Инновационные процессы использования биотехнологий глубокой переработки зерна

Биотехнологии, наряду с информационными и нанотехнологиями, признаны ключевым направлением укрепления инновационного сектора экономики страны. Принятая Федеральная Программа развития биотехнологий до 2020 года предусматривает увеличение объема производства продуктов с использованием биотехнологий более чем в 30 раз [1].

В значительной степени этот рост должен быть достигнут за счет ускоренного развития промышленных биотехнологий. Фактически, речь идет о создании новой отрасли, не уступающей по своим объемам традиционным производствам на основе полезных ископаемых. Новая отрасль даст возможность увеличить объемы производства кормовых и пищевых продуктов и повысить добавленную стоимость на перерабатываемое сырье. Продукция – сиропы и крахмал – будут использоваться в качестве субстрата для производства разлагаемого биопластика.

Глубокая переработка — процесс разделения зерна на отдельные составляющие. В результате происходит выделение крахмала и глютена, а также других побочных продуктов. При переработке пшеницы можно получить отдельные фракции крахмала (А, В, С) и пшеничную клейковину. Подобный способ переработки зерна позволяет использовать все его компоненты для получения разнообразных продуктов, перечень которых весьма широк.

Сегодня главная промышленная методика глубокой переработки зерна - трехфазная декантерная технология. Она состоит из нескольких основных этапов. Первый из них - измельчение, получение отрубей и муки. Затем следует приготовление теста и сепарация, то есть разделение суспензии на три фазы, благодаря чему получаются крахмал А и В, клейковина, пентозаны и растворимые вещества. Следующие этапы - отмывка и сгущение крахмала А, а также просеивание и обезвоживание клейковины. Завершает технологический процесс переработка растворимых веществ и пентозанов.

Современные тенденции направлены на углубленную переработку зерна, которая заключается в выделении и использовании всех компонентов зерна для получения разнообразных продуктов, таких как глюкозо-фруктозный сироп, мальтозная патока, глютен, а также крахмал, который направляют на получение этилового спирта, что позволяет сократить расходы, связанные с его производством.
Глубокая переработка зерна становится все более приоритетным направлением для производителей, поскольку предоставляет дополнительные возможности, ранее не доступные при использовании традиционных технологий. В настоящее время наиболее распространенным сырьем для глубокой переработки является пшеница и кукуруза. Например, в США в качестве зернового сырья для подобных производств обычно используется кукуруза, на долю которой приходится около 70 процентов от общего объема сырья для глубокой переработки в мире, в Европе чаще всего для данных целей применяется пшеница. Эта же культура является наиболее доступным материалом и в России.

Во многих развитых странах уже разработаны и успешно используются схемы глубокой переработки зерновых культур. Так, ученые Франции предлагают схему, позволяющую снизить затраты на производство спирта за счет извлечения белка. Учеными Великобритании и США описан процесс производства спирта из зерновых культур с получением крахмала, грубых волокнистых фракций и глютена, содержащего высокий процент белка.

Крупнейшими производителями подобных продуктов традиционно являются США, а также страны ЕС. Сегодня в странах ЕС работает 78 заводов, осуществляющих глубокую переработку зерна, производственные мощности расположены в 21 стране. В США подобных предприятий меньше —21 компания, однако средний американский завод почти в восемь раз больше европейского и выигрывает за счет более низкой, в среднем в семь раз, стоимости энергоносителей и сырья — в этой стране используется генно-модифицированная кукуруза. При этом, в отличие от России, на Западе пик объёмов строительства новых мощностей уже прошел, что связано с относительным насыщением рынка [2].

BioWanze является крупнейшим производителем биоэтанола в Бельгии с годовой выработкой до 300 тыс. куб. м продукции. Компания реализует инновационный производственный процесс, обеспечивая сокращение выбросов парникового газа до 70% по сравнению с традиционными видами топлива. Конечная продукция является высококачественной пищевой продукцией и добавками, используемыми в кормлении сельскохозяйственных животных. Ежегодное потребление сырья: 800 тыс. тонн пшеницы и 400 тыс. тонн сахарной свёклы.

