СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭКСТРУДИРОВАННОГО ГРУБОГО КОРМА ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ
METHOD FOR PREPARATION OF EXTRUDED ROUGH FODDER FOR FARM ANIMALS

Изобретение относится к производству экструдированного сухого корма для сельскохозяйственных животных и может быть использовано при кормлении домашних животных, преимущественно, крупного и мелкого рогатого скота.
Известен способ приготовления экструдированного сухого корма для домашних животных, заключающийся в приготовлении корма на основе зерна кукурузы и добавки. Предварительно увлажненную и подогретую до 100°C смесь загружают в экструдер и подвергают экструзии под давлением 2-6 МПа. Экструдат вспучивается на выходе из фильеры матрицы под действием перепада давления, происходит формирование пористого жгута, с последующей резкой его на части (патент RU 2399295).
Известен также способ приготовления пропаренных зерновых продуктов или сухого корма для домашних животных, заключающийся в получении смеси воды с зерновой мукой или крупкой, ее тепловой обработке с последующим экструдированием (патент RU 2208369). Недостатком известных способов является высокая себестоимость получаемой продукции вследствие высокого содержания зерновых кормов.
Наиболее близким техническим решением является способ приготовления корма для кроликов, включающий введение воды в сухое вещество рациона и просепарированный от мочи помет кроликов и экструзию полученной смеси при температуре 125-135°C и давлении 1,4-1,5 МПа в течение не более 60 сек (патент RU 2153811). Недостатком указанного способа является узкая направленность назначения получаемого корма, а также отсутствие стадии ферментации компонентов корма, которое не позволяет увеличивать долю древесных отходов в конечном продукте.
Задача, решаемая изобретением, - получение экологичного грубого корма, существенное снижение себестоимости корма с повышением характеристик качества, а также утилизация древесных отходов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе приготовления экструдированного сухого корма для сельскохозяйственных животных, преимущественно крупного и мелкого рогатого скота, включающем приготовление сухой смеси зерновых культур и предварительно измельченных древесных отходов и экструдирование полученной смеси, согласно изобретению, сухую смесь, содержащую 70-80% древесных отходов и 20-30% зерна, ферментируют полиферментным препаратом при температуре 50-55°C, затем подвергают механоактивации в дезинтеграторе, а экструдирование проводят при температуре 110-160°C и давлении 40-80 атм. В качестве древесных отходов используют солому или отходы технического производства сельскохозяйственной продукции с высоким содержанием сырой клетчатки. В предлагаемом способе можно использовать не только зерно, но и отходы технического производства сельскохозяйственной продукции с низким содержанием сырой клетчатки.
Ферментация полиферментным препаратом позволяет расщепить высокомолекулярные соединения до низкомолекулярных, так протеин до ди-, монопептидов и отдельных аминокислот, крахмал - до сахарозы, глюкозы и фруктозы, целлюлозу - до целлобиозы, мальтозы и глюкозы, пектины - до тетра-, три-, ди- и моногалактоуроновых кислот, ксиланы - до арабинозы, галактозы, ксилозы и глюкоуроновых кислот, жиры - до свободных жирных кислот, фитаты - до фосфора, кальция, магния, цинка, меди и железа, расщепленных в виде свободных молекул с образованием инозита, что облегчает их усвоение организмом животных.
Процесс механоактивации компонентов экструдированного грубого корма в дезинтеграторе приводит к их дальнейшему измельчению, гомогенизации и увеличению реакционной способности с полиферментным препаратом. Повышение реакционной способности связано с увеличением поверхности контакта фаз, а также энергонасыщенным состоянием компонентов корма, легко вступающих в различные химические процессы.
Экструдирование компонентов кормосмеси (70-80% древесные отходы и 20-30% зерно) позволяет подвергать продукт действию высокого давления и температуры. За короткий промежуток времени сырье успевает пройти несколько стадий обработки: тепловую обработку, измельчение и смешивание, частичное обезвоживание, стабилизацию, текстуризацию, экспандирование, профилирование, стерилизацию и обеззараживание. После такой обработки улучшаются вкусовые качества корма, так как образуются различные ароматические вещества, значительно возрастает активность ферментов в перевариваемости кормов, а также нейтрализация некоторых токсинов и гибель их продуцентов. В результате такой комплексной обработки получают экструдат с приятным хлебным вкусом и запахом.
