Промышленные биотехнологии — основа глубокой переработки зерновых
Украинский бизнес активно рассматривает перспективы строительства заводов глубокой переработки зерновых. Основной технической составляющей таких проектов является промышленная биотехнология, где в производственных процессах в качестве рабочих инструментов используются бактерии, дрожжи и ферменты. В зависимости от конечного продукта применяются различные свойства этих инструментов, что позволяет выделить три группы промышленных биотехнологических процессов.
К первой группе следует отнести ферментный гидролиз — процесс, в котором ферменты служат как биокатализаторы для ускорения химических реакций. Чаще всего встречается в операциях гидролиза (расщепления) крахмала для выделения из последнего сахаросодержащих компонентов, в первую очередь, глюкозы.
По имеющейся информации, в Украине сейчас планируются к реализации несколько проектов производства нативного крахмала с использованием технологии мокрого помола. Безусловно, хорошая тенденция, так как это первая, начальная стадия глубокой переработки зерновых. Однако, при всей простоте и умеренных инвестициях, проекты крахмального производства имеют ряд существенных недостатков:
- ограниченная рыночная емкость продукта;
- слабые возможности повышения эффективности;
- относительно низкая добавленная стоимость.
Гораздо интереснее проект будет выглядеть, если сделать следующий шаг в перерабатывающем процессе, добавив установку ферментного гидролиза и вырабатывая глюкозу. Из одной тонны крахмала можно получить 0,8 тонны моногидрата глюкозы, цена которого в 3-4 раза выше цены нативного крахмала.
Глюкоза имеет устойчивый и перспективный рынок сбыта. Стоимость установки составит около EUR5 млн, что вполне соизмеримо с инвестиционными затратами на производство крахмала. Установка займет площадь менее гектара с учетом складских помещений. Минимально рентабельная мощность начинается от 25 тыс т в год.
Ферментация
Масштабность проекта может быть на порядок выше, если пойти еще на один шаг дальше и использовать вторую группу биотехнологических процессов — ферментацию. Её суть состоит в преобразовании предварительно обработанного биосырья в желаемые продукты с помощью специализированных микроорганизмов. В этом случае глюкоза, в форме сиропа, используется как промежуточный продукт для выработки более прибыльных продуктов, например органических кислот, включая лимонную, молочную, уксусную и так далее.
С помощью адаптированных микроорганизмов глюкозный сироп преобразуется в продукт с заданными параметрами, который затем подвергается изоляции, очистке и иным этапам обработки в зависимости от назначения. В результате можно получить моногидрат или ангидрат лимонной кислоты, лимонный сироп и цитрат натрия. Каждый из продуктов имеет хороший рынок сбыта в долгосрочной перспективе. Стоимость моногидрата лимонной кислоты находится в пределах 900–1300 EUR/т., а из 1 т кукурузы, к примеру, можно произвести почти 0,5 т моногидрата.
Минимальная мощность завода для рентабельного производства лимонной кислоты должна составлять от 20 тыс т в год.
Для такого завода потребуется земельный участок площадью около 5 гектаров. Здесь уже и другой уровень капиталовложений. Стоимость только технологической установки (за исключением здания, вспомогательных конструкций и инфраструктуры) составит около EUR 40 млн. Однако и срок окупаемости относительно невелик – в пределах пяти лет.
Надо также иметь в виду, что ферментация позволяет использовать глюкозный сироп в качестве сырья для производства целого ряда других ценных продуктов — патока карамельная и мальтозная, мальтодекстрин, глюкозно-фруктозные сиропы, фруктоза кристаллическая, сорбит (сорбитол), аминокислоты.
Культивирование
Неким особняком стоит третья группа биотехнологических процессов — культивирование. Это процесс, при котором конечным продуктом является сама биомасса микроорганизмов, а сахаросодержащее сырье (та же глюкоза) служит питательной средой для роста. Наиболее характерный пример — производство дрожжей.
Справедливости ради, следует отметить, что наилучшим сырьем для обеспечения качества, например, хлебопекарских дрожжей является свекольная меласса, так как полученные из зерновых культур гидролизаты нуждаются в обогащении микроэлементами и витаминами.
Для украинских сахарозаводчиков использование мелассы для производства дрожжей один из самых эффективных путей повышения рентабельности сахарного производства.