В Китае наблюдается значительный рост производственных мощностей по глубокой переработке кукурузы. Производство кукурузного крахмала как основного продукта отрасли показывает очень быстрый ежегодный рост. Так, в 2012 г. производство кукурузного крахмала в Китае достигло 21,2 млн. тонн, что на 26% выше, чем в 2008 г. и значительно выше, чем производство зерна кукурузы. Производство продуктов глубокой переработки кукурузы представлено крахмалопродуктами, спиртами, глутаминовой кислотой, лизином, лимонной кислотой. Несмотря на то, что глубокая переработка зерна получила широкое развитие за рубежом, для России и других стран ближнего зарубежья данная отрасль по-прежнему является новой и находится на начальном этапе развития.

Одно из основных конкурентных преимуществ России состоит в развитии глубокой переработки зерна и, как следствие, промышленных биотехнологий, а также в наличии достаточных ресурсов возобновляемого сырья, таких как зерно и древесина.

Развитие в России глубокой переработки зерна позволит производить высокотехнологичные продукты, спрос на которые на мировом рынке растет с каждым годом. Соответственно, становление этой отрасли в ближайшем будущем может быть как инструментом привлечения инвестиций, так и источником доходов. Дальнейшее углубление переработки в сторону производства биотехнологических продуктов с высокой добавленной стоимостью решит проблему с рынками сбыта: в России востребованы аминокислоты и корма, в Европе растут потребности в экологических биопластиках, а развивающиеся рынки Азии заинтересованы в продуктах биохимии, таких как биобутанол.

В Министерстве сельского хозяйства РФ, понимая необходимость развития новых направлений по переработке зерна с получением глютена, крахмала и сиропов (как для внутреннего потребления, так и для экспорта готовой продукции), планируют выделять субсидии на производство зерна. Но средства будут отчисляться только под запланированное и подтвержденное его потребление (внутри региона, вывоз за пределы региона или экспорт). Просто так, «на объем», производство зерна приветствоваться уже не будет.

Глубокая переработка зерна — это новые рабочие места, внедрение инноваций, развитие пищевой индустрии. Как отмечают эксперты, на российском рынке для продуктов таких предприятий большие возможности по импортозамещению. Глобальные рынки растут ежегодно, что обеспечивает высокий потенциал для экспорта.

До сих пор, импорт Россией основных продуктов глубокой переработки более чем в 10 раз превышал экспорт, если считать в денежном выражении. Его объемы пока почти незаметны в мировой торговле. Это десятые доли процента, если не брать сухую пшеничную клейковину (глютен) — в данном сегменте РФ обеспечивает 1,5% глобального рынка. Связано это с тем, что внутренний рынок страны пока не готов использовать такой продукт. В мире же большой спрос на глютен генерируют пищевая и хлебобулочная промышленность. Данный продукт дорогой, но он улучшает органолептические свойства продукции. К примеру, в Китае и Японии на основе глютена делают даже заменители мяса. По расчетам экспертов-технологов, в среднем на тонну пшеничной муки нужно добавлять 1-2% клейковины для улучшения качества хлеба, булочек и пр. Сейчас годовое российское производство и потребление пшеничной муки оценивается примерно в 9,5 млн т. На этот объем рынку нужно не менее 95 тыс. т/год (1%) пшеничной клейковины, тогда как реальный спрос не превышает 8 тыс. т/год. В этом отношении, потенциал роста рынка – более чем десятикратный [3].

Строить заводы по глубокой переработки нужно с прицелом на экспорт. Всего лишь несколько реализованных проектов с мощностью переработки 200-240 тыс. т в год за три-четыре года закроют внутренний спрос, а если они будут работать в одном сегменте, то возможно перепроизводство. Любое новое отечественное производство должно иметь не просто экспортный потенциал, но и строиться с прицелом стать заметным игроком на мировом рынке. Только в этом случае можно будет диверсифицировать риски, в том числе ценовые и спросовые а также гарантировать окупаемость капиталоемкого проекта [4].