В качестве ингредиентов сухой смеси используются компоненты с высоким (древесные опилки, солома, отходы технического производства сельскохозяйственной продукции, такие как лузга, шелуха и т.д.) и низким (зерновые культуры и отходы технического производства сельскохозяйственной продукции, такие как отруби, жмых, шрот и т.д.) содержанием сырой клетчатки.
Способ осуществляют следующим образом. Древесные опилки, или солома, или отходы технического производства сельскохозяйственной продукции с высоким содержанием сырой клетчатки в количестве 70-80% от общей массы сухой смеси подаются на стадию предварительного измельчения до размера частиц не более 20 мм. Далее полученный материал и зерно шнеком подается в дезинтегратор, где происходит дополнительное измельчение компонентов, их гомогенизация и ферментация при температуре 50-55°C. После выгрузки из дезинтегратора полученная смесь выдерживается в течение 30-40 мин для окончательной ферментации и затем подается на экструдерирование при температуре 110-160°C и давлении 40-80 атм. После экструдера вспученный корм может быть подан на дробление и последующее гранулирование. Данная стадия используется для увеличения плотности и снижения объема и себестоимости транспортирования готовой продукции.
Эффективность использования заявляемого экструдированного грубого корма может быть проиллюстрирована шестью примерами. В первом примере показано изучение питательности, а в последующих - определены токсикологические свойства заявляемого корма.
Все фармакотоксикологические тесты выполнены согласно утвержденным методам исследований в соответствии со следующей нормативно-технической документацией:
1. Методические указания к постановке исследований по изучению раздражающих свойств и обоснование предельно-допустимых концентраций избирательно действующих раздражающих веществ в воздухе рабочей зоны. 2163-80. Утв. МЗ СССР. 11.08.80.
2. Методические рекомендации по профилактике микотоксикозов животных, утвержденные МСХ РФ, РАСХН 17.03.2010.
3. Оценка воздействия вредных химических соединений на кожные покровы и обоснование предельно допустимых уровней загрязнения кожи». Утв. зам. Главного государственного санитарного врача СССР. №2102-79.
4. Методические указания по определению токсических свойств препаратов, применяемых в ветеринарии и животноводстве» Утв. МЗ СССР, ВАСХНИЛ, ГУВ Госагропром СССР, представленные в справочнике «Ветеринарные препараты» М., Агропромиздат, 1988.
5. «Методические указания по изучению эмбриотоксического действия фармакологических веществ и влияния их на репродуктивную функцию» (Москва, Фармакологический комитет, 1986, 25 с.).
При постановке экспериментов в качестве подопытных животных были использованы белые мыши, белые крысы и кролики. Были определены параметры острой и субхронической токсичности испытуемого корма, изучены местное раздражающее действие на слизистую оболочку глаза и при аппликации на кожу. Вытяжку (экстракт) из высококачественного экструдированного грубого корма делали согласно методическим рекомендациям (Методические рекомендации по профилактике микотоксикозов животных, утвержденные МСХ РФ, РАСХН 17.03.2010). Для этого 50 г корма тщательно измельчали на лабораторной мельнице, затем помещали в плоскодонную колбу с притертой пробкой, наливали 150 мл ацетона и экстрагировали при встряхивании на шуттель-аппарате в течение двух часов. Экстракт фильтровали через бумажный фильтр в фарфоровую чашку и выпаривали под тягой на водяной бане до испарения, после чего осадок растворяли в растворе спирта (1 часть спирта и 3 части воды) и вновь профильтровывали.
Для токсикологических тестов использована кормосмесь с содержанием 80% осиновых опилок и 20% зерна ржи, как менее питательная.
