СПОСОБ И КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОПОРЦИИ ПИТАТЕЛЬНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ, КОТОРЫЕ ЯВЛЯЮТСЯ УСТОЙЧИВЫМИ К РАЗЛОЖЕНИЮ РУБЦОВЫМИ МИКРООРГАНИЗМАМИ
METHOD AND COMPOSITION FOR INCREASING PROPORTION OF NUTRIENT INGREDIENTS RESISTANT TO DECOMPOSITION BY RUMEN MICROORGANISMS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к кормам для домашних жвачных животных и, в частности, к таким кормам, которые являются устойчивыми к разложению рубцовыми микроорганизмами.
Уровень техники
Жвачные животные, к которым относятся крупный рогатый скот, овцы, козы, олени и буйволы, имеют высокоспециализированный и сложный желудок, отделы которого населяют микроорганизмы, способные переваривать сложные углеводы, такие как целлюлоза (клетчатка). Желудок жвачных животных составляют четыре отдела: рубец, сетка, книжка и сычуг. Первые два из этих отделов отличаются присутствием плотных популяций, которые образуют симбиотические бактерии, археи, простейшие и грибы. Эти микроорганизмы являются способными к ферментации кормов, которые поедают жвачные животные, и, в конечном счете, образуют метаболиты, которые могут использовать другие микроорганизмы или животное-хозяин. Именно эти симбиотические взаимоотношения придают жвачным животным способность производить молоко, мясо и другие продукты в результате потребления волокнистых кормов, которые не могут переваривать свиньи, куры, люди и другие моногастрические животные, имеющие однокамерный желудок.
Одну из проблем разведения жвачных животных представляет собой равновесие между пищевыми потребностями населяющих желудочно-кишечный тракт микроорганизмов и потребностями животного-хозяина. Для высокопроизводительных жвачных животных требуются в существенных количествах аминокислоты, источники энергии, витамины и минералы, которые соответствуют потребностям для производства молока, мяса и/или волокна. Микроорганизмы, которыми населен рубец (т.е. сетка и рубец), обладают очень высокой способностью разложения углеводов, белков и других составляющих пищи, зачастую в такой степени, которая значительно превосходит их собственные питательные потребности. Чрезмерное разложение питательных веществ рубцовыми микроорганизмами может приводить к относительному недостатку этих питательных веществ для жвачного животного-хозяина. Белки, аминокислоты и определенные витамины являются особенно подверженными разложению рубцовыми микроорганизмами. В качестве примера, питательные белки активно разлагаются микроорганизмами, превращаясь в аминокислоты, которые затем деаминируются, образуя аммиак. Аммиак использует микрофлора и микрофауна рубцовой экосистемы для синтеза микробного белка, но при его чрезмерном производстве он поглощается потоком крови, превращается в мочевину в печени и выводится через почки с мочой в качестве отходов. Если чрезмерное разложение предотвращается, эти аминокислоты выходят из рубца и становятся доступными для всасывания в тонком кишечнике, и в результате этого они вносят свой вклад в удовлетворение потребностей в питательных веществах животного-хозяина. Используются разнообразные способы для модификации питательных ингредиентов таким путем, чтобы уменьшалась их подверженность разложению рубцовыми микроорганизмами, и, таким образом, чтобы увеличивалась доля соединения или ингредиента, выходящего из рубца. Все термины, такие как «неразложенные рубцовыми микроорганизмами», «не разлагаемые рубцовыми микроорганизмами», «защищенные от рубцовых микроорганизмов», «уходящие от рубцовых микроорганизмов» и «обходящие рубцовые микроорганизмы», используются для описания соединений или продуктов, которые проявляют в некоторой степени устойчивость к переваривающему воздействию рубцовых микроорганизмов.
Несмотря на эти достижения предшествующего уровня техники, по-прежнему существует потребность в технологиях, увеличивающих пропорцию питательных ингредиентов, которые являются устойчивыми к разложению рубцовыми микроорганизмами.
Сущность изобретения
В способе согласно настоящему изобретению питательные ингредиенты, которые в иных условиях являются подверженными разложению рубцовыми микроорганизмами, объединяются с кальцитовыми и/или доломитовыми гидратированными минералами, которые называются общим термином «гидратированная известь» и используются в качестве связующего вещества, и, как правило, со способствующей смешиванию добавкой, такой как вода. Смесь затем перерабатывают, используя лопастный смеситель, пресс-гранулятор, дисковый гранулятор, барабанный гранулятор, экструдер или другое подходящее устройство и изготавливая шарики или гранулы из агломерированных частиц.
Гидратированная известь, которая используется в способе согласно настоящему изобретению, может представлять собой высококальциевую, доломитовую или частично гидратированную доломитовую известь, изготовленную в гидраторе при повышенном давлении или в гидраторе при атмосферном давлении. Она обычно включает гидраты, для получения которых используются магнезиальная известь и/или кальцитово-доломитовая известь, т.е. высококальциевая известь, магнезиальная известь, кальцитово-доломитовая известь и доломитовая известь. Хотя некоторые смеси составляющих компонентов, которые используются для практического осуществления настоящего изобретения, содержат индивидуальные перечисленные выше компоненты, некоторые смеси также включают кальцитовый и/или доломитовый карбонатный минеральный компонент, т.е. доломит, карбонат кальция или карбонат магния или их смеси. Данный способ переработки корма для жвачных животных и изготовленный в результате этого питательный продукт эффективно увеличивают пропорцию питательных ингредиентов, присутствующих в корме, которые являются устойчивыми к разложению рубцовыми микроорганизмами.
Существует ряд дополнительных технологических стадий, которые можно использовать, в зависимости от желательных характеристик конечного продукта. Например, агломерированные частицы могут содержать вторичное покрытие, нанесенное после агломерации.
