Сергей Белопухов, профессор Российского государственного аграрного университета — МСХА имени К. А. Тимирязева, д. с.-х.н., к. х. н., рассказал sfera.fm о том, как превращать зерно в лимонную кислоту и в целом о возможностях глубокой переработки зерна для производства необходимых аминокислот для животноводства и ингредиентов для пищевой промышленности путем применения химических и биотехнологий.
В связи с ростом в нашей стране урожайности сельскохозяйственных культур, получением рекордных урожаев зерна в последние годы на уровне от 130 до 150 и более млн тонн в год особенно остро встает вопрос о глубокой переработке зерна.
С учетом поставок зерна на мировой рынок 40-55 млн тонн, оставшийся объем зерна в стране распределяется на следующие нужды: на семена (14-17%), производство продуктов питания (30-33%), корма для сельскохозяйственных животных и птицы (50-60% или более 22 млн тонн), промышленную переработку (1,5-3%), и около 1% составляют технологические потери. Эти показатели, конечно, варьируют из года в год и зависят от множества факторов.
Как мы видим критическим направлением здесь является невысокий уровень глубокой переработки зерна.
С учетом изменяющихся агроклиматических условий, повышением среднегодовой температуры, ежегодным ростом объемов применения минеральных удобрений в России, внедрением инновационных сортовых агротехнологий выращивания сельскохозяйственных культур можно прогнозировать стабильное увеличение их урожайности и качества производимого зерна.
Современные сорта позволяют даже в условиях Нечерноземья получать высокие урожаи зерна. Например, в Тимирязевской академии в институте агробиотехнологии создан и внесен в Госреестр в 2022 году новый сорт озимой пшеницы Тимирязевская юбилейная с урожайностью до 86 ц/га. Сорт обладает хорошими хлебопекарными качествами.
Большое разнообразие хлебобулочных изделий, обладающих высокой биологической и питательной ценностью мы сегодня видим можем видеть на прилавках магазинов. Новую линейку продуктов функционального назначения мы создаем вместе со специалистами нашего технологического института. Пользуется большой популярностью хлеб, в состав которого входит льняная и конопляная мука, конопляный протеин.
Последний, как раз относится к продуктам глубокой переработки, обладает уникальным химическим составом, энергетической ценностью, быстро восстанавливает силы организма. При этом, оставшуюся биомассу после выделения протеина, нами рекомендовано использовать в качестве кормовой добавки (до 2-3%) с оптимальным аминокислотным и жирнокислотным составом в корма для сельскохозяйственных животных и птицы.
Увеличение объемов производства зерна будет ставить вопрос о возрождении и создании новых технологических линий для получения новых продуктов с высокой добавленной стоимостью, которые могут быть использованы в различных отраслях промышленности.
Такая продукция может быть получена при использовании химических и биотехнологий. К сожалению, в последние годы на это направление обращали недостаточное внимание, но сегодня время требует новых подходов, усовершенствованных технологий с высоким выходом конечного продукта.
Одним из реальных продуктов, который может быть получен из переработанного зерна — это лимонная (пищевая добавка Е330) и янтарная (пищевая добавка Е363) органические кислоты.
Эти кислоты являются сырьем для тонкого органического синтеза в химической промышленности, получения разных органических веществ, применяемых также в пищевой, фармацевтической промышленности.
Страна экспортирует ежегодно более 55 тыс. тонн лимонной кислоты. При этом, например, янтарная кислота, как продукт глубокой переработки зерна, может заменить многие синтетические полимеры типа полиэтилена, полипропилена, получаемые из природного сырья в виде нефти и газа. Она также может входить в состав биопластиков, мировое производство которых растет быстрыми темпами, и может превысить 7 млн тонн через два года.
Какие еще направления глубокой переработки могут представлять практический интерес для промышленности
Очевидно, что зерно и его глубокая переработка — это наиболее перспективный путь развития современных агро-, био- и химических технологий, поскольку мы снижаем использование наших природных невозобновляемых ресурсов, оставляя их будущим поколениям, а используем ежегодно возобновляемое растительное сырье.
Объемы этого сырья, как мы видим, исчисляются миллионами тонн ежегодно. Причем в процессе выращивания сельскохозяйственных культур сегодня мы имеем возможность управлять продукционным процессом.
Так, применяя высокоэффективные защитно-стимулирующие комплексы, разработка которых также проводится на кафедре химии нашего университета, на разных фазах развития растений, можно увеличивать содержание целевого химического компонента, например, повышать долю протеина в зерновых культурах на 2-3%, оптимизировать аминокислотный и жирнокислотный состав в зависимости от дальнейших целей использования переработанного зерна.
Это позволяет использовать химические и биотехнологии для производства так необходимых стране, в частности, для животноводства, аминокислот, прежде всего, лизина, треонина и других. С учетом того, в зерне одним из макрокомпонентов являются углеводы, то технологии глубокой переработки также настроены на выделение из зерна разных видов крахмала, глютена.
Последующая трансформация этих компонентов может быть направлена на получение таких важных для пищевой промышленности органических веществ, например, многоатомных спиртов как пищевых добавок: сорбит (Е420), ксилит (Е967), маннит (Е421) и других аналогичных веществ с более низкой в 1,5-2,5 раза калорийностью, по сравнению с сахаром.
Классическим способом глубокой переработки также является производство из зерна биоэтанола, который является растворителем и исходным сырьем для органического синтеза.
Таким образом, глубокая переработка зерна, особенно в перспективе его излишков, а также некондиционного является важным направлением ближайших лет химической и биотехнологической промышленности в России.
Белопухов Сергей Леонидович, Профессор, Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К. А. Тимирязева, д. с.-х.н., к. х. н., заслуженный изобретатель РФ, заслуженный деятель науки РФ, Лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники для sfera.fm