Пример 1. Изучение питательности экструдированного грубого корма.
Исследования проведены с экструдированным грубым кормом, который представляет собой светло-коричневые вспененные гранулы, плохо растворимые в воде, с приятным хлебным запахом. В таблице 1 приведены данные по отдельным питательным веществам кормосмеси под действием ферментирования, обработки в дезинтеграторе и экструдере (опыт). В качестве контроля были взяты аналогичные корма, которые не подвергали всей технологической обработке. В состав первой испытуемой кормосмеси входили 80% осиновых опилок и 20% зерна ржи, а во вторую 70% осиновых опилок и 30% ячменя. Для сравнения дана питательность сена посевного (Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных: Справочное пособие - 3-е издание переработанное и дополненное / Под ред. А.П. Калашникова, В.И. Фисинина, В.В. Щеглова, Н.И. Клейменова. - М.: Россельхозакадемия [и др.], 2003. - 456 с.).
Таблица 1
Показатели
Испытуемый корм
Сено посевное
опилки - 80% + рожь - 20%
опилки - 70% + ячмень - 30%
тимофеечное
клеверное
контроль
опыт
контроль
опыт
Сухое вещество, г
900
916
900
900
830,0
830,0
Сырой протеин, г
35,7
80,7
42,3
107,5
85,0
156,0
Сырая клетчатка, г
394,0
147,4
403,5
124,1
269,0
257,0
Лигнин, г
140,4
120,3
145,4
108,3
Сырой жир, г
4,7
23,2
4,1
19,8
22,0
19,0
Сырая зола, г
20,8
27,1
20,3
31,4
36
31
Сахар, г
18,1
55,0
18,7
57,6
35
25,0
Таким образом, данные таблицы свидетельствуют, что высокотемпературная ферментация кормосмеси полиферментным препаратом, с дальнейшей обработкой в дезинтеграторе и экструдере, способствовали снижению количества сырой клетчатки в корме, содержащем 80% осиновых опилок и 20% зерна ржи, в 2,7 раза, лигнина - 1,15 раза и повышению протеина - 2,3, сырого жира - 4,9 и сахара - 3,0 раза по сравнению с контрольным образцом, в кормосмеси, содержащей 70% осиновых опилок и 30% ячменя, эти показатели составили 3,2, 1,34 и 2,5, 4,8, 3,1 раза соответсвенно. Технологическая обработка кормосмеси приблизили состав и питательность экструдированного грубого корма к посевному сену: по сырому протеину - к злаковому, а содержанию сырого жира и сахара - превысили бобовое сено в 1,2 и 2,2 раза, при этом содержание сырой клетчатки было в 1,7 раза ниже по сравнению с клеверным сеном. Данные изменения в составе корма произошли под действием высокотемпературной ферментации, обработки в дезинтеграторе и высокого давления и трения в пресс-экструдере. При высокотемпературной ферментации и экструдировании часть целлюлозы и лигнина расщепляется до декстринов различной степени сложности и простых Сахаров.
Пример 2. Определение острой токсичности.
Опыты острой токсичности были проведены на самцах и самках половозрелых белых мышей массой тела 18-20 г. Вытяжку из экструдированного грубого корма вводили животным в желудок с помощью металлического зонда с напаянной оливой на конце. В опытах животные были разделены на 5 групп (по 3 самца и три самки в каждой), которым задавали препарат в различных дозах и одна контрольная, животным которой вводили дистиллированную воду в аналогичных объемах. Объем вводимого в желудок исследуемой вытяжки для мышей составлял 0,3-0,4 мл (в зависимости от веса животного).
Экстракт вводили на голодный желудок. Животных кормили через 3 часа после введения вытяжки, наблюдая их в течение 2-х недель. Результаты опытов представлены в таблице 2.
