Использование вторичных перопуховых ресур-сов в не переработанном виде приводит к потере до40 % ценных питательных веществ. Более 70 % ре-сурсов скармливается животным в первоначальномвиде. Только 15–20 % подвергаются промышлен-ной переработке, что приводит к выработке около1,0 млн. т продукции в год [1]. Из-за нерациональ-ного и недостаточного использования вторичныхсырьевых ресурсов теряется большое количествосодержащихся в них ценных веществ [2].Перспективным является биотехнологическийспособ переработки, основанный на способностимикроорганизмов использовать перо и пух в качествеосновного субстрата [3]. Способ представляет собойинновационную альтернативу классическим спосо-бам утилизации кератинсодержащих отходов.Известно, что кератинолитические актиноми-цеты выделялись из нативных субстратов, такихкак почва, водоемы, а также из тел животных:Streptomycesrimosus, S. griseus, S. roseochromogenes,S. praecox, S. parvus, S. scabies, S. griseoluteus,Nocardiarubra, S. microvlavus, S. globisporusvulgaris[4–6]. Кератинолитическая активность установ-лена для почвенных грибов: Penicilliumrubrum,Penicilliumlilacium, Fusariumnivale. Это кера-тинофильные грибы, использующие кератинв качестве источника питательных веществ иэнергии [4, 7]. Известны культуры Candidaalbicans,Trichophytonmentagrophytes, Fusiformisnodosus,Trichophytonschoenleini, Trichophytonrubrum, которыевыделяют ферменты, расцепляющие кератин [8]. Вы-явлено активное использование кератинсодержащегоматериала фенотипами Trichophytonterrestre. Рядисследований по выделению кератиназы проведен сTrichophyton mentagrophytes [9, 10]. Кератинолити-ческая активность наблюдается у ряда других стреп-томицетов (Streptomyces Sp.A11, Streptomyces pactumDSM 40530, Streptomyces fradiae, Streptomyces sp. S.K1-02, Streptomyces chromogenes s. graecus ЛИА 0832,Streptomyces lavendulae ВКПМ s-910) [11]. Бактериирода Bacillus способны продуцировать кератино-литические ферменты в постэкспоненциальном истационарном периодах роста. Секреция кератино-литических ферментов сильно зависит от наличия впитательной среде необходимых компонентов и отсоотношения источников азота и углерода, а такжеприсутствия легко метаболизируемых сахаров (глю-козы, лактозы или мальтозы) [5, 12, 13].Однако лишь незначительную часть микроор-ганизмов, использующих кератин в качестве един-ственного источника углерода, азота, серы и энергии,можно использовать для обеспечения безопасногопроцесса биоконверсии кератинсодержащих отходовв полезные конечные продукты.Авторами собран консорциум кератинолитическихмикроорганизмов, состоящий из штаммов: Bacilluslicheniformis B-740, Bacillus pumilus B-508, Bacillussubtilis ATCC 6051, Streptomyces albidoflavus ATCC25422. Исследование кератинолитических микроорга-низмов и их ферментов представляет собой актуальноенаправление научных изысканий, подразумевающихкак фундаментальный аспект, так и значительныйбиотехнологический потенциал. Кормовые добав-ки, полученные биотехнологическими способами, вприкладном значении – это наиболее перспективныеисточники аминокислот. Это делает их привлекатель-ным объектом для будущих исследований.Одним из основных этапов при производстве кор-мов и кормовых добавок для сельскохозяйственныхживотных и птиц является их обезвоживание (сушка).Среди применяемых сегодня инженерных реше-ний и процессов для получения сухих кормов распы-лительная сушка обладает явными преимуществами:– непродолжительным временем воздействия грею-щего агента на продукт (не более 20 мс) и контролемтемпературы на выходе, что позволяет избежать про-цесса термического горения с образованием токсич-ных веществ;– наличием фильтра, улавливающего мельчайшиечастицы высушенного продукта. Это позволяет избе-жать наличия кормовой взвеси в воздухе помещения;Abstract. Down and feather waste represents a promising source of feed protein. The main component of feather is protein,predominantly β-keratine. Keratin is a mechanically durable and chemically unreactive protein with cistein, glutamine, and proteinas dominating amino acids in its structure. According to the chemical composition (amino acid content, balance of micro-andmacronutrients), the feather raw material is a valuable source of nutrients as a component of feed additives. The aim of this work wasto analyze the efficiency and selection of parameters of spray drying of hydrolysate