Используя глубокую переработку зерна, производитель имеет возможность организовать производство широкого ассортимента продуктов, имеющих самое разнообразное применение. Технологии, использовавшиеся ранее, не предоставляли таких возможностей, усиливая таким образом конкуренцию на рынке и снижая рентабельность.

Одним из главных достоинств предприятий по глубокой переработке зерна является возможность регулирования объемов выпускаемой продукции на различных этапах, что позволяет адаптировать производственный процесс текущим требованиям рынка и повысить экономическую эффективность производства. В процессе этого можно получить широкий перечень продуктов с высокой добавочной стоимостью: нативный и модифицированный крахмалы, глюкозно-фруктозные сиропы, крахмальную патоку, глюкозу, клейковину или глютен, пищевой спирт и биотопливо, биогаз, кормовую добавку и другие.

По нашему мнению, на начальном этапе освоения зарубежных технологий глубокой переработки зерна необходимо обратить внимание на спиртазаводы, отходы которых в виде барды являются готовым сырьем для выработки клейковины и других биопродутов. Экономически это было бы выгодным, так как не потребовало бы значительных финансовых вложений.

Одной из главных проблем, стоящих перед заводами спиртовой отрасли, является разработка ресурсосберегающей технологии. В Российской Федерации действует более 200 спиртовых предприятий, основная доля которых производит этиловый спирт из крахмалсодержащего сырья, представленного широким ассортиментом зерновых культур. В настоящее время зерно перерабатывается под действием высоких температур, что сопровождается большими теплоэнергозатратами для заводов. В последние годы из-за постоянного увеличения цен на теплоэнергоносители эти показатели в структуре себестоимости спирта составляют все более значимую величину, поэтому решение указанной задачи отвечает современным требованиям отрасли [4].

Одним из аспектов ресурсосберегающей технологии является решение экологической проблемы. Барда, объемы выработки которой составляют порядка 10 млн. л/год, является ценным кормовым продуктом, дефицит в котором всегда испытывали животноводческие хозяйства, находящиеся вдали от спиртовых заводов. В настоящее время в натуральном виде на корм скоту барда используется только в объеме 20-25%, а остальная - сбрасывается в овраги, вывозится на поля, спускается в водоемы, чем наносится огромный экологический урон окружающей природе. Новая технология предусматривает сокращение выхода барды с одновременным ее концентрированием.

В РФ относительно небольшое количество предприятий занимается производством продукции глубокой переработки зерна. Это, например, глюкозно-паточный комбинат «Ефремовский», принадлежащий компании «Каргилл». Основная производимая продукция большинства российских предприятий по глубокой переработке зерна – крахмало-паточная .

По данным Росстата, на начало 2011 года в Российской Федерации зарегистрировано 15 предприятий, производящих крахмал и крахмалопродукты.

В то же время, производство аминокислот в РФ несопоставимо по объёмам с импортом. Основным производителем аминокислот в РФ является ОАО «Волжский оргсинтез» (г. Волжский Волгоградской обл.). Предприятие производит только один вид аминокислот – кормовой метионин[3].

За период с 2010 по 2015 гг. импорт аминокислот в Россию вырос в 2,2 раза. Столь резкий рост связан с увеличением спроса на кормовые аминокислоты на фоне интенсивного развития животноводства в последние годы. Объёмы импорта глюкозы и клейковины также имеют тенденцию к росту. За 2010-2015 гг. наблюдался их рост на 28% и в 2,3 раза соответственно на фоне развития обрабатывающих производств в стране. Потребность российских производителей только в кормовом лизине в 2016 году по данным Министерства сельского хозяйства России составляла 300 тыс. тонн. И основная доля потребляемого в стране лизина до последнего времени приходилось на китайских производителей. До 2013 года в России большинство заводов перерабатывали зерно кукурузы. Переработкой пшеницы, доля которой в структуре производства зерна составляет более 60%, занимался в стране глюкозно-паточный комбинат «Ефремовский», расположенный в Тульской области, и ряд более мелких производств.

