период формирования генеративных органов (выход в трубку- выметывание метелки) оптимальная температура 19-23°. Однако чрезмерно высокая температура в этот период значительно губительней, чем низкая, которая только задерживает прорастание пыльцы. На отрицательное влияние температур выше 24° в "критический" период развития кукурузы (10 дней до выметывания и 20 дней после появления метелок) указывают многие исследователи (В.В Хохлачев.,1989).
Заморозки 2-3° повреждают всходы, а осенью - листья. Кукуруза легче переносит весенние заморозки, чем осенние. Поврежденные всходы способны оправиться и в течение недели отрасти. Скороспелые сорта более северного происхождения лучше переносят пониженные температуры и заморозки, чем южные позднеспелые сорта и гибриды кукурузы. (Н.И Третьяков., 1985)
Сумма биологически активных температур, необходимая для созревания скороспелых сортов кукурузы, составляет 1800-2000°, среднеспелых и позднеспелых - 2300-2600°. Среднеспелые и позднеспелые гибриды различаются между собой по сумме температур, необходимой для достижения фазы выметывания метелки, практически требуют одинаковой суммы температур для прохождения последующих фаз. (Н.И Володарский., 1986)
Отношение к влаге. Кукуруза относится к сравнительно засухоустойчивым культурам, уступая сорго, суданской траве и просу. Благодаря мощной мочковатой корневой системе она энергично поглощает воду из почвы и экономно ее использует на образование единицы урожая сухой массы и зерна. Кукуруза относительно хорошо переносит засуху до фазы выхода в трубку. Связь урожайности с запасами почвенной влаги значительно повышается от момента посева к фазе выметывания (впоследствии она снижается). Недостаток влаги в почве снижает урожай зерна до 30-40%, при этом образуются мелкие початки с пониженным количеством зерен и через-зерницей, у части растений початки совсем не образуются. Растения кукурузы плохо реагируют на переувлажнение почвы, резко снижая урожай зерна и зеленой массы (С.И Слухай., 1974).
Отношение к свету. Кукуруза - светолюбивое растение короткого дня. Продолжительность световой стадии в зависимости от сорта (гибрида) - 30-40 дней. При продвижении культуры к северу прохождение световой стадии значительно затягивается. Быстрее всего она зацветает при 8-9-часовом дне. Продолжительность дня свыше 12-14 ч удлиняет вегетационный период кукурузы.
Кукуруза требует интенсивного солнечного освещения, особенно в молодом возрасте. Чрезмерное загущение посевов, засоренность их приводят к снижению урожая початков. При затенении кукурузы тормозится формирование органов плодоношения, увеличивается разрыв в цветении мужских и женских соцветий и количество бесплодных растений (Н.Н Третьяков., И.А Шкурпела., 1979).
Требования к почвенным условиям. Высокие урожаи кукуруза дает на чистых, рыхлых, воздухопроницаемых почвах с глубоким гумусовым слоем, обеспеченных питательными веществами и влагой, с рН 5,5-7. К ним относятся черноземные, темно-каштановые, темно-серые суглинистые и супесчаные, а также пойменные почвы. Почвы, склонные к заболачиванию, сильно засоленные, а также с повышенной кислотностью (рН ниже 5) непригодны для возделывания кукурузы.
Особенности минерального питания. Кукуруза усваивает много питательных веществ из почвы. На создание 1 ц зерна с соответствующим количеством листостебельной массы она потребляет в среднем 2,4-3 кг азота, 1 - 1,2 - фосфора и 2,5-3 кг калия. Урожай кукурузы зависит от обеспеченности растений прежде всего этими элементами питания.
Кроме азота, фосфора и калия в жизни растений большое значение имеют сера, кальций, магний, железо и микроэлементы (марганец, бор, медь и др.). (Н.Б Абубекиров., М.К. Каюмов, 1978)
Потребление элементов минерального питания растениями кукурузы в течение вегетации идет неравномерно, оно соответствует ходу накопления органического вещества и продолжается включительно до восковой спелости зерна. Азот имеет особенно большое значение на ранних этапах роста растений, в период от всходов до образования 4-5 листьев. В начальный период роста кукуруза предъявляет повышенные требования и к уровню фосфорного питания. Критический период в питании фосфором начинается с образования 3-4 листьев. Недостаток фосфора в первый период (до образования 10-го листа) в обмене веществ растений кукурузы имеют место необратимые процессы. Вот почему необходимо рядковое внесение удобрений и прежде всего содержащих фосфор (А.Л.Запорожченко,1978).
Особенности роста и развития. В начальный период (до образования первого надземного стеблевого узла) кукуруза растет очень медленно. Максимальный рост происходит перед выметыванием метелки: при благоприятных условиях 10-12 см в сутки. После цветения рост растений в высоту прекращается. Критическими периодами в формировании высокого урожая кукурузы являются фаза 2-3 листьев, когда происходит дифференциация зачаточного стебля, и фаза 6-7 листьев, когда определяется размер початка. Наиболее ответственны фазы развития кукурузы: формирование метелки, которое происходит у скороспелых, среднеспелых и позднеспелых гибридов (сортов) соответственно в фазе 4-7, 5-8 и 7-11 листьев (эти фазы совпадают с V этапом развития мужского соцветия); формирование початка, которое происходит у указанных гибридов по скороспелости соответственно в фазе 7-11, 8-12 и 11-16 листьев (эти фазы совпадают с V этапом развития женского соцветия). (Р.У.Югенхеймер,1979)
Обычно метелки начинают цвести на 2-3 дня раньше женских соцветий. При недостатке влаги, пониженных температурах этот разрыв увеличивается. Цветение отдельных цветков початка начинается с нижних цветков, перемещаясь к верхним. Все цветки початка отцветают за 5-7 дней. В зависимости от сортовых особенностей зерно созревает после оплодотворения за 55-70 дней. Засуха, переувлажнение почвы, недостаток минерального питания в период цветения и оплодотворения ухудшают оплодотворение, снижают озерненность початков. Максимальный вес сырой массы растений отмечается в фазе молочной спелости, сухого вещества - в конце восковой спелости (С.К.Эржибов, Н.С Леонова., 1973).
Продолжительность вегетационного периода у кукурузы колеблется от 75 до 180 дней и более. По длине вегетационного периода выделяют следующие группы гибридов (сортов) кукурузы: раннеспелые с продолжительностью от всходов до полного созревания зерна 80-90 дней (листьев на главном стебле 10-12), среднераннеспелые - 90-100 дней (12-14 листьев), среднеспелые- 100-115 дней (14-16 листьев), среднепозднеспелые-115-130 дней (16-18 листьев), позднеспелые-130- 150 дней (18-20 листьев), очень позднеспелые - больше 150 дней (более 20 листьев) (П.П.Домашнев,1992).
Формирование урожая зеленой массы и сухого вещества по фазам роста и развития кукурузы возможно. Очень быстро урожай нарастает в период перед выметыванием и во время выметывания метелок. После оплодотворения и завязывания зерен дальнейшее накопление урожая происходит за счет развивающихся початков (И.П Фирсов.,2006).
.2 Агротехника кукурузы