of feather and down waste products. Dry feedadditives obtained by spray drying have a lot of advantages, such as dosing accuracy, compactness, storage time, and a possibilityof targeted use in dissolved form. In addition, they are easy to package and transport. The most important quality indicators of feedadditives include the mass fraction of moisture and the yield of the finished product. The main parameters of spray drying that affectthe mass fraction of moisture and the yield of the final product are the drying temperature, aspiration (air flow rate), and the rate ofsolution feeding to the installation. According to the experiment conducted, the spray drying temperature of 70.0 ± 5.0°C causedno loss of essential amino acids. In addition, no undesirable substances were formed, unlike in other technologies that use hightemperaturetreatment (90–120 ± 5.0°C) and hydrolysis, which reduces the biological value of the feed product. This temperaturewas found optimal for keratin hydrolysates during drying. The optimal value of the parameter of the solution flow rate was6.5 ± 0.5 ml/min. The optimal range of air flow rates during spray drying of hydrolysates of feather raw materials was20.0 ± 5.0 m3/h. This temperature provides the maximum yield of the finished product and the minimum mass fraction of moisture.Keywords. Keratinase, biotechnology, pen recycling, feather waste, spray drying, feed additiveFor citation: Piskaeva AI, Babich OO, Yang Yong. Impact Analysis and Selection of Spray Drying Parameters for Dawn and Feather ProteinHydrolysates. Food Processing: Techniques and Technology. 2019;49(3):390–396. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2019-3-390-396.392Piskaeva A.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 3, pp. 390–396– отсутствием катализаторов и стабилизаторов про-цесса сушки. Это непосредственно влияет на каче-ственный состав кормовой добавки;– возможностью инактивации протеолитическихферментов в мягких условиях без добавления хими-ческих агентов.К числу преимуществ сухой кормовой добавки,полученной с использованием распылительной суш-ки, относятся: точность дозирования, компактность,удобство упаковки и транспортировки, длительностьхранения и возможность целевого применения в рас-творенном виде.Таким образом, распылительную сушку целесоо-бразно использовать для обеспечения процесса пере-работки перопуховых отходов в кормовые добавки.Цель работы заключалась в анализе эффектив-ности и подборе параметров распылительной сушкигидролизатов перопуховых отходов.Объекты и методы исследованияСушку растворов вели на установке распылитель-ной сушки, модель Mini Spray Dryer B-290 (Buchi,Швейцария), с возможностью регулировки скоростирабочего раствора и распыляющего потока газа.Установка позволяет получать готовый продукт сразмером частиц 1–25 мкм. Материалы, вступающиев контакт с продуктом: кислотоустойчивая нержаве-ющая сталь, боросиликатное стекло, силикон. Схемаустановки приведена на рисунке 1.Нагрев газа, который подается в корпус сушилкии двухпоточной форсунки (1), производит микропро-цессорная автоматика Fuzzy-logic (2), оснащеннаяцифровым дисплеем и температурным датчикомPT 100, обеспечивающим надежность и точность приизменении температурного параметра. Исходныйраствор пропускается через форсунку, которая рас-пыляет его на мельчайшие капли. Затем капли попа-дают в сушильную камеру (3), где непосредственнопротекает процесс распылительной сушки.Частицы сухого продукта, подхваченные потокомгаза, переносятся в циклон (4) для осуществления ихразделения под действием собственной силы тяже-сти. Распылительная сушилка оснащена текстильнымвыходным фильтром (5), который удерживает мелкиечастицы, а также оборудована аспиратором (6) длясоздания потока воздуха во всей установке.Основными параметрами, влияющими на пока-затель массовой доли влаги, размер частиц и выходконечного продукта, согласно технической докумен-тации к установке распылительной сушки Mini SprayDryer B-290 (BUCHI Labortechnick AG, Швейцария),являются температура сушки, аспирация (скоростьпотока воздуха) и скорость подачи раствора в уста-новку. В соответствии с этим варьировали данныепараметры при сушке гидролизатов кератина.Размер частиц определяли микроскопированиемобразцов высушенных гидролизатов с применениеммикроскопа AxioVert.A1 (Carl Zeiss AG, Германия).