Можно использовать технологию переработки, которая защищает другие ингредиенты от воздействия рубцовых микроорганизмов. Например, агломерированные частицы могут также включать лизин, метионин или другие аминокислоты в качестве средства увеличения пропорции этих соединений, которые являются доступными для всасывания в послерубцовом тракте животных. Агломерированные частицы могут включать холин и водорастворимые витамины, которые могут потребоваться животному в количествах, превышающих уровень, при котором обычно избегается переваривание рубцовыми микроорганизмами. Изготовленные таким путем агломерированные частицы могут также обеспечивать защиту мононенасыщенных или полиненасыщенных липидов, которые, как правило, подвергаются активному биогидрированию рубцовыми микроорганизмами, образуя насыщенные липиды. Можно использовать такие же технологии, посредством которых обеспечиваются защитой жирорастворимые витамины, ферменты, пробиотики, пребиотики, углеводы, лекарственные препараты, эфирные масла, минералы и другие соединения и которые обеспечивают присутствие повышенных пропорций этих продуктов в послерубцовом тракте.
Дополнительные задачи, отличительные характеристики и преимущества становятся очевидными из описания, которое представлено ниже.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет графическую иллюстрацию полученных на месте результатов исследования потери сухого вещества после 24 часов инкубации в рубце.
Фиг. 2 представляет график концентрации жирных кислот в плазме крови выращиваемых бычков.
Описание предпочтительного варианта осуществления
Варианты осуществления настоящего изобретения, а также его разнообразные отличительные особенности и преимущественные признаки разъясняются более подробно со ссылкой на неограничительные варианты осуществления, которые подробно представлены в следующем описании. Описания хорошо известных компонентов, процессов и производственных технологий не представлены таким образом, чтобы не осложнять без необходимости описание вариантов осуществления настоящего изобретения. Примеры, используемые для описания настоящего изобретения, предназначаются исключительно для упрощения понимания способов, которые можно реализовать на практике.
Соответственно, данные примеры не следует истолковывать как ограничивающие объем формулы настоящего изобретения.
Согласно настоящему изобретению, «ингредиенты питания животных», которые в иных условиях являются подверженными разложению рубцовыми микроорганизмами, объединяются с кальцитовыми и/или доломитовыми гидратированными минералами, которые называются общим термином «гидратированная известь» и используются в качестве связующего вещества и, как правило, со способствующей смешиванию добавкой, такой как вода. Смесь затем перерабатывают, используя лопастный смеситель, пресс-гранулятор, дисковый гранулятор, барабанный гранулятор, экструдер или другое подходящее устройство, которое производит шарики или гранулы из агломерированных частиц. В случае лопастного смесителя смесь сухих порошков обычно загружают в смеситель, а воду вводят через впускные отверстия в верхней части лопастного смесителя. Однако в процессе переработки можно использовать любой из способов предварительного смешивания воды или добавления воды. Можно предварительно солюбилизировать солюбилизируемые продукты, а затем вводить воду через впускные отверстия (например, лизин успешно перерабатывается таким способом, а также стандартным сухим способом с использованием введения воды через впускные отверстия). Полусухие (предварительно смоченные) продукты можно также использовать в дисковом грануляторе или барабанном грануляторе. В некоторых случаях вода не требуется, как в том случае, в котором имеющие высокую влажность ингредиенты объединяются с другими сухими ингредиентами. В некоторых обстоятельствах можно также использовать и неводные растворители, такие как глицерин.
Термин «ингредиент питания животных» в настоящем обсуждении означает компонент агломерированного шарика или гранулы, который в иных условиях мог бы подвергаться разложению рубцовыми микроорганизмами/ферментами в рубце. Эти ингредиенты включают такие вещества, как биологически активные ингредиенты и/или лекарственные средства или питательные вещества, а также такие ингредиенты, которые просто имеют питательную ценность. Помимо этих «питательных ингредиентов», которые упомянуты выше, такие ингредиенты включают минеральные добавки, такие как натрий, калий, железо, кальций; витамины, такие как витамины A, B, D и т.д.; являющиеся источниками белка/энергии продукты питания, такие как измельченное льняное семя, продукты на основе высушенной крови или мяса, продукты на основе хлопковых семян, продукты на основе сои, продукты на основе канолы, глюкоза, жирные кислоты и дрожжи; факторы роста; ферменты, такие как протеазы, липазы или карбогидразы, в том числе, но не ограничиваясь этим, амилазы, лактазы, гемицеллюлазы, ксиланазы и целлюлазы; антибиотики; экзогенные стимуляторы; и пищевые добавки, такие как бикарбонат натрия, сорбит, пропиленгликоль и пропионат натрия. Термин «ингредиент питания животных» можно истолковывать как материал сердцевины, которую заключает или связывает внутри себя матрица, которую составляет карбонатно-гидратный комплекс, другими словами, матрица агломерированных частиц.
Гидратированную известь, которая используется в способе согласно настоящему изобретению, может представлять собой высококальциевая, доломитовая или частично гидратированная доломитовая известь, изготовленная в гидраторе при повышенном давлении или в гидраторе при атмосферном давлении. Это включает гидраты, которые образуют магнезиальная известь и кальцитово-доломитовая известь, т.е. высококальциевая известь, магнезиальная известь, кальцитово-доломитовая известь и доломитовая известь.
Таким образом, предпочтительные кальцитовые и доломитовые гидратированные минералы, используемые в качестве связующих компонентов для питательных ингредиентов в изготовлении агломерированных частиц, согласно настоящему изобретению включают высококальциевый гидрат и доломитовый гидрат, а также смеси гидроксидов кальция и магния. Таким образом, термин «гидратированная известь» в настоящем обсуждении предназначается в качестве общего обозначения всех следующих веществ.
2
Высококальциевый гидрат. - Гидратированная известь (гидроксид кальция или гашеная известь) представляет собой сухой порошок, образующийся в результате регулируемого гашения негашеной извести водой. Высвобождающееся тепло экзотермической реакции улавливается и используется для испарения избытка используемой при гашении воды. В данном отношении отличается «известковое молоко», в котором избыток воды не испаряется, и гидрат остается в форме водной суспензии. Химическая формула представляет собой Ca(OH).
Доломитовый гидрат. - Доломитовый гидрат изготавливают из доломитовой негашеной извести, используя, в основном, два способа. Первый способ является аналогичным изготовлению высококальциевого гидрата, где, как правило, не осуществляется полная гидратация всех оксидов, в частности, компонента оксида магния. Второй способ представляет собой гидратацию доломитовой негашеной извести под давлением в особых условиях гидратации, в которых регулируют температуру и давление, чтобы обеспечить полную гидратацию всех оксидов кальция и магния. Для целей настоящего изобретения можно использовать разнообразные гидраты, изготовленные любым из данных способов, в том числе изготовленные в гидраторе при повышенном давлении или изготовленные в гидраторе при атмосферном давлении.