Таблица 2
Доза мг/кг
Количество животных
Выжило
Пало
Z
D
Zd
2000
6
6
0
3000
6
6
0
0
1000
0
4000
6
6
0
0
1000
0
5000
6
6
0
0
1000
0
6000
6
6
0
0
1000
0
Контроль
6
6
0
-
-
-
где:
Z - половина суммы числа животных, погибших от двух смежных доз
D - разница значений доз, стоящих рядом (мг/кг)
Zd - произведение Z b D
Из данных таблицы 2 следует, что при пероральном введении экструдированного корма в дозах от 2000 до 6000 мг/кг в опытной группе, также как и в контрольной, гибели подопытных животных и при анализе клинических признаков никаких выраженных отклонений от нормы не наблюдалось.
При патологоанатомическом вскрытии внутренние органы убитых контрольных и опытных животных визуально не отличались.
По гигиенической классификации по основным параметрам вредности предлагаемый высококачественный экструдированный грубый корм относится к нетоксичным соединениям, а по степени опасности ГОСТ 12.1.007.76 - к IV классу (незначительно опасные).
Во второй серии опыты по определению острой пероральной токсичности были проведены на самцах и самках половозрелых белых крыс массой тела 180-220 г. Вытяжку из экструдированного грубого корма вводили животным в желудок с помощью металлического зонда с напаенной оливой на конце. В опытах животные были разделены на 6 групп (по 3 самца и три самки в каждой): 5 опытных, которым задавали препарат в различных дозах и одна контрольная, животным которой вводили дистиллированную воду в аналогичных объемах. Объем вводимого в желудок исследуемого экстракта для крыс составлял 4-5 мл (в зависимости от веса животного).
Вытяжку вводили на голодный желудок. Животных кормили через 3 часа после введения препарата, наблюдая их в течение 2-х недель. Результаты опытов представлены в таблице 3. За крысами наблюдали в течение 2-х недель.
Таблица 3
Доза мг/кг
Количество
Выжило
Пало
Z
D
Zd
2000
6
6
0
3000
6
6
0
0
10000
0
4000
6
6
0
0
10000
0
5000
6
6
0
0
10000
0
6000
6
6
0
0
10000
0
Контроль
6
6
0
-
-
-
Из данных таблицы 3 следует, что при пероральном введении вытяжки из экструдированного грубого корма в дозах от 2000 до 6000 мг/кг в опытной группе, также как и в контрольной, гибели подопытных животных и при анализе клинических признаков никаких выраженных отклонений от нормы не наблюдалось.
При патологоанатомическом вскрытии внутренние органы убитых контрольных и опытных животных визуально не отличались.
По гигиенической классификации по основным параметрам вредности предлагаемый высококачественный экструдированный грубый корм относится к нетоксичным соединениям, а по степени опасности ГОСТ 12.1.007.76 - к IV классу (незначительно опасные).
Таким образом, заявляемый высококачественный экструдированный грубый корм относится к нетоксичным соединениям, а по степени опасности ГОСТ 12.1.007.76 - к IV классу (незначительно опасные).
Пример 3. Определение субхронической токсичности.
Субхронические эксперименты по выявлению токсичности были проведены на белых крысах в течение 90-дней. При этом исследуемый экструдированный корм вводили крысам в количестве 90% от всего рациона, что больше по сравнению с рекомендованным уровнем (20-50%). Контрольным крысам скармливали рацион, рекомендуемый для лабораторных животных. Эксперименты проводили на 20 самцах и самках половозрелых белых крысах живой массой 180-220 г, разделенных на две равные группы по принципу аналогов (опыт-контроль).
Скармливание опытным крысам исследуемого экструдированного грубого корма в количестве 90% от всей питательности рациона, не оказало отрицательного воздействия на их организм. Рост и развитие опытных особей не отличалось от контрольных животных, и были в пределах физиологических норм.
Таким образом, скармливание белым крысам предлагаемого экструдированного грубого корма в количестве 90% от всей питательности рациона в течение 90 дней не оказало отрицательного действия на их организм.
Пример 4. Определение раздражающего действия экструдированного грубого корма на кожу и слизистую оболочку глаз.