Массовую долю влаги определяли поГОСТ 13496.3-92 «Комбикорма, комбикормовое сы-рье. Методы определения влаги».При изучении состава и свойств кормовой добав-ки определяли органолептические, физико-химиче-ские и микробиологические показатели, токсичныеэлементы, а также аминокислотный состав.Определение внешнего вида, цвета и запаха про-водили органолептически: образец кормовой добавкимассой 100 г помещали на лист белой бумаги, имею-щий гладкую и чистую поверхность, тщательно пере-мешивали, после чего разравнивали тонким слоем наповерхности бумаги. Определяли запах, внешний види цвет, рассматривая при естественном освещении.Определение крупности кормовой добавки произ-водили следующим образом: отбирали образец массой100 г и помещали его на лабораторное сито для рассе-ва, плотно закрыв крышкой и установив на рассевоч-ной платформе. Просеивание вели в течение 10 мин,скорость 200–210 колебаний/мин. После просеиванияостаток взвешивали. Погрешность не более 0,1 г.Массовую долю остатка на сите в процентах вы-числяли по формуле:где m – масса навески анализируемого продукта, г;m1 – масса остатка на сите, г.Микробиологические показатели определяли поГОСТ 25311-82 «Мука кормовая животного проис-хождения. Методы бактериологического анализа» и«Правилам бактериологического исследования кор-мов» (утв. ГУВ МСХ СССР 10.06.1975г.)Содержание токсичных элементов определяли поГОСТ 30692-2000 «Корма, комбикорма, комбикормо-вое сырье. Атомно-абсорбционный метод определе-ния содержания меди, свинца, цинка и кадмия».Рисунок 1. Схема установки распылительной сушки:1 – распыляющая форсунка; 2 – нагреватель Fuzzy-logic;3 – сушильная камера; 4 – циклон; 5 – выходной фильтр;6 – потоковый аспираторFigure 1. Scheme of the spray drying unit: 1 – spray nozzle;2 – Fuzzy-logic heater; 3 – drying chamber; 4 – cyclone; 5 – outputfilter; 6 – stream aspirator2040608010012050 60 70 80 90Выход продукта, %Температура сушки, °С1 2-10-505101520255 6 7 8 9 10 11Масова доля влаги, %размер частиц, ммСкорость подачи раствора, мл/мин1 2 340506070809010 15 20 25 30Выход продукта, %Скорость потока воздуха, м3/ч1 2393Пискаева А. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 3 С. 390–396Математическую обработку результатов прове-денных исследований проводили с использованиемметода регрессионного анализа и применением пол-нофакторного планирования, градиентного метода,метода наименьших квадратов и линейного програм-мирования. Графические зависимости, представлен-ные на рисунках экспериментальной части работы,приведены после обработки результатов исследова-ний по методу наименьших квадратов и реализованыв Microsoft Excel и MatLAB 6.5.Результаты и их обсуждениеК наиболее важным показателям качества кор-мовой добавки относится массовая доля влаги.Количество влаги определяет такой показатель, какэнергетическая ценность продукта. Чем больше зна-чение массовой доли влаги, тем ниже содержаниеполезных сухих веществ, таких как белки, жиры,углеводы и др. в единице массы продукта. В теснойсвязи с показателем массовой доли влаги находитсяустойчивость продукта в процессе хранения и транс-портировки, а также его пригодность для дальнейшейпереработки. Это связано с тем, что избыточная влагаявляется катализатором различных ферментативныхи химических реакций, протекающих в продукте,а также приводит к активизации деятельности ми-кроорганизмов, вызывающих порчу продуктов, вчастности плесневение. Вышесказанное определяетважность контроля данного показателя в процессесушки гидролизатов. Помимо массовой доли влагиисследовали зависимость выхода конечного продуктаот параметров распылительной сушки. Под выходомпродукта понимают количество готового продукта впроцентах от массовой доли сухих веществ в исход-ном растворе.Основными параметрами, влияющими на по-казатель массовой доли влаги и выход конечногопродукта, являются температура сушки, аспирация(скорость потока воздуха) и скорость подачи раство-ра в установку. На рисунке 2 представлены эмпири-ческие зависимости выхода конечного продукта имассовой доли влаги от температуры сушки.В комбикормах содержание влаги не должно пре-вышать 14,5–15,0 %, в белково-витаминно-минераль-ных кормовых добавках – 14,0 % [14].Из рисунка 2 видно, что выход готового продуктамаксимален в интервале температур 70–80 °С, а мас-совая доля влаги соответствует требованиям норма-тивной документации в интервале 33–60 °С.