Разнообразные продукты описанного выше типа поставляются на продажу компанией Lhoist North America (дом 3700, Хьюлен-стрит, Форт-Уэрт, штат Техас, 76107) предприятиями компании Lhoist во всем мире.
Как было упомянуто выше, хотя некоторые смеси составляющих компонентов, которые используются для практического осуществления настоящего изобретения, содержат индивидуальные перечисленные выше компоненты, в некоторых смесях также содержится кальцитовый и/или доломитовый карбонатный минеральный компонент, т.е. карбонат кальция или карбонат магния, или доломит, или их смеси. Добавление такого минерального компонента, как правило, способствует, в конечном счете, изготовлению гранул, а также производит более прочные гранулы. Можно включать и другие минералы, такие как селен, а также содержащие алюминий соединения. В некоторых случаях могут также присутствовать оксидные минералы, например, оксид кальция или оксид магния.
Таким образом, предпочтительные связующие композиции согласно настоящему изобретению, как правило, составляет гидратированная известь в сочетании с сопровождающим материалом или материалами, такими как, например, доломитовый или кальцитовый известняк. Присутствующий компонент гидратированной извести составляет, как правило, от 10 до 95% и предпочтительно приблизительно от 25 до 90% суммарной массы композиции. В качестве примера, связующая композиция может содержать приблизительно 40 масс.% гидратированной извести и 60 масс.% доломитового известняка или доломита. Примерный доломитовый известняк представляет собой предложенный заявителем доломитовый известняк ProMg™ 95, который поставляет на продажу компания Lhoist North America. Другие сопровождающие материалы включают глину (глины), оксид магния, карбонат магния (магнезит) и гидроксид магния (брусит). В других обстоятельствах связующее вещество состоит только из гидратированной извести с ингредиентом питания животных.
При объединении со связующим компонентом или компонентами согласно настоящему изобретению и переработке, как описано выше, получается матрица агломерированных частиц. Конечный результат могут представлять собой гранулы или шарики в обычном понимании данных терминов. Термин «гранула», как правило, означает форму стержня или цилиндра, в то время как термин «шарик» означает небольшой агрегат материала, наиболее часто в форме сухой сферы, которая является твердой при комнатной температуре. Как было упомянуто выше, оказывается полезным рассмотрение продуктов согласно настоящему изобретению как содержащих материал сердцевины (ингредиент питания животных), которую заключает или связывает внутри себя матрица, которую составляет карбонатно-гидратный комплекс
Далее будет описан более подробно производственный процесс, в котором изготавливают агломерированные гранулы/шарики согласно настоящему изобретению. В представленной ниже таблице I приведены параметры, используемые для лопастного смесителя в изготовлении агломерированных частиц согласно настоящему изобретению. Термин «лопастный смеситель» понимается специалистами в данной области техники как высокоскоростное кондиционирующее и микрогрануляционное устройство, которое превращает порошки в мелкие агломераты посредством воздействия высокоскоростного блока, содержащего вал и лопасти, при добавлении жидкостей, таких как вода, связующих веществ, масла или поверхностно-активных веществ.
Таблица I
<img file="00000001.TIF" he="40" wi="159" img-content="undefined" img-format="TIF" />
В представленной ниже таблице II приведены свойства исходных материалов для исходных ингредиентов, поступающих в лопастный смеситель.
Таблица II
Свойства исходных материалов (предварительный эксперимент)
Влажность (%)
Насыпная плотность (в разрыхленном состоянии)
Насыпная плотность (после уплотнения)
Продукт
Содержание
(В разрыхленном состоянии) (фунтов на кубический фут)
(После уплотнения) (фунтов на кубический фут)
Доломитовый гидрат (DH)
1,2%
21,1
30,9
Измельченное льняное семя (MFS)
6,6%
25,4
38,2
Предварительная смесь 50% DH/50% MFS
3,9%
29,7
41,7
Таблица III представляет информацию о распределении по размеру частиц измельченных льняных семян, которые представляют собой «ингредиент питания животных», который требуется защищать от разложения рубцовыми микроорганизмами. Измельченное льняное семя представляет собой общедоступный продукт, который можно изготавливать, например, посредством переработки в молотковой мельнице. Льняное семя содержит на высоких уровнях пищевые волокна, а также лигнаны, разнообразные питательные микроэлементы и жирные кислоты омега-3.
Таблица III
Размер частиц измельченных льняных семян
Размер сита
Удерживание на сите (%)
Суммарное удерживание на сите (%)
10 меш
0,0%
0,0%
45 меш
71,0%
71,0%
80 меш
20,5%
91,5%
120 меш
7,0%
98,5%
200 меш
1,5%
100,0%
325 меш
0,0%
100,0%
Поддон
0,0%
100,0%
В представленных ниже таблицах IV и V приведены свойства конечных гранул, изготовленных с помощью лопастного смесителя.
Таблица IV
Свойства конечных гранул
<img file="00000002.TIF" he="38" wi="138" img-content="undefined" img-format="TIF" />
Таблица V
Распределение по размеру конечных гранул (лабораторные образцы, высушенные при влажности 0,5% и температуре 90°C)
Размер сита
Удерживание на сите (%)
Суммарное удерживание на сите (%)
14 меш
69,2%
69,2%
16 меш
9,2%
78,4%
20 меш
10,3%
88,7%
45 меш
10,3%
99,0%
80 меш
0,6%
99,6%
120 меш
0,2%
99,8%
Поддон
0,2%
1:00,0%
Гранулы изготовленных таким способом агломерированных частиц затем использовали в двух исследованиях в целях оценки эффективности способа согласно настоящему изобретению в отношении защиты питательных ингредиентов от разложения, которое происходило бы в иных условиях в рубце животных. Первое исследование представляло собой исследование на месте (in situ). В исследуемых гранулах содержались гидратированная доломитовая известь и измельченное льняное семя (50%/50%); гидратированная известь и измельченное льняное семя (75%/25%); гидратированная известь и лизин (90%/10%), соответственно. Их сравнивали с гранулами, содержащими только льняное семя или лизин.
