Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

В публикациях последних лет обращается внимание на несбалансированность компонентов в рационах крупного рогатого скота (КРС), в частности недостаток легкоперевариваемых углеводов (ЛПУ). В качестве источников углеводов в рационах животных в России принято использовать сахарную свеклу, мелассу, побочный продукт ее переработки, и различные патоки [1–5].

Следует отметить, что производство сахарной свеклы является трудоемким и дорогостоящим процессом. Хранят сахарную свеклу при низких температурах в зимний период. При оттепелях и к марту содержание сахара снижается в два раза по отношению к окончанию её уборки в осенний период. Кроме того, в Западной Сибири её выращивают в Алтайском крае, и перевозка на дальние расстояния к фермам крупного рогатого скота значительно удорожает конечный продукт.

Из источников [1, 3] известно, что при добавлении в корм животных большого количества мелассы нужно учитывать, что она содержит щелочные соли органических кислот, вызывающих раздражение пищеварительного тракта и ацидоз животных. Кроме того, практически все виды мелассы имеют превышение содержания по нитратам. Более 10 лет назад, при ПДК 1500 мг/кг, фактическое содержание в корме было до 9000 мг/кг. Возможно, этот показатель связан с высокими дозами внесения азотных удобрений [5]. Так как меласса является побочным продуктом переработки сахарной свеклы, то её транспортировка на дальние расстояния, как и у свеклы, удорожает конечный продукт.

В последние годы исследования ученых направлены на разработку различных кормовых паток из зерновых культур, являющихся источником легкоперевариваемых углеводов (ЛПУ) [1, 4, 6–8]. Это объясняется тем, что недостаток (ЛПУ) в рационах крупного рогатого скота отрицательно сказывается на надоях молока и приросте массы. Зерновые культуры в больших количествах выращиваются по всей стране, хранение их не представляет проблем. Некоторые крупные животноводческие хозяйства имеют собственные поля для выращивания зерновых культур, т.е. транспортные затраты сведены к минимуму. Недостатком кормовой патоки является необходимость скармливать ее сразу после изготовления, либо хранить при температурах 4–6 °С, так как она служит питательной средой для развития микроорганизмов, в частности плесеней и грибов, которые делают патоку небезопасной. Это ведет к увеличению расходов на производство молока и всей цепочки молочных продуктов.

Из опубликованных по результатам наших исследований работ [8, 9] известно, что в патоке из зернового сырья, получаемой по разработанной в СибНИТИП технологии, содержание сахаров составляло 17,0 ± 2 %. В ней мало белка и отсутствует клетчатка, необходимая животному для жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в пищеварительном процессе.

Для повышения питательной ценности патоки можно использовать молочную сыворотку при производстве патоки и дополнить её белками и клетчаткой, используя пшеничные отруби [8–10]. При этом патока насыщается физиологически ценными пищевыми веществами.

Молочная сыворотка является отходом переработки молока. Известно, что она содержит 94 % воды, 0,3 % белка, 3–5 % жира и имеет кислотность 5,5 pH единиц [11], При этом нужно учитывать, что сыворотка хранится не более двух суток при температуре 6 °С [7].

Пшеничные отруби – побочный продукт мукомольной промышленности, содержащий физиологически ценные пищевые вещества: белки – 15 %, углеводы – 16 %, клетчатку – 43,6 %. Они в незначительных количествах используются в рационах кормления животных.

Кормовая добавка в виде смеси патоки на основе молочной сыворотки и пшеничных отрубей может скармливаться сразу после получения, либо высушиваться для длительного хранения [10]. Важным аспектом научного обеспечения при разработке технологии производства кормовой добавки является обязательность использования принципов системы ХАССП [12]. Это является гарантом её качества и безопасности.

Исходя из изложенного, была поставлена цель обобщить опубликованные ранее результаты исследований, дополнив их новыми данными, в научные и технические аспекты создания технологии получения сухой кормовой добавки для кормления крупного рогатого скота, представив её в виде технологической схемы процесса получения кормовой добавки.

Материалы и методы исследования

Методы исследования предполагали на первом этапе изучение научной литературы, относящейся к рассматриваемой проблеме, и оценку различных способов её решения.

На основании данных, полученных на первом этапе, осуществили подбор материалов (сырья). Для разработки кормовой добавки были использованы: зерно пшеницы сорта Новосибирская 31, 4-го класса (ГОСТ 52554-2006. Пшеница. Технические условия. Москва. Стандартинформ, 2006. Поправки ИУС № 3 2011 г. 12 с.), сыворотка молочная подсырная несоленая по ГОСТ 34352-2017. Сыворотка молочная – сырье. Технические условия. Москва. Стандартинформ, 2018. 7 с., являющаяся отходом производства сыра на ООО «Фабрика Фаворит» в Новосибирской области, отруби пшеничные по ГОСТ 7169-2017 Отруби пшеничные. Технические условия. Москва. Стандартинформ, 2018. 6 с, являющиеся отходом производства муки на Новосибирском мелькомбинате № 1.