Следовательно, оптимальным значением темпера-туры для сушки гидролизатов перопуховых отходовявляется интервал 60–90 °С. Однако в промежутке80–90 °С отмечено уменьшение выхода готовогоРисунок 2. Зависимости массовой доли влаги и выходапродукта от температуры сушки гидролизатов: 1 – выходпродукта; 2 – массовая доля влаги, P < 0,05Figure 2. Effect of the drying temperature of hydrolysates on the massfraction of moisture and product yield: 1 – product yield; 2 – massfraction of moisture, P < 0.05Рисунок 3. Зависимости массовой доли влаги, выходапродукта и размера частиц гидролизата от скорости подачираствора в установку: 1 – выход продукта; 2 – массоваядоля влаги; 3 – размер частиц, P < 0,05Figure 3. Effect of the solution feeding on the mass fraction ofmoisture, product yield, and size of hydrolysate particles: 1 – productyield; 2 – mass fraction of moisture; 3 – particle size, P < 0.05Рисунок 4. Зависимости массовой доли влаги и выходапродукта от скорости потока воздуха: 1 – выход продукта;2 – массовая доля влаги, P < 0,05Figure 4. Effect of the air flow rate on the mass fraction of moisture andproduct yield: 1 – product yield; 2 – mass fraction of moisture, P < 0.052040608010012050 60 70 Выход продукта, %Температура 1 -10-505101520255 6 7 8 9 10 11Масова доля влаги, %размер частиц, ммСкорость подачи раствора, мл/мин1 2 340506070809010 15 20 25 30Выход продукта, %Скорость потока воздуха, м3/ч1 22040608010012050 60 70 80 90Выход продукта, %Температура сушки, °С1 22050 60 70 Температура 1 -10-505101520255 6 7 8 9 10 11Масова доля влаги, %размер частиц, ммСкорость подачи раствора, мл/мин1 2 340506070809010 15 20 25 30Выход продукта, %Скорость потока воздуха, м3/ч1 2394Piskaeva A.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 3, pp. 390–396продута из-за налипания частиц на стенки сушильнойбашни. Исходя из вышесказанного, рациональнымсчитали использовать t = 70,0 ± 5,0 °С. Температура70,0 ± 5,0 °С не приводит к потере части незамени-мых аминокислот и образованию нежелательныхвеществ, что отмечено для других технологий, в ко-торых применяется высокотемпературная обработка(90–120 ± 5,0 °С) и гидролиз, что снижает биологиче-скую ценность кормового продукта [19].Еще одним показателем, определяющим качествокормов и кормовых добавок, является размер ча-стиц. При распылительной сушке на размер частицсущественное влияние оказывает скорость подачираствора в установку. На рисунке 3 представлены эм-пирические зависимости выхода конечного продукта,массовой доли влаги и размера частиц от скоростиподачи раствора.В соответствии с данными, представленными нарисунке 3, выход готового продукта максимален призначениях скорости подачи раствора в установку6–8 мл/мин. Массовая доля влаги находится в пре-делах нормы (14,5–15,0 %) при значениях скоростиподачи раствора в установку 5–8 мл/мин.В соответствии с требованиями нормативной до-кументации размер частиц в кормах и кормовых до-бавках для цыплят-бройлеров – 3 мм (не более 15 %,выше не допускается). Следовательно, при значенияхскорости подачи раствора в установку 5–11 мл/минразмер частиц соответствует требованиям норматив-ной документации. Таким образом, оптимальнымзначением параметра скорости подачи раствора явля-ется 6,5 ± 0,5 мл/мин.На рисунке 4 представлены эмпирические зави-симости массовой доли влаги и выхода продукта отскорости потока воздуха.В соответствии с рисунком 4 установлено, чтооптимальным диапазоном значений скорости потокавоздуха при распылительной сушке гидролизатов пе-ропухового сырья, обеспечивающим максимальныйвыход готового продукта и минимальный показательмассовой доли влаги в нем, является 20,0 ± 5,0 м3/ч.В таблице 1 сведены подобранные параметрыраспылительной сушки перопуховых гидролизатов,полученных с применением разработанного на пре-дыдущих этапах консорциума микроорганизмов.ВыводыПодобраны параметры распылительной сушки ги-дролизатов: температура 70,0 ± 0,5 °С; скорость по-дачи раствора в установку 6,5 ± 0,5 мл/мин; скоростьпотока воздуха 20,0 ± 5,0 м3/ч.Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликта инте-ресов.ФинансированиеИсследования поддержаны Стипендией Прези-дента Российской Федерации молодым ученым иаспирантам (Конкурс СП-2018) по теме «Разработкаэнергоэффективной экологически чистой технологиипереработки вторичного сырья птицефабрик с полу-чение безопасных кормовых продуктов».