Исследование № 1
В процедуре исследования in situ использовали небольшие пакеты, изготовленные из не содержащего азота синтетического сложнополиэфирного полотна Dacron от компании Ankom Technology (Маседон, штат Нью-Йорк), в котором размер пор составлял 50 мкм. Данные поры являются достаточно малыми; таким образом, когда питательные материалы помещают в пакет, его содержимое сохраняется. Кроме того, данный размер пор является достаточно большим, чтобы обеспечивать поступление микроорганизмов в пакет, когда он помещается в рубец, и, таким образом, открывать содержимое для разлагающего воздействия рубцовых микроорганизмов. Предполагается, что потеря питательных частиц из пакета обусловлена ферментативной активностью микроорганизмов в то время, когда пакет и его содержимое подвешивается в среде рубца. В исследовании in situ обнаруживается полезная информация в отношении чувствительности кормов по отношению к перевариванию под действием рубцовых микроорганизмов.
Процедура исследования представляла собой помещение образца массой 3,2 г (в неизменном виде) в пакеты из материала Dacron, которые затем подвергали термической герметизации и после этого помещали в рубец и выдерживали для инкубации в течение 24 часов. Пакеты затем извлекали из рубца, высушивали и взвешивали, чтобы определить потерю сухой массы. Концентрацию белков, суммарное содержание жирных кислот и профиль жирных кислот определяли для остатка от каждого образца. Образцы изготавливали в двух экземплярах для каждого животного, а также пустые пакеты для поправки, и использовали шесть животных. Трем животным давали высококонцентратное питание и следующим трем животным давали высокофуражное, т.е. низкоконцентратное питание.
Таблица VI представляет содержание сухого вещества, а также концентрации в используемом корме и сухом веществе неочищенного белка и суммы жирных кислот для образцов, содержащих только измельченное льняное семя, смесь льняного семени и извести (50:50), смесь льняного семени и извести (75:25); смесь извести и лизина (90:10) и только гидрохлорид лизина, перед ферментацией in situ. Данные значения использовали для вычисления степени потери сухого вещества и питательного вещества во время процесса переваривания in situ.
Таблица VI
Продукт
Сухое вещество (%)
Сумма жирных кислот (%)
Неочищенный белок (%)
Неочищенный белок (% массы сухого вещества)
Сумма жирных кислот (% массы сухого вещества)
Льняное семя
93,73
43,653
22,375
23,872
46,573
Смесь льняного семени и извести (50:50)
98,16
10,281
10,165
10,356
10,474
Смесь льняного семени и извести (75:25)
98,23
7,510
5,995
6,103
7,645
Смесь извести и лизина (90:10)
98,75
0,085
8,884
8,976
0,086
Лизин
99,38
15,337
15,433
Таблица VII представляет процентную потерю сухого вещества из пакетов in situ в течение 24-часового периода рубцовой инкубации. Исследовали две группы животных-доноров, получающих высокофуражное/низкоконцентратное питание и высококонцентратное/низкофуражное питание, чтобы оценить потери в различных рубцовых условиях. Столбец, обозначенный как «Среднее», представляет средние значения для низкоконцентратной и высококонцентратной групп. Льняное семя в незащищенной форме показывало рубцовое разложение, составляющее от 47,95 до 61,38% (в среднем 54,66%), в то время как в случае смесей извести и льняного семени потери составляли от 5,16 до 14,42%, причем при предельном увеличении пропорции извести (до 75%) наблюдалась максимальная устойчивость к рубцовым микроорганизмам. Незащищенный лизин разлагался почти полностью (не менее чем на 99,83%), в то время как смесь извести и лизина оказывалась существенно более устойчивой к рубцовым микроорганизмам.
Таблица VII
Потеря сухого вещества потеря in situ (%) после 24 часов инкубации
Потеря сухого вещества потеря in situ (%)
Продукт
Среднее
Низкоконцентратное питание
Высококонцентратное питание
Льняное семя
54,66
61,38
47,95
Смесь льняного семени и извести (50:50)
13,38
14,42
12,34
Смесь льняного семени и извести (75:25)
5,66
5,16
6,17
Смесь извести и лизина (90:10)
25,90
34,90
16,90
Лизин
99,86
99,88
99,83
Таблица VIII представляет содержание жирных кислот в продуктах, содержащих незащищенное и защищенное льняное семя, после 24 часов инкубации in situ. Данные значения использовали в сочетании с информацией из таблиц VI и VII для вычисления пропорции жирных кислот, которые сохранялись в процессе инкубации in situ, и результаты этих вычислений представлены в таблице IX. В среднем, менее чем 34% жирных кислот оставалось после 24 часов инкубации незащищенного льняного семени (интервал от 27,27 до 39,95), в то время как более чем удвоенное количество жирных кислот оставалось в случае использования продуктов, содержащих защищенное льняное семя.
Таблица VIII
Сумма жирных кислот (%) в остатке после 24 часов инкубации
Сумма жирных кислот (FA) (%)
Продукт
Среднее
Низкоконцентратное питание
Высококонцентратное питание
Льняное семя
34,33
32,74
35,93
Смесь льняного семени и извести (50:50)
8,98
8,38
9,58
Смесь льняного семени и извести (75:25)
5,59
5,55
5,64
Таблица IX
Рубцовые потери жирных кислот (%) после 24 часов инкубации
Потеря суммы жирных кислот (FA) (%)
Продукт
Среднее
Низкоконцентратное питание
Высококонцентратное питание
Льняное семя
33,609
27,265
39,953
Смесь льняного семени и извести (50:50)
74,434
68,558
80,310
Смесь льняного семени и извести (75:25)
68,981
68,827
69,135
Таблица X иллюстрирует концентрации белка в остатке, сохраняющемся в пакетах после 24 часов рубцовой инкубации. Следует отметить, что значения являются нулевыми для незащищенного лизина, показывая, что потеря материала из пакета составляла 100%. Информацию в таблице X использовали в сочетании с данными в таблицах VI и VII для вычисления доли белка, которая оказывалась устойчивой к разложению рубцовыми микроорганизмами (т.е. выход белка из рубца), и результаты этих вычислений представлены в таблице XI. Лизин в своей незащищенной форме полностью разлагался, в то время как обработанные известью продукты оказывались значительно более устойчивыми к разложению. Аналогичным образом, белок в защищенных формах льняного семени оказывался приблизительно в 2 раза более устойчивым к разложению в течение 24-часового периода инкубации in situ, показывая, что данный способ обладает существенной эффективностью для защиты питательных веществ от переваривания под действием микроорганизмов.