Зерно очищали от примесей, кондиционировали, обрабатывали инфракрасным излучением с целью его деструкции. Степень деструкции определяли по ГОСТ 29177-91 Зерно. Методы определения состояния (степени деструкции) крахмала. Москва. ИПК Издательство стандартов, 2004. Дата актуализации 01.01.2021. 7 с.

Для получения навесок зерна использовали весы SJ-6200CE.

Затраты электроэнергии определяли счетчиком СОЭ-5250-11ш, соответствующим требованиям ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств», подраздел 7.5 ГОСТ 31819.21-2012 «Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока Частные требования. Часть 21. Статические счетчики активной энергии классов точности 1 и 2».

Влажность зерна при кондиционировании, кормовой добавки сырой и сушеной определяли по ГОСТ 13586.5-2015 Зерно. Метод определения влажности. Москва. Стандартинформ, 2019. 19 с.

Общий сахар в патоке и кормовой добавке определяли по ГОСТ 26176-2019 Корма, комбикорма. Методы определения растворимых и легкогидролизуемых углеводов. Москва. Стандартинформ, 2019. 16 с.

Содержание белковой фракции определяли на анализаторе Инфралюм ФТ-12.

Определение количества дрожжевых и плесневых грибов проводили согласно ГОСТ 10444.12-2013 Микробиология пищевых продуктов и кормов для животных. Методы выявления и подсчета количества дрожжей и плесневых грибов. Москва. Стандартинформ, 2014,17с. С поправкой, опубликованной в ИУС № 7, 2016 год.

ИК-обработанное зерно смешивали с молочной сывороткой в соотношении 1:5 в баке установки роторно-импульсного типа МАГ.

Смешивали пшеничные отруби и патоку до влажности 40 % (патока –1,0 кг / отруби – 0,65 кг), 50 % (патока – 1,0 кг / отруби – 0,5 кг), 60 % (патока – 1,0 кг / отруби – 0,39 кг).

Для определения статистически оптимальных параметров сушки, по плану полного двухфакторного эксперимента, сырую кормовую добавку сушили инфракрасным излучением при плотностях потока ИК 15,0; 17,5; 20,0 кВт/м2 , которые были установлены в наших предыдущих исследованиях [9, 10].

На основании результатов экспериментов разрабатывалась технологическая схема производства белково-углеводной кормовой добавки. Были изучены её безопасность и качество в соответствии с требованиями системы ХАССП.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате исследования литературных источников установлено, что использование мелассы сахарной свеклы в качестве добавки к кормам нежелательно в связи с отрицательными последствиями для пищеварительной системы животного [1, 3, 5]. Более полезным является использование паток из зерна пшеницы, ржи [1, 4, 6, 7]. Установлено также, что питательную ценность кормовой патоки можно увеличить за счет физиологически ценных пищевых веществ, заменив воду сывороткой молочной и добавив в патоку пшеничные отруби, получая белково-углеводную добавку [8–10]. Количественный состав физиологически ценных пищевых веществ рецептурных компонентов добавки представлен в табл. 1 [8–10].

Таблица 1

Количество физиологически ценных пищевых веществ рецептурных компонентов

Результатами наших предыдущих исследований установлено [9, 10], что при обработке зерна ИК-излучением визуально наблюдалось изменение объемов частей зерна. По данным Д.С. Кочанова это объясняется тем, что поглощение влагой энергии ведет к быстрому нагреву зерна, испарению влаги и повышению давления внутри зерновки, что приводит к образованию внутренних напряжений вследствие неравномерности линейного расширения разных частей зерновки из-за её сложного строения и изменения плотности потока ИК-излучения по глубине. Процесс внутренней десорбции влаги приводит к образованию капиллярно-пористой структуры зерновки. ИК-облучение зерна вызывает значительное (до 98 %) расщепление крахмала до сахаров, на 3–5 % увеличивается количество щелочерастворимых белков, степень декстринизации крахмала при 150 °С составляет 56,4 % при времени облучения 45 с и 54,6 % при времени – 60 с [13, 14]. В наших исследованиях степень деструкции 47,457 мг/г сухого вещества крахмала установлена при плотности потока ИК-излучения 23 кВт/м2 и продолжительности обработки 70 ± 5 с. По аналогии с данными, приведенными в [15], образующиеся декстрины из крахмала имеют свободные ковалентные связи, к которым легко присоединяются молекулы ферментов, что способствует ускорению и снижению энергозатрат при ферментативном гидролизе.

