Влияние компонентного состава экструдатов на физические и биологические показатели качества кормовой добавки in vitro

УДК 53.09:579.2:636.085.25

Влияние компонентного состава экструдатов на физические и биологические показатели качества кормовой добавки in vitro Т.Н.Холодилина, МЯ.Курилкина

ГНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства РАСХН К. С.Кондакова ФГБОУ ВПО Оренбургский государственный университет

Аннотация. Представлены данные зависимости удельной поверхности, адгезии бактерий и переваримости изучаемых металлорганических комплексов от формы и концентрации вводимых активных компонентов: карбонатов и сульфатов кальция и магния, крахмала, мочевины и подсолнечного масла.

Summary. The results of the dependence of the specific surface adhesion of bacteria and digestibility studied organometallic complexes of the form and concentration of active ingredients introduced: carbonates and sulphates of calcium and magnesium, starch, urea and sunflower oil.

Ключевые слова: пшеничные отруби, экструзия, минеральные добавки, удельная поверхность, адгезия, переваримость.

Key words: wheat bran, extrusion, minerals, specific surface, adhesion, digestibility.

Количество и качество продукции мясного скотоводства тесно связано с уровнем производства и качеством приготовления кормов для животных. В последнее время все чаще применяют современные технологические приемы для решения вопросов полноценного и рационального кормления. Одним из наиболее эффективных и широко применяемых в комбикормовой промышленности способов обработки зерна и продуктов его переработки является экструзия, которая приводит к механической, химической деформации и «взрыву» продукта, что способствует лучшему усвоению последнего [1, 7].

При этом экструдаты приобретают сорбционные свойства, обуславливающие отрицательную ретенцию химических элементов в организме животных [6]. Компенсировать недостаток минеральных веществ в экструдате возможно путем введения в состав исходного продукта различных биологически активных добавок, содержащих комплекс макро- и микроэлементов.

В то же время, составляя смесь различных кормов и добавок необходимо использовать такие пропорции, которые позволили бы сочетать слабые и сильные стороны кормовых средств с наибольшим эффектом [2, 5]. В этой связи интересен вопрос изучения зависимости отдельных кормовых факторов, в частности минеральных добавок, в условиях получение экструдированных продуктов.

Материалы и методы исследования

При проведении исследования в качестве субстрата использовались пшеничные отруби, подвергшиеся экструзии и содержащие различные добавки: соли металлов (CaCO3, CaSO42H2O,

3MgCO3.Mg(OH)2.3H2O, MgSO47H2O), крахмал, мочевина и подсолнечное масло. Компоненты добавок вносились в интервале 5-30 % от массы образца, при этом пересчет солей производился на 1 моль металла, входящего в их состав.

За сутки перед экструзионной обработкой пшеничные отруби увлажняли дистиллированной водой до 30 %. Непосредственно перед проведением эксперимента исследуемые образцы измельчали с помощью лабораторной мельницы ^=1мм).

Площадь удельной поверхности используемых кормовых субстратов вычисляли, руководствуясь методом определения пористости по ацетону в соответствии с ГОСТ 6217-52.

Количественный учет микроорганизмов, адгезированных к частицам растительных субстратов, проводился с использованием биолюминометра LM-01T c термостатом, разработанного в Институте биофизики СО РАН совместно со специальным конструкторским технологическим бюро «Наука» (г. Красноярск). В качестве объекта исследования применялся модельный микроорганизм - Escherichia coli K12 TG1 с клонированным lux-опероном Photobacterium leiognathi 54D10, выпускаемый «НВО Иммунотех» как биосенсор Эко-люм-12.

Подготовка субстрата включала приготовление водного экстракта исследуемого образца и получение кормовых частиц оптимального размера. Для приготовления водного экстракта исследуемого корма навеску соответствующего измельченного образца массой 10±0,1 г вносили в колбу вместимостью 250 см3 и заливали 100 см3 дистиллированной воды. Колбы с содержимым встряхивали в течение 20 мин, после чего смесь фильтровали через бумажный фильтр и отделяли надосадочную жидкость. Для получения кормовых частиц оптимального размера выше полученную смесь (до фильтрации) центрифугировали при 500 об/мин, супернатант использовали в опыте.

Для инкубации использовалась взвесь культуры E. coli K12 TG1 - Эколюм-12, восстановленная из лиофилизированного состояния дистиллированной водой согласно инструкции и доведенная до 0,5 оптической плотности. Взвесь модельного микроорганизма смешивали с полученным супернатантом субстрата в соотношении 1:1. Полученную взвесь выдерживали при +38°С в течение 30 мин. Одновременно в качестве контроля готовили взвесь модельного микроорганизма, восстановленного дистиллированной водой, и водного экстракта исследуемого корма в соотношении 1:1, которую также выдерживали при +38 °С в течение 30 мин, а после при комнатной температуре.