Таблица X
Неочищенный белок (%) в остатке после 24 часов инкубации
Неочищенный белок (%)
Продукт
Среднее
Низкоконцентратное питание
Высококонцентратное питание
Льняное семя
17,003
17,150
16,855
Смесь льняного семени и извести (50:50)
9,758
9,626
9,889
Смесь льняного семени и извести (75:25)
5,291
5,332
5,251
Смесь извести и лизина (90:10)
2,255
1,458
3,052
Лизин
0
0
0
Таблица XI
Выход неочищенного белка из рубца (%) после 24 часов инкубации
Выход неочищенного белка (%)
Продукт
Среднее
Низкоконцентратное питание
Высококонцентратное питание
Льняное семя
32,184
27,774
36,594
Смесь льняного семени и извести (50:50)
81,618
79,517
83,719
Смесь льняного семени и извести (75:25)
81,784
82,848
80,720
Смесь извести и лизина (90:10)
19,456
10,622
28,291
Лизин
0
0
0
Таблица XII представляет профили жирных кислот в остатках после 24 часов инкубации in situ. Значительные различия наблюдаются для C18:1n9t, C18:1n11 и C18:2n6t, все из которых образуются в процессе частичного биогидрирования альфа-линоленовой кислоты или линолевой кислоты рубцовыми микроорганизмами. В каждом случае значения оказываются пониженными для защищенных форм льняного семени, показывая, что матрица обеспечивала эффективную защиту от микроорганизмов. Наиболее значительное увеличение показывает C18:3n3 (т.е. линоленовая кислота), которая представляет собой преобладающую полиненасыщенную жирную кислоту в льняном семени. По сравнению с незащищенной формой льняного семени, известковая матрица увеличивает сохранение этой жирной кислоты на 67-116%.
Таблица XII
Жирные кислоты, присутствующие в остатке после 24 часов инкубации и представленные в процентах от их исходного количества, помещенного в рубец. Данные значения представляют собой наблюдаемое превращение одной жирной кислоты в другую (т.е. биогидрирование)
Жирная кислота<sup>1</sup>
Льняное семя
Смесь льняного семени и извести (50:50)
Смесь льняного семени и извести (75:25)
C10:0
178,44
78,90
399,13
C11:0
106,54
99,75
359,55
C12:0
55,05
163,50
243,53
C14:0
68,05
124,24
132,99
C14:1
97,59
153,02
103,33
C15:0
90,76
159,93
162,38
C15:1
17,55
90,38
69,15
C16:G
46,39
88,19
92,00
C16:1
46,81
87,41
86,51
C17:0
55,31
92,12
113,38
C17:1
66,36
121,55
62,36
C18-0
47,72
95,24
105,45
C18:1n9t
429,68
97,27
267,77
C18:1n11
416,38
НО
НО
C18:1n9c
36,49
72,42
77,44
C18:1n7
36,86
56,31
67,84
C18:2n6t
414,04
40,30
59,17
C18:2n6c
30,31
69,39
60,18
18:2c9, t11
НО
Сопряженная линолевая кислота80,83
185,96
Сопряженная линолевая кислота, 18:2t10, c12
НО
107,68
161,15
Сопряженная линолевая кислота, 18:2c9, c11
87,53
182,57
141,90
Сопряженная линолевая кислота, 18:2t9, t11
151,86
84,78
158,95
C18:3n6
35,93
123,44
126,60
C18:3n3
30,33
65,41
50,78
C20:0
38,55
87,61
85,22
C2D:1
44,71
122,91
160,07
C20:2
31,55
88,97
161,78
C20:3n8
28,17
173,59
254,02
C20:4n6
28,56
55,86
44,99
C20:5n3
10,39
55,90
122,39
C22:0
55,63
135,60
78,54
C22:5n3
10,46
61,53
132,75
C22:6n3
104,12
99,00
79,02
C24:0
38,74
70,36
89,69
C24:1
66,78
57,36
88,40
НО: не обнаружено
<sup>1</sup>Обозначения, используемые для определения жирных кислот, разъясняются следующим образом. Число, следующее непосредственно после буквы «C», означает число атомов углерода в цепи жирной кислоты. Число, следующее непосредственно после двоеточия, означает число двойных связей между атомами углерода в цепи жирной кислоты (т.е. степень насыщения). Жирные кислоты омега-3 обозначаются как «n3», жирные кислоты омега-6 обозначаются как «n6» и так далее. Цис- и транс-конфигурации двойных связей обозначаются как «c» и «t».
Результаты первого исследования проиллюстрированы графически на Фиг. 1 в составе чертежей. Можно видеть, что потери сухого вещества in situ резко уменьшаются в исследованиях совместно гранулированного измельченного льняного семени и гидратированной извести или даже в исследованиях смесей лизина и гидратированной извести по сравнению со случаями использования льняных семян или лизина в чистом виде.
Следующее исследование было проведено для оценки того, насколько использование измельченных льняных семян, совместно гранулированных с гидратированным доломитом и доломитовым карбонатом, уменьшает биогидрирование полиненасыщенных жирных кислот рубцовыми микроорганизмами, и, таким образом, насколько увеличиваются концентрации этих кислот в рубцовой крови.
Исследование № 2
Процедура. - Сорок пять бычков с фиксированным весом случайным образом распределяли по трем отдельным загонам, в которых различались режимы питания (по 15 бычков в каждом загоне). Бычкам давали в течение 14 суток основной рацион, который содержал 30,0% влажного кукурузного глютенового корма, 25% пшеничной соломы, 25% степного сена, 12,78% паровых кукурузных хлопьев и 3,02% добавок. В загонах 2 и 3 порцию кукурузных хлопьев заменяли на 2,79% льняных семян или 8.13% смеси извести и льняного семени, согласно данным, которые представлены в таблице 1. Кукурузное масло добавляли, чтобы обеспечивать близкие концентрации жиров во всех трех рационах питания. Эти рационы были составлены таким образом, чтобы обеспечивать, по меньшей мере, 12% неочищенного белка, 300 мг/сутки антибиотика монензина, 1000 МЕ/фунт витамина A, 0,1% добавки натрия и 0,15% добавки хлора, 0,7% кальция, 0,7% калия и 10 частей на миллион меди. Массы неизрасходованных кормов (остатков) определяли ежедневно.