Ферментативным гидролизом зерна в среде молочной сыворотки была получена патока, содержащая 20,8 ± 0,2 % сахаров. В результате смешивания патоки с пшеничными отрубями получена сырая кормовая добавка, содержащая физиологически ценные пищевые вещества: сахара, белки и клетчатку. Варианты сырой кормовой добавки сушили инфракрасным излучением до влажности 9 ± 1 %. Статистической обработкой результатов сушки установлена достоверная на уровне 0,05 зависимость содержания сахаров в кормовой добавке от её влажности (W, %) и плотности потока ИК-излучения (Е, кВт/м2), с областью максимальных значений для сахаров – 30 ± 0,4 % при плотности потока ИК 17,5 кВт/м2. Содержание белка при этом составило 18 ± 0,4 %, клетчатки 7 ± 0,2 %. Содержание сахаров в кормовой добавке от исходной влажности и плотности потока ИК излучения выражается через регрессионное уравнение:

Сахара, % = -267,6224 + 3,8963 W + 22,5119 E-0,0414W2-0,6875 Е2 + 0,0262 WE.

Анализируя регрессионное уравнение, можно заключить, что факторы плотность потока, влажность и их парное действие оказывают положительное влияние на содержание сахаров, о чем свидетельствует знак «+» перед линейными коэффициентами этих членов уравнения. Уравнение регрессии достоверно. Расчетный уровень доверительной значимости (р = 0,023) значения критерия Фишера F = 3,97 (Fф > Fт). Величина коэффициента регрессии (R 0,865) свидетельствует о тесной связи между плотностью потока ИК-излучения и влажностью кормовой добавки, образованной смесью патоки и отрубей [10].

Установлено, что максимальное содержание сахаров 30 ± 0,5 % в кормовой добавке соответствует смеси с соотношением патока – 1,0 кг / отруби – 0,5 кг при сушке с плотностью потока ИК-излучения 17,5 ± 0,5 кВт/м2. Изменением соотношения патоки и отрубей можно получать кормовую добавку с нужной влажностью и нужным содержанием сахаров в зависимости от конкретных требований при кормлении КРС. При выборе технологических режимов нужно учитывать, что чем больше доля патоки, тем выше содержание сахаров.

Как показывают наши предыдущие исследования [10], безопасность и качество готовой кормовой добавки гарантируется выполнением требований системы ХАССП [12] на всех этапах технологического процесса.

Важным аспектом в технологии производства кормовой патоки является микробиологическая загрязненность сырья и полуфабрикатов. Микробиологическими исследованиями выявлено при ИК-облучении зерна снижение загрязненности МАФАнМ с 1,8х104 до 1,0х102, дрожжами порядка 102, а плесневые грибы не обнаружены, т.е. можно предполагать получение продукта (патоки) безопасного в отношении указанных микроорганизмов.

Данные микробиологических исследований кормовой добавки приведены в табл. 2. МАФАнМ, дрожжи в сухой кормовой добавке, полученной ИК-сушкой при плотностях потока ИК излучения Е = 20 кВт/м2 и 17 кВт/м2, находятся в пределах допуска по ТР ТС 021/2011. Плесени не растут, БГКП и Salmonella не обнаружены [16]. Это делает её безопасной при хранении и кормлении животных.

Причиной гибели исследованных микроорганизмов, вероятно, является потеря потенциальной энергии цитоплазмы клеток вследствие раздражающего импульсного воздействия ИК-излучения, которое приводит к необратимому сжатию клеток и уменьшению потенциальной энергии, что согласуется с условием равновесия Гиббса для термодинамической системы. На терморезистентность некоторых микромицетов существенно влияют различные факторы, способствующие или активному развитию, или состоянию покоя. Последнее чаще наступает при высушивании и сопровождается резким снижением ферментативной активности, от которой зависит устойчивость к неблагоприятным условиям существования [16].

Результатом обобщения научных и технических аспектов исследований является представленная на рисунке технологическая схема всех этапов процесса получения кормовой добавки.

Заключение

Проведенные исследования показали, что зерновые культуры (пшеница) являются наиболее полезными при разработке кормовых добавок для крупного рогатого скота.

Использование молочной сыворотки и отрубей, являющихся отходами переработки молока и зерна пшеницы, позволяет повысить физиологическую ценность кормовых добавок. В сухой кормовой добавке содержание сахаров составляет 30 ± 0,5 % для смеси с соотношением патока – 1,0 кг / отруби – 0,5 кг.

Установлено, что ИК-облучение плотно- стью потока 23 кВт/м2 в течение 70 ± ± 5 с влияет на структуру зерна, а сушка кормовой добавки при плотности потока 17,5 ± 0,5 кВт/м2 не только снижает влажность до 9 ± 1,0 %, но и численность микроорганизмов порчи кормовой добавки, в которые входят плесневые грибы и дрожжи, делая её безопасной при хранении и кормлении животных.

Качество и безопасность кормовой добавки напрямую зависит от использования в технологии её изготовления принципов системы ХАССП. При этом хранение сушеной кормовой добавки не представляет проблемы.

Результатом обобщения научных и технических аспектов исследований является технологическая схема всех этапов процесса получения кормовой добавки.

Исследования проводились в лабораториях института переработки сельскохозяйственной продукции (СибНИТИП) СФНЦА РАН.