В 2013 году произошли важные изменения. Российско-голландский «Коудайс МКорма» запустил в Лакинске Владимирской области производственный комплекс по выпуску престартерных кормов мощностью 30 тыс. т готового продукта в год, инвестиционные вливания в который составили 318 млн руб. В 2014 году в Амурской области запущена первая очередь завода по переработке сои ООО «АНК- Холдинг». Выпускаемая продукция - соевое масло и шрот, который является важнейшим компонентом в производстве протеиновых комбикормов. Мощность завода - 60 тыс. тонн сои, 40 тыс. тонн соевого шрота, 8 тыс. тонн соевого масла. В проект вложено 240 млн. рублей. В 2015 году в стране открылись уже 2 новых завода по глубокой переработке зерна:
  • в Белгородской области открывается «Завод премиксов № 1» мощностью 57 тыс. тонн лизин-сульфата в год. 
  • в Калужской области запущена первая очередь комплекса глубокой переработки пшеницы «Биотехнологический комплекс — Росва» мощностью переработки до 300 тыс. тонн пшеницы в год. На комплексе начали производить продукты глубокой переработки зерна — клейковину, крахмал, кормовые добавки, глюкозно-фруктозный сироп, моногидрат глюкозы и сорбитол.
  • В 2016 году в России открывались 2 завода:
  • в Липецкой области — завод «МЕГАМИКС» с проектной мощностью 150 тыс. тонн премиксов в год (реально вышли пока на 70 тыс. тонн в год);
  • во Владимирской области компания «Коудайс МКорма» запустила второй премиксный завод, увеличив свои производственные мощности до 120 тыс. тонн премиксов в год.
1 декабря 2017 года в Ишимском районе Тюменской области заработал цех по производству сульфата лизина на заводе по глубокой переработке зерна компании «АминоСиб». Новый цех замкнул полный цикл переработки пшеницы. Ежегодно завод будет производить 30 тысяч тонн лизина, 10 тысяч тонн сухой пшеничной клейковины, 20 тысяч тонн кормовых добавок и полтора миллиона декалитров спирта. Общая стоимость проекта агрохолдинга «Юбилейный» составляет более 7 млрд. рублей.

В сентябре 2017 в Амурской области запущена 1-я очередь завода по глубокой переработке сои.

По данным АПК регионов в России , в разной степени,  реализуются 12 проектов по глубокой переработке зерна в Орловской, Ростовской, Волгоградской, Курганской, Пензенской, Московской, Тамбовской, Амурской областях, Краснодарском и Ставропольском краях, Башкирии и Татарии.

Во многих регионах  РФ заявляют о намерениях строить или о начале строительства заводов по глубокой переработке зерна.

В Брянской области ООО «Климовский крахмальный завод» заявил о намерении построить завод по производству глюкозно-фруктозных сиропов, глютена, производительностью 200 тысяч тонн пшеницы. Стоимость проекта оценивается в 6 млрд рублей.

Компания «ПАВА» (Алтайский край) представила  проект завода по глубокой переработке зерна пшеницы стоимостью примерно 200 млн евро.

Компания Sangry («Русский алкоголь») приступила к строительству завода по глубокой переработке зерна пшеницы производительностью 200 тонн в год в Новосибирской области. Стоимость проекта 150 млн. евро.

В Омской области создан биотехнологический кластер, который вошел в перечень промышленных кластеров Минпромторга России. На сегодняшний день в него входит 11 промышленных предприятий (количество высокопроизводительных рабочих мест – чуть менее 2000 человек).

Основные причины, тормозящие развитие нового зернового направления в нашей стране, — необходимость больших денежных вложений, при этом схема финансирования в российских реалиях зачастую оказывается непродуманной, и возникают технологические риски, связанные со сложностью интеграции всех составляющих проекта. Существенное влияние на развитие направления оказывает необходимость адаптации западных технологий к отечественным стандартам и нормативам, а также отсутствие опыта реализации такого рода проектов в России, и соответствующая нехватка квалифицированного персонала [5].

Для примера можно привести ОАО «Баганский элеватор» в Новосибирской области. Это предприятие готовится запустить Российский пилотный проект по глубокой переработке зерна малой производительности. Объемы переработки завода составят 500 кг. сырья в час. Первая очередь строительства опытного завода была закончена в 2017 г. вводом в эксплуатацию элеватора на 110 тыс. тонн зерна с возможностью производства побочных продуктов- глютена и крахмала. Совершенствование производственных процессов на Баганском элеваторе по глубокой переработки зерна ведет ООО «Ассоциация» с 2015 г и к настоящему времени все финансовые и .технические вопросы на предприятии решены.