Еженедельно отбирали образцы кормов и объединенный образец для каждого рациона питания анализировали, чтобы определять сухое вещество (DM), органическое вещество (OM), неочищенный белок (CP), нейтрально-детергентную клетчатку (NDF) и сумму липидов. Образцы крови отбирали из яремной вены для анализа концентрации длинноцепочечных жирных кислот (LCFA) через 0,7 и 14 суток исследования. Использовали гепаринизированные вакуумные пробирки (с зеленой крышкой), которые немедленно помещали на лед и центрифугировали при 1200 об/мин в течение 20 минут. На 16 сутки исследования через 3 часа после кормления образцы рубцовой жидкости и находящегося в пространстве рубца газа отбирали, осуществляя руминоцентез (прокол рубца), чтобы определять рубцовый уровень pH, профиль LCFA перевариваемого содержимого рубца и состав газа.
Данные подвергали статистическому анализу, используя процедуру MIXED (версия 9.0) компании SAS, в которой рационы питания и сроки представляли собой фиксированные эффекты, хлев помещен внутри слоя, хлев представлял собой случайный эффект, и животное представляло собой экспериментальную единицу.
Таблица XIII
Рационы питания
Ингредиенты, %
До эксперимента
Контроль
Льняное семя
Льняное семя/известь
Влажный кукурузный глютеновый корм
30,00
30,00
30,00
30,00
Пшеничная солома
25,00
25,00
25,00
25,00
Степное сено
25,00
25,00
25,00
25,00
Паровые кукурузные хлопья
10,36
12,78
12,86
8,50
Мука из жмыха льняного семени
-
3,01
1,22
1,51
Кукурузное масло
-
1,19
0,1
-
Льняное семя
-
-
2,79
Известь/Льняное семя
-
-
-
8,13
Глицерин
5,00
-
-
-
Добавка<sup>a</sup>
4,64
3,017
3,027
1,867
<sup>a</sup>Добавка составлена таким образом, чтобы обеспечивать 300 мг/сутки антибиотика монензина, 1000 МЕ/фунт витамина A, 0,1% добавки натрия и 0,15% добавки хлора, 0,7% кальция, 0,7% калия и 10 частей на миллион меди.
Результаты
Таблица XIV
Прием корма и рубцовый уровень pH
Контроль
Льняное семя
Льняное семя/известь
Стандартная погрешность среднего значения (SEM)
P-значение
Исходная масса, фунтов
556,5
556,4
556,8
26,2
0,7859
Прием корма (в расчете на сухую массу), фунтов
14,29
13,81
13,40
0,41
0,2032
Рубцовый уровень pH
7,00
7,02
7,04
0,069
0,8396
Таблица XV
Концентрации жирных кислот в плазме крови (нг/мл) выращиваемых бычков
Контроль
Льняное семя
Льняное семя/известь
P-значение
Кислота
Сутки 0
Сутки 7
Сутки 14
Сутки 0
Сутки 7
Сутки 14
Сутки 0
Сутки 7
Сутки 14
Стандартная погрешность среднего значения (SEM)
Сутки
Рацион
Сутки * Рацион
C16:0
73,1
79,1
76,9
76,6
78,9
74,6
74,7
84,4
88,9
3,2
0,0194
0,0109
0,0805
C18;Q
122,6
148,9
130,1
125,6
1,149,0
126,3
124,9
151,4
147,5
6,2
<0,0001
0,1586
0,3152
C18:1
76,8
92,0
83,1
80,8
87,3
86,5
80,1
79,4
86,4
4,8
0,1018
0,7244
0,3468
CT18:2
300,4
287,6
311,3
277,2
265,5
260,7
292,7
303,5
336,9
13,2
0,1791
O,0001
0,1389
C18:3n<sup>3</sup>
0,00
0,00
0,00
0,00
18,9
29,7
0,0
77,8
87,0
2,7
<0,0001
<0,0001
<0,0001
Альфа-линоленовая кислота (C18:3n3; также обычно называется ALA) рассматривается как незаменимое питательное вещество для большинства животных, и это означает, что организм не способен синтезировать эту жирную кислоту в количествах, достаточных для удовлетворения питательных потребностей животного; таким образом, это означает, что данная кислота должна быть включена в качестве компонента в состав рациона питания животного. Эта жирная кислота используется как предшественник для синтеза других важных длинноцепочечных жирных кислот, таких как эйкозапентаеновая кислота (EPA) и докозагексаеновая кислота (DHA), а также в синтезе холестерина, стероидных гормонов, эйкозаноидов и других важных соединений. Эта полиненасыщенная жирная кислота, как правило, подвергается значительному биогидрированию (превращаясь при этом в стеариновую кислоту) под действием микроорганизмов, населяющих рубцовую экосистему, как сообщают Montgomery и др., которые обнаружили, что менее чем 5% пищевой ALA остается в доступности для всасывания в послерубцовом пищеварительном тракте. См. S.P. Montgomery, J.S. Drouillard, T.G. Nagaraja, E.C. Titgemeyer, J.J. Sindt, «Влияние дополнительного источника жиров на переваривание питательных веществ и рубцовую ферментацию у бычков»; J. Anim. Sci. (Журнал зоотехнии), 2008 г., т. 86. № 3, с. 640-50. Альфа-линоленовую кислоту содержат незрелые травы холодного сезона, бобовые и некоторые виды разнотравья, но ее относительно пониженное содержание имеют зрелые фуражные растения, злаковые зерна и многие масличные растения. Лен представляет собой масличное растение, которое выращивается в условиях умеренного климата и представляет собой богатый источник альфа-линоленовой кислоты, содержащий приблизительно от 40 до 45% масла, в котором ALA составляет приблизительно от 55 до 60%. Концентрации линоленовой кислоты в плазме крови находятся в более или менее линейной зависимости от концентраций жирных кислот в корме; и, таким образом, это делает льняное семя идеальным кандидатом для исследования эффективности способа защиты питательных веществ от воздействия микроорганизмов в переднем отделе желудка жвачных животных.