Затем проводили центрифугирование опытной взвеси при 1500 об/мин в течение 5 мин для разделения адгезированных и неадгезированных микроорганизмов. В осадке получили частицы со связавшимися микроорганизмами, а в супернантанте - неадгезированные бактерии. Супернатант раскапывали по 250 мкл в лунки планшета. В качестве контроля использовали взвесь модельного микроорганизма в водном экстракте исследуемого корма, которую также раскапывали по 250 мкл в лунки планшета. Затем планшет с опытными и контрольными образцами помещали в биолюминометр для измерения светимости бактерий в течение 10 мин.

Полученные данные выражали в виде биолюминесцентного индекса (БЛИ) в %, который рассчитывается по формуле:

БЛИ=(1 - 0/К)*100 %,

где БЛИ - биолюминесцентный индекс (БЛИ) в %; К - интенсивность свечения микроорганизмов в контрольном образце к завершению опыта; О - интенсивность свечения микроорганизмов в опытном образце в конце экспозиции.

Переваримость сухого вещества определяли методом «in vitro» при помощи «искусственного рубца KPL 01» по методике Попова В.В., Рыбиной Е.Т. (1983) в модификации Г.И. Левахина, А.Г. Мещерякова (2003).

Статистическая обработка данных проводилась с использованием программ MS Excel, STATISTICA 6.

Результаты и их обсуждение

Получены данные по физическим и биологическим свойствам изучаемых биоорганических комплексов (рис. 1).

% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

№ кормового субстрата

Удельная поверхность Н Количество адгезированных бактерий Ш Переваримость ш \itro

Рис. 1 - Показатели удельной поверхности, количества адгезированных бактерий и переваримости исследуемых кормовых образцов, где 1- Отруби без обработки, 2 - Отруби экструдированные

При оценке удельной поверхности образцов выявлено, что экструзионная обработка отрубей сопровождалась повышением показателя удельной поверхности с 42,6 до 50,5 %.

Площадь удельной поверхности опытных комплексов с карбонатом кальция в дозировке 5-10 % под действием экструзионной обработки увеличивалась до 53,2-54,6 %, что выше экструдированного продукта на 2,7 - 4,1 %. По мере увеличения добавок наблюдалось снижение оцениваемого показатель до 40,3 % в дозировке 30 % CaCO3.

В образцах с сульфатом кальция в дозировке 5-20 % наблюдалось снижение удельной поверхности до 36,3 %.

При экструдировании отрубей с солями магния наблюдается сходная закономерность. Так, при внесении карбонатов магния в дозировке 5-10 % наблюдалось повышение удельной поверхности на 7,2 % в сравнении с экструдированными отрубями, в то время как при внесении 20 - 30 % соли привело к падению показателя удельной поверхности до 43,2.

В образцах с сульфатом магния в дозировке 5-10 % наблюдалось увеличение удельной поверхности до 4,4 % в сравнении с экструдатом, а при использовании 30 % минеральной добавки уже происходило снижение исследуемого показателя до 41,8 %.

При соэкструзии отрубей с минеральными солями и крахмалом наилучший результат получился в образце с карбонатом кальция и составил 56,1 %, что выше экструдированных отрубей на 5,6 % и нативных отрубей на 13,5 %. В образцах же с карбонатом магния и сульфатом кальция в присутствии крахмала происходит снижение удельной поверхности образцов до 49,6 % и 47,3 % соответственно по сравнению с экструдатом, но данные показатели выше в сравнении с нативными отрубями на 7 % и 4,7 % соотетственно. При соэкструзии пшеничных отрубей с сульфатом магния в присутствии крахмала показатель удельный поверхности повышался незначительно и составил 51,9 %.

Также обнаружено, что добавление масла в отруби при экструдировании сопровождалось увеличением оцениваемого показателя до 51,6 %, что оказалось немного выше по сравнению с экструдированными отрубями, однако введение карбоната кальции к данному образцу снижало удельную поверхность до 46 %.

Введение в отруби в процессе экструдирования мочевины снижало площадь удельной поверхности на 3,5 % в сравнении с экструдатом, внесение же мочевины с карбонатом кальция повышало показатель удельной поверхности относительно экструдированных отрубей на 3,7 %.

Таким образом, отмечено, что в образцах с большей массовой долей составляющих, в частности минеральных добавок, наблюдался более низкий показатель удельной поверхности, что может быть объяснено изменением химической структуры субстрата отрубей (углеводов), в то время как соли металлов под воздействием экструзии не претерпевали аналогичных изменений.

С помощью модельного микроорганизма Escherichia coli K12 TG1 была проведена количественная оценка адгезионной активности бактерий к частицам пшеничных отрубей, подвергшиеся экструзии и содержащие различные добавки (рис. 1).

Отмечено увеличение количества адгезированных бактерий при внесении карбонатов кальция во всех дозировках, но с увеличением массовой доли соли с 5% до 30 % снижается и адгезивная активность с 11,7 по 2,7 в сравнении с экструдированными отрубями.

При внесении добавок, содержащих основной карбонат магния достоверных различий в адгезии бактерий не обнаружено. Однако совместное внесение карбонатов магния и кальция в дозировке 5 % каждого привело к увеличению адгезии микроорганизмов на 6,3 % в сравнении с экструдатом, что видимо объясняется компенсированным действием кальцийсодержащей добавки.