По мнению специалистов, для внедрения глубокой переработки зерна, в России необходимо сначала решить следующие внутренние проблемы:
  • увеличить объем, переработки зерна в муку на действующих мукомольных предприятиях , которые в настоящее время загружены всего на 50%, что позволит увеличить объем экспорта муки с 200 тысяч тонн до 4 млн. т;
  • повышение качества заготовляемого зерна  пшеницы на продовольственные цели в объемах государственных закупок (интервенций) зерна I, II и III классов что позволит полностью покрыть внутренние потребности в глютене хлебопекарной, макаронной и кондитерской промышленности.;
  • развитие мясного животноводства – эффективный способ использования зерна на кормовые цели с одновременным обеспечением продовольственной безопасности страны;
  • можно утверждать, что в ближайшей перспективе максимальная польза от инвестиций в глубокую переработку зерна для инвестирующей стороны может быть получена только при использовании этой технологии в действующей спиртовой промышленности России. С этой целью предлагается извлекать клейковину из свежей барды функционирующего спиртового производства, и, таким образом, закрыть потребность в клейковине внутреннего рынка [5];
  • увеличение объемных мощностей по хранению зерна до уровня не менее 1,5 -2,0 раз (как это сделано в США, Канада и Франции), превышающие годовой объем его заготовки, с целью повышение надежности и стабильности в обеспечении зерновым сырьем внутреннего производства и экспорта.
Проводимая в Сибирском филиале ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова » РАН научно - исследовательская работа нацелена на разработку проекта технологии глубокой переработки  зерна, который позволяет вырабатывать сухим способом биологически активные пищевые и кормовые продукты из традиционных побочных продуктов мукомольного производства (отруби пшеничные и ржаные, зародыши). Новые мучные продукты из отрубей содержат белка на 23-25% больше, чем в отрубях, а в зародыше ржи белка- 35-38%.  Новые продукты имеют двойное применение – для пищевых и кормовых целей – в массовом и лечебно–диетическом питании населения в качестве источника белка и пищевых волокон, витаминов (тиамина, рибофламина) при недостатке растительных продуктов в рационе человека.

Таким образом, в целом Россия обладает значительным потенциалом и ресурсами для развития отрасли глубокой переработки зерна, и большинство участников рынка солидарны с мнением, что это направление начнет активно развиваться уже в ближайшем будущем. Оптимистичные прогнозы связаны с наличием большой сырьевой базы в Российской Федерации. Например, сегодня в нашей стране существует перепроизводство зерна, которое, без учета роста животноводства, оценивается примерно в 10 млн т и может быть использовано в целях переработки. При этом, регионы, расположенные в материковой части страны, — Сибирский ФО и Приволжский ФО, имеют объективные сложности с вывозом зерна на экспорт, что связано с высокими расходами на логистику. Поэтому, именно для этих регионов развитие глубокой переработки наиболее актуально и перспективно.

Литература

1.Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года. – М., 2012 . – С.8-28.
2.Берегатнова, Е.В. Рынок продукции глубокой переработки зерна в РФ: Состояние, перспективы национальный исследовательский университет Высшая школа экономики. 2016. – С. 1-32.
3.Берегатнова, Е.В. Рынок глубокой переработки зерна в Российской Федерации / Е.В. Берегатнова. – М., 2016. – С.20-27.
4. Калинина, О. А. Разработка ресурсосберегающей технологии получения этанола из зерна ржи: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 2002. 144 с.
5. Тарханов, О.В. Глубокая переработка зерна: плюсы и минусы / О.В. Тарханов // Инновации. – № 10 (168). – 2012. – С. 3/24-9/25.

Скрябин В.А., канд. техн. наук; Сабоиев И.А., канд. биол. наук; Чиркин А.П.
Сибирский филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН.

 

 
Наверх ↑