Российский научно-производственный коллектив, в составе которого работают сотрудники УрФУ, по заказу индустриального партнера «Промпроект инжиниринг» усовершенствовал технологию создания кормовых добавок (биопротеин) для аквакультуры. Суть технологии в том, что бактерии Methylococcus capsulatus питаются растворенными в воде метаном, кислородом, солями, стремительно размножаются и формируют биомассу. Затем биомассу сушат и добавляют в корма в виде гранул. Полученная учеными биомасса содержит до 71% белка (основа кормовых смесей), богата аминокислотами (содержит лизин, метионин, цистин, триптофан, аргинин, тиамин, рибофлавин), витаминами и микроэлементами, безопасна и легко усваивается. Процесс газовой ферментации ученые описали в научной статье в журнале Theoretical Foundations of Chemical Engineering.
В настоящее время индустриальный партнер ведет переговоры с компанией АО «Биотех» о лицензировании и внедрении разработанной технологии на промышленном уровне.
«Над созданием технологии при поддержке Российского научного фонда и Минобрнауки, Минпромторга России индустриальные партнеры работают с 2018 года. За последние три года были достигнуты значительные результаты, включая успешный запуск эжекционных и классических биореакторов с высокой эффективностью массопереноса, обеспечивающих стабильно высокую продуктивность биосинтеза. Экспериментально подтверждены характеристики произведенных образцов биопротеина, демонстрирующие перспективы для масштабного промышленного применения», — рассказывает главный научный советник проекта «Биопротеин» АО «Биотех» Максим Захарцев.
Как полагают эксперты, биопротеин может стать полноценной заменой рыбной муки в кормах для аквакультуры. Полученный российским коллективом продукт соответствует ГОСТу и не уступает, а по некоторым показателям и превосходит существующие премиальные добавки.
«Как показывает мировой опыт и наши собственные исследования, биопротеин является отличной добавкой для аквакультуры — карповых, осетровых, лососевых, креветок, — особенно на ранних стадиях выращивания, когда необходим быстрый набор массы и формируется иммунная система. Полагаем, наш продукт будет востребован и на российском, и на зарубежном рынках из-за соотношения качества и стоимости. По предварительным оценкам, цена на наш биопротеин будет сопоставима с ценой рыбной муки премиального сегмента и вполне может стать ее дополнением, так как содержит не только белок, но и другие полезные вещества», — добавляет Максим Захарцев.
Производство биопротеина на основе природного газа — перспективное направление на рынке кормовых добавок и альтернативных белковых продуктов. Потребности российского, китайского и других рынков оцениваются в 60 млн тонн ежегодно. Ключевые производители биопротеина на международном рынке — компании из США и Дании. В России в этой сфере работают три научно-производственных центра, один из которых — под руководством «Промпроект инжиниринг».
Над созданием технологии работали генетики, микробиологи, физики, математики, технологи научно-исследовательских центров. Работа специалистов УрФУ (велась при поддержке по программе «Приоритет-2030») заключалась в проведении расчетов: с помощью математических моделей и суперкомпьютеров физики прогнозировали поведение среды в реакторе.
«Наша научная работа сосредоточена на моделировании в сфере многофазной и вычислительной гидродинамики, биоинженерии в сфере газовой ферментации. Нам удалось оптимизировать режим работы смесителя, оптимальное соотношение газа и жидкости для максимально эффективного перемешивания. Так, мы смогли обеспечить устойчивое распределение размеров газовых пузырьков в биореакторе, что в конечном счете влияет на экономическую составляющую, безопасность работы аппарата и жизнедеятельность бактерий, их размножение», — поясняет ведущий научных сотрудник лаборатории моделирования многофазных физико-биологических сред УрФУ Илья Стародумов.
Одна из важных технологических проблем, которую решили ученые, — растворить метан в жидкости, что сделать непросто из-за гидрофобных свойств газа. Обычные ферментеры в таком случае не подходят, нужны специальные биореакторы. Эффективность и энергоемкость процесса, а соответственно, и стоимость готового продукта и конкурентоспособность на рынке в итоге определяют конструкция биореактора, настройка технологического процесса и характеристики, при которых газы превращаются в жидкость.
«Масштабирование требовало доработки, так как в промышленных крупнотоннажных установках процесс происходит иначе, чем в лабораторных. Упростило задачу моделирование, которое помогло просчитать и измерить различные факторы до апробации технологии в реальных условиях», — добавляет Илья Стародумов.
В создании технологии приняли участие специалисты МФТИ, ИТМО, МГТУ им. Баумана, УрФУ, ФИЦ биотехнологии РАН, ВНИРО Минсельхоз РФ, Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, ФИЦ Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