Чертеж на Фиг. 2 иллюстрирует различия концентрации альфа-линоленовой кислоты в крови животных, получающих различные рационы питания. В течение периода до исследования все животные получали основной рацион питания, содержащий низкие уровни ALA, что, таким образом, приводило к низким концентрациям ALA в плазме крови животных во всех группах питания в момент начала эксперимента. В течение 1-14 суток все животные получали обычное основное питание, но животные в группах, в рацион которых были включены льняное семя и смесь льняного семени и извести, получали дополнительно эквивалентное количество льняного семени в незащищенной и защищенной формах, соответственно. Через 7 и 14 суток эксперимента концентрации ALA в плазме оставались низкими в контрольной группе, но резко увеличивались в группах, получающих льняное семя. Кроме того, по сравнению с животными, которые получали льняное семя в незащищенной форме, концентрации ALA в плазме превышали на 412 и 292% концентрации ALA в плазме животных в группах, получающих льняное семя/известь, после 7 и 14 суток, соответственно. Эти результаты четко иллюстрируют, что данный способ оказался успешным в повышении пропорции пищевой ALA, устойчивой к биогидрированию рубцовыми микроорганизмами.
Как и предполагалось, концентрации жирных кислот в группах были близкими до момента начала эксперимента (перед введением различных рационов питания). Различия в зависимости от рационов питания становились достаточно очевидными после 7 и 14 суток добавления льняного семени и гранулированной смеси льняного семени и извести. Наиболее значительными являются повышенные концентрации альфа-линоленовой кислоты (C18:3n3) в случае питания с добавкой гранулированной смеси льняного семени и извести, и это показывает, что данный способ снижает чувствительность льняного семени к биогидрированию микроорганизмами в рубце и сетке.
Одно определенное преимущество способа согласно настоящему изобретению следует называть термином «свойство самовосстановления» агломерированных частиц, которые изготовлены таким образом, чтобы обладать способностью защиты находящихся в сердцевине питательных веществ/композиций от разложения рубцовыми микроорганизмами. В известных заявителю продуктах предшествующего уровня техники применялись такие вещества, как жиры (защищенный холин от компании Balchem), синтетические полимеры (защищенный лизин и метионин от компании Adisseo) или белковые пленки на поверхности материала сердцевины, которые, таким образом, окружали материалы сердцевины и служили в качестве защитного барьера. Однако эффективность этих продуктов является ограниченной вследствие склонности внешней оболочки к образованию трещин, в результате которых материал сердцевины открывается для воздействия рубцовых микроорганизмов. В способе согласно настоящему изобретению изготовленный продукт имеет такую природу, что материал сердцевины заключен внутри матрицы, состоящей из карбонатно-гидратного комплекса. Внутри рубца на материал воздействует присутствующий в относительно высоких концентрациях диоксид углерода, который осуществляет дополнительную «рекарбонизацию» поверхности, образуя непроницаемый внешний слой. Растрескивание гранул является неизбежным в процессе переработки корма и в результате пережевывания животными. Однако в случае применения способа согласно настоящему изобретению незащищенные поверхности содержащих трещины материалов карбонизируются посредством воздействия диоксида углерода в рубце.
2
2
Посредством создания однородной или полуоднородной матрицы способ согласно настоящему изобретению обеспечивает тесный контакт активного связующего вещества и покровного материала с проходящим материалом. Гидратированная известь всех форм легко реагирует с CO, образуя карбонат кальция. Во влажной среде, содержащей CO, такой как рубец животного, эта реакция протекает быстро. Любая поверхность, которая оказывается щелочной вследствие гидратированной извести, будет реагировать в этих условиях, в том числе за пределами непокрытых гранул, на поверхностях трещин или на свежих поверхностях, образующихся в результате разрушения при обращении или потреблении. Образование свежего карбоната кальция приводит к пассивации поверхностей и защищает их от дальнейшего разложения рубцовыми микроорганизмами не только вследствие создания химически нейтральной поверхности, но также вследствие увеличения объема соединений кальция в процессе рекарбонизации. Данный эффект является в некоторой степени аналогичным эффекту, который достигается при применении доломитовой извести в строительстве. Доломитовая гидратированная известь предназначается для использования в строительных растворах и штукатурках в зонах землетрясений благодаря своей способности рекарбонизации, заполнения микротрещин за счет объемного расширения и предотвращения слияния этих микротрещин в большие трещины, которые приводят к разрушениям. Таким образом, в способе согласно настоящему изобретению используется специальная гидратированная известь в качестве связующего вещества для образования матрицы, обладающей способностью устранять дефекты во время пребывания в рубце животного, причем данный эффект не достигается продуктами предшествующего уровня техники. Кроме того, любые связующие вещества, которые не подвергаются истиранию, разрушению или растворению, будут обеспечивать положительную защиту от рубцовых микроорганизмов.
Хотя настоящее изобретение описано в нескольких предпочтительных формах, специалисты в данной области техники понимают, что оно может быть изменено без выхода за пределы объема притязаний настоящего изобретения, который определен представленной ниже формулой изобретения. Например, параметры управления данных производственных процессов можно модифицировать или изменять, чтобы регулировать конечные характеристики агломерированных частиц. Такие характеристики, которые могут быть модифицированы, включают, но необязательно ограничиваются этим, насыпную плотность частиц, размер частиц, пористость частиц, причем все данные характеристики могут придавать или ограничивать определенные свойства, которые считаются благоприятными или неблагоприятными для их использования, которое обсуждается в описании настоящего изобретения. Дополнительное регулирование характеристик конечных материалов можно модифицировать посредством вторичного покрытия или разделения на слои вторичного покрытия.