Рынок пекарских дрожжей Украины достаточно насыщен и высоко конкурентен, поэтому следует ориентироваться на экспорт. По мнению аналитиков, к 2027 году совокупный объем рынка дрожжей достигнет $7,88 млрд при среднегодовом росте 9,1%.
Собственно, это феноменальные темпы роста для продукта со столетней историей.
Дооснащение сахарного завода технологической линией выращивания дрожжей будет стоить от EUR 5 млн (за исключением земли, зданий, обработки сточных вод и инфраструктуры), при минимально рентабельной мощности около 10 т в сутки свежих дрожжей. Для размещения линии потребуется менее 1 га земли.
Примечательно, что такое производство имеет великолепные возможности для дальнейшего развития, так как из дрожжей могут быть получены:
- дрожжевой экстракт, применяемый в качестве пищевой добавки и популярность которого в мире растет хорошими темпами;
- глюкан и маннан, которые служат дополнением к животному корму.
Как видим, каждая из отмеченных групп биотехнологических процессов обеспечивает устойчивое развитие бизнеса, связанного с глубокой переработкой продуктов растениеводства.
В отношении таких важных составляющих процессов переработки, как сырье, микроорганизмы и вспомогательные материалы следует отметить несколько важных моментов.
Сырьевая база
В качестве сырьевой базы в Украине обычно рассматривают кукурузу и пшеницу, иногда приходят запросы по сорго. Для глубокой переработки допускается использование сырья качеством ниже, чем при мукомольном и крупяном производстве.
Например, для производства патоки используется пшеница третьего и четвертого классов, что весьма существенно при неблагоприятных погодных и других условиях. Планируемое к применению сырьё анализируют и испытывают на пригодность в проектируемом процессе. Эти испытания являются основой для проектирования промышленных установок, то есть максимально учитываются особенности местного сырья. Биотехнологические процессы обладают широкой гаммой возможностей для стопроцентной переработки сырья, без отходов. Это дает возможность обеспечения максимально эффективного производства.
В приложении к публикации находится информация об удельном выходе продукции из 1 т кукурузы.
Обязательным фактором является наличие у разработчика и поставщика биотехнологий собственной коллекции штаммов, отобранных и усовершенствованных для использования (справочно: штамм — чистая культура микроорганизмов или культура клеток, изолированная в определённое время и в определенном месте).
Свойства штаммов определяют основные параметры производства. Будущее предприятие не должно зависеть от поставок штаммов, поэтому проектом необходимо предусмотреть наличие лаборатории размножения, сбора и проведения опытно-промышленных испытаний спор.
Также важно, что при разработке конкретного проекта происходит подбор микроорганизмов и адаптация технологических установок в привязке к местным условиям — сырью, воде, воздуху и другим составляющим процесса. Таким образом обеспечивается стабильно высокая производительность.
Следует обратить внимание, что в случае работы с генетически-модифицированными штаммами необходимо просчитать последствия для реализации конечного продукта в страны, где ограничено применение ГМО, например, Евросоюз.
Не сырьем единым
Помимо сырья и микроорганизмов, в биотехнологиях для оптимизации процессов применяются вспомогательные материалы, питательные вещества, микроэлементы и ингибиторы. Например, при производстве карамельной и мальтозной патоки, глюкозно-фруктозных сиропов используются следующие вспомогательные материалы — сода каустическая, серная и соляная кислоты, гранулированный активированный уголь, соединения натрия и магния, лимонная кислота. В приложении к публикации находится примерный расчет потребления некоторых вспомогательных материалов и энергоресурсов при производстве патоки и глюкозно-фруктозного сиропа.
Каждая операция технологического процесса выполняется на специальном оборудовании.
Одним из ключевых является биореактор или ферментер, в котором проходят основные рабочие процессы. Подробнее о применяемом в промышленной биотехнологии оборудовании поговорим в ближайшем будущем.
Необходимо обратить внимание, что указанные в статье цифры данные только для общего представления, поскольку в каждом проекте есть свои особенности, которые необходимо учитывать. Поэтому любой проект необходимо начинать с концептуального проектирования, в процессе которого разрабатываются основные положения планируемого предприятия. Они послужат прекрасной основой для принятия инвестиционного решения, могут быть использованы для получения административных согласований и работы с финансовыми институтами.
Александр Малицкий, CEO IntegraFerm EU