Внесение сульфата кальция в дозировках 5 - 10 % не оказало влияния на адгезивную активность тест-штамма, но при внесении 20 % соотвествующей соли отмечалось увеличение адгезии на 7,5 %. Сходная ситуация отмечалась и для сульфата магния, так при 5 - 10 % дозировке адгезивная активность бактерий увеличилась незначительно, но при внесении 20 % магнийсодержащей добавки отмечалось увеличение адгезии на 13,5 %.

Наблюдаемый факт связан с тем, что катионы двухвалентных металлов оказывают влияние на гид-рофобность поверхности субстрата, увеличение которой ведет к повышению адгезии микроорганизмов. Не малое значение имеет растворимость используемых веществ, их способность к гидролизу. Кроме того, данные по влиянию отдельных металлов на адгезию бактерий в литературе противоречивы, так для адгезии цел-люлозолитического микроорганизма рубцовой жидкости R. flavefaciens установлена необходимость наличия катионов кальция и магния, рассматривая же адгезию F. succinogenes, одни авторы указывают на нечувствительность данной бактерии к присутствию двухвалентных катионов, а другие исследователи отмечают увеличение адгезивности в присутствии кальция [2, 4].

Отмечено, что крахмалсодержащая добавка, а также крахмалсодержащая добавки с карбонатом кальция и сульфатом магния значительно способствовали адгезии (на 12,3, 15,9, 8,9 % в сравнении с экструдированными отрубями), что можно объяснить суммарным эффектом данной минеральной добавки и особенностями экструзионной обработки, при которой образуются разрывы молекулярных цепочек крахмала, в результате чего открывается доступ для активной деятельности микроорганизмов.

Введение в отруби в процессе экструдирования подсолнечного масла увеличило степень адгезии биосенсора на 4 % относительно экструдата, а внесение мочевины несколько снизило показатели адгезивно-сти бактерии относительно экструдата. Внесение карбоната кальция в эти добавки не повлияло на адгезив-ность тест-штамма.

Нами также были проанализированы результаты переваримости in vitro исследуемых кормовых комплексов (рис.1). Наиболее высокие значения изучаемого показателя отмечены при внесении в экструдированные отруби СаСО3 (20%, 30 %), 3MgCO3Mg(OH)23H2O (30 %), MgSO47H2O (20 %), также при соэкс-трудировании СаСО3 (5 %) и 3MgCO3Mg(OH)23H2O (5 %), CaSO42H2O (5 %) + крахмал (5 %), что согласуется с ранее полученными данными [3].

Таким образом, в ходе работы было выявлено, что внесение СаСО3 в дозировке 5% и 10%, а также совместное внесение СаСО3 (5%) с 3MgCO3Mg(OH)23H2O (5 %) в экструдируемые отруби достоверно (р<0,01) оказывали положительный эффект на все изучаемые показатели.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ №12-04-31424 мол_а «Механизмы адгезии микрофлоры к модифицированным металлоорганическим комплексам с включением наночастиц».

Литература

1. Бельков Г.И., Джуламанов К.М., Герасимов Н.П. Использование биологического потенциала ге-рефордов для производства высококачественной говядины//Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2010. №2. С. 44-45.

2. Кондакова К.С., Япрынцева Е.В., Дроздова Е.А., Мищенко Н.В. Изучение зависимости переваримости минерально-растительных комплексов от степени адгезии микроорганизмов к поверхности частиц пищи // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 12. С. 338-340.

3. Левахин Г.И., Айрих В.А., Дускаев Г.К. Сравнительная оценка биологической ценности и качество силосов из различных культур//Вестник мясного скотоводствав. 2006. №59(1). С. 173-178.

4. Холодилина Т.Н., Тиманова А.С., Гречушкин А.И., Мирошников С.А. Влияние экструдирования корма на биодуступность химических элементов//Ветеринария. 2009. №7. С. 50-52.

5. Miron, J. Adhesion Mechanisms of Rumen Cellulolytic Bacteria / J.Miron, D. Ben-Ghedalia, M. Morrison // J. Dairy Sci. Vol. 84. P. 1294-1309.

6. Соколова О.Я., Мирошников С.А., Холодилина Т.Н., Дроздова Е.А. Значения экструдированных кормов в регулировании обмена условно токсичных и эссенциональных микроэлементов в организме кур-несушек // Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № 12 (62). С. 232-234.

7. Шаршунов В.А., Попков Н.А., Пономаренко Ю.А. и др. Комбикорма и кормовые добавки: Справ. пособие. Мн.: «Экоперспектива», 2002. 440 с.

Холодилина Татьяна Николаевна, кандидат сельскохозяйственных наук, руководитель научнообразовательного центра, ГНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства РАСХН, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: (3532)774641;

Курилкина Марина Яковлевна, соискатель, специалист лаборатории, ГНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства РАСХН, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: (3532)774641;

Кондакова Кристина Сергеевна, научный сотрудник ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, тел.: (3532) 776770.