2
3
3
При потреблении жвачными животными на частицы воздействует водная обогащенная COсреда рубца, и гидраты химических соединений на поверхности частиц подвергаются рекарбонизации, образуя CaCO, MgCO или другие карбонатные вещества, которые обладают существенной устойчивостью к разложению внутри рубца. После рекарбонизации поверхность служит в качестве эффективного барьера, который не пропускает микроорганизмы, предотвращая их доступ к питательным ингредиентам или другим компонентам, содержащимся внутри агломерированных частиц. Агломерированные частицы или их фрагменты проходят из рубца через книжку в сычуг, где на них воздействует выделяемая желудком хлористоводородная кислота. В присутствии хлористоводородной кислоты карбонаты растворяются, высвобождая питательные ингредиенты или другие компоненты, внедренные в частицы. Компоненты, высвобождающиеся из матрицы, затем оказываются доступными для переваривания и всасывания или других процессов в послерубцовом пищеварительном тракте.
Как разъясняется выше, в предпочтительном процессе используются гидратированные минералы (гидроксиды) в качестве связующего вещества для образующих матрицу материалов. В том случае, когда может оказаться подходящим высвобождение в некоторой (части) агломерированного материала внутри рубца, таким образом, животное получает матрицу в ее гидратированной (или частично гидратированной) форме без предварительной рекарбонизации, в зависимости от рубцовой среды для образования защитного карбонатного слоя на поверхности частицы, и при этом высвобождается часть матричного материала. В том случае, когда оказывается желательным сокращение до минимума высвобождения материалов внутри рубца, на гидраты может воздействовать диоксид углерода в процессе производства с образованием продуктов, которые содержат в большей пропорции карбонатные минералы, которые являются более или менее инертными в условиях рубца. В качестве альтернативы, оказывается возможным использование карбонатов непосредственно для изготовления матрицы.
Данный способ является подходящим для увеличения пропорции питательных ингредиентов, присутствующих для переваривания и всасывания в послерубцовом пищеварительном тракте посредством ингибирования преждевременного переваривания микроорганизмами, населяющими рубец. Данный способ можно распространять на лизин, метионин или другие аминокислоты в качестве средства увеличения пропорции данных соединений, которые являются доступными для всасывания в послерубцовом тракте, улучшая, таким образом, состояние питания хозяина.
В некоторых случаях соединения алюминия можно также включать в связующие композиции. Аналогичным образом, данный способ можно распространять на холин и/или водорастворимые витамины, витамины, включающие аскорбиновую кислоту (витамин C), витамины, включающие B1 (тиамин), B2 (рибофлавин), B3 (ниацин или ниацинамид), B5 (пантотеновая кислота), B6 (пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин или гидрохлорид пиридоксина), B7 (биотин), B9 (фолиевая кислота), и B12 (кобаламины, обычно цианокобаламин), все из которых являются в высокой степени подверженными существенному гидролизу рубцовыми микроорганизмами и которые могут потребоваться животному-хозяину в количествах, которые превышают уровни, при которых обычно избегается переваривание рубцовыми микроорганизмами.
Данный способ также находит применение для защиты мононенасыщенных или полиненасыщенных липидов, которые обычно подвергаются значительному биогидрированию рубцовыми микроорганизмами, образуя насыщенные липиды. Комплексообразование липидов таким путем, как описано в настоящем документе, снижает степень биогидрирования ненасыщенных жирных кислот, и в результате этого становится возможным увеличение пропорции ненасыщенных жиров в мясе, молоке и животных жирах. В качестве примеров, животные продукты можно обогащать, используя жирные кислоты омега-3, сопряженные линолевые кислоты или другие жирные кислоты, которые считаются полезными в качестве питательных веществ для человека и других животных. Кроме того, ненасыщенные жиры и их производные могут оказываться токсичными для рубцовых микроорганизмов, и когда эти жиры присутствуют в избытке, они могут уменьшать переваривание других пищевых компонентов, в частности клетчатки. Комплексообразование липидов с использованием способа, описанного в настоящем документе, предотвращает взаимодействие между липидами и рубцовыми микроорганизмами и, таким образом, сохраняет более оптимальное переваривание волокнистых кормов и других ингредиентов, которое в иных условиях может нарушаться в присутствии ненасыщенных липидов. В послерубцовом пищеварительном тракте полиненасыщенные жиры, как правило, лучше перевариваются, чем насыщенные жиры, производя, таким образом, больше энергии для животного. Предотвращение чрезмерного биогидрирования липидов, таким образом, представляет собой средство повышения энергетической ценности жиров для жвачных животных.
Минеральные элементы также представляют собой логическую цель для защиты. Например, селенит натрия, который представляет собой относительно доступный источник незаменимого селена, используется рубцовыми микроорганизмами для синтеза селеноцистеина, который проявляет относительно низкую биодоступность в послерубцовом пищеварительном тракте. Защита селена внутри минеральной матрицы предотвращает его взаимодействие с рубцовыми микроорганизмами, сохраняя в более доступной форме данный незаменимый минерал. Сведение до минимума взаимодействий между минеральными элементами и рубцовыми микроорганизмами может также представлять собой и другие преимущества. Например, тяжелые металлы, такие как цинк, медь и марганец, способны индуцировать устойчивость к микроорганизмам, включая микроорганизмы, на которые воздействуют данные элементы, и, таким образом, воздействовать на эффективность важных противомикробных лекарственных средств. Посредством внедрения тяжелых металлов внутрь защитной матрицы предотвращается взаимодействие с рубцовыми микроорганизмами и, таким образом, устраняется необходимость для микроорганизмов в транскрипции генов, которые кодируют устойчивые к микроорганизмам элементы.
Представленные выше приложения предназначаются, чтобы служить исключительно в качестве примеров, и ни при каких обстоятельствах их не следует рассматривать как конечный список приложений. Один и тот же способ можно использовать в качестве средства, которым защищаются жирорастворимые витамины, ферменты, пробиотики, пребиотики, углеводы, лекарственные препараты, эфирные масла, минералы и другие соединения, и, таким образом, гарантируется присутствие в более высоких пропорциях продуктов в послерубцовом тракте, чтобы обеспечивать их желательное воздействие на животного-хозяина или популяции микроорганизмов в послерубцовом тракте.
Таким образом, хотя настоящее изобретение представлено в нескольких своих формах, оно не ограничивается ими, но может подвергаться разнообразным изменениям и модификациям без отклонения от своей идеи.