2
2
Эксперименты по определению раздражающего действия на кожу были проведены на 4 кроликах обоего пола. Для этого участки кожи 5x5 см за день эксперимента тщательно выстригли на спине слева, и справа от позвоночника. На шею кроликов надевали пластиковые воротники для исключения слизывания испытуемого вещества. Испытуемый корм в виде водной кашицы наносили на выстриженный участок кожи в нативном виде (слегка смешивали с дистиллированной водой) из расчета 20 мг/см справа от позвоночника, контроль - 0,02 мл дистиллированной воды/см слева от позвоночника, время экспозиции составляло 4 часа, а затем нанесенный препарат удаляли теплой водой с мылом. После смыва реакцию кожи регистрировали через 1 и 18 часов, оценивали в сравнении с симметричными участками кожи того же животного, где была нанесена дистиллированная вода. Наблюдение за кроликами вели в течение 7 дней.
В период наблюдения в опытах с предлагаемым экструдированным кормом каких-либо функциональных нарушений со стороны кожи отмечено не было, и она не отличались от контрольного участка. По выраженности раздражающего влияния, заявляемый экструдированный корм можно отнести к первому классу препаратов, не обладающих раздражающим действием на кожу кроликов.
При определении раздражающего действия на слизистую оболочку глаз в опыт были взяты 4 кролика, для чего в конъюнктивальный мешок левого глаза кроликов вносили измельченную нативную взвесь из испытуемого корма в количестве 20 мг, правый глаз служил контролем, куда вносили дистиллированную воду в количестве 2-3 капель. После внесения препарата на 1 минуту, прижимали слезноносовой канал у внутреннего угла глаза. Наблюдение за состоянием слизистой оболочки и прозрачностью роговицы проводили в течение недели.
В опытах с экструдированным кормом отека слизистой оболочки глаз не наблюдалось, роговицы глаз были чистые, отмечалась небольшая гиперемия слизистой оболочки, исчезающая через 1-1,5 часа. Данные опыта показывают, что испытуемый корм является веществом, не вызывающим раздражение слизистых оболочек глаз кроликов.
Таким образом, предлагаемый экструдированный корм не обладает раздражающим действием на кожу и не вызывает раздражение слизистых оболочек глаз кроликов.
Пример 5.Определение аллергизирующего действия.
Опыты по определению аллергизирующего действия изучаемого корма были проведены на 4 кроликах, которым предварительно выстригали участки кожи (5×5 см) на спине, слева и справа от позвоночника. Правый бок служил для аппликации водной кашицы из изучаемого корма, а левый - для контроля (дистиллированная вода). Эксперимент проводился в течение 30 дней, т.е. ежедневно на выстриженный участок кожи наносили водную кашицу из испытуемого корма. За этот период аллергических реакций, за исключением незначительного покраснения на 25 день, которые исчезли через сутки после окончания эксперимента, поэтому испытуемый корм можно отнести к веществам, не вызывающих аллергических реакций.
Пример 6. Определение эмбриотоксических и тератогенных свойств.
В опытах по изучению эмбриотоксических и тератогенных свойств изучаемого экструдированного грубого корма были использованы белые крысы массой тела 180-200 г, для чего сформировали две группы по 24 животных (всего в опыте было 48 крыс). Самок подсаживали к самцам в соотношении 2:1, сроком на 2 эстральных цикла (10-14 дней). Оплодотворение регистрировали с помощью вагинальных мазков. Первой опытной группе внутрь вводили водно-спиртовый экстракт в дозе 6000 мг/кг из предлагаемого экструдированного корма, второй (контроль) - дистиллированную воду на протяжении 19 дней беременности. На 20-й день эксперимента в каждой группе убили по 12 крыс. Результаты исследований представлены в таблице 4.
Таблица 4
Показатели
Группа
опыт
контроль
Количество желтых тел в яичниках
128
129
Количество мест имплантаций
124
124
Количество живых плодов
120
119
Количество мертвых плодов
4
5
Предимплантационная гибель, %
3,1±0,2
3,9±0,3
Постимплантационная гибель, %
3,3±0,2
4,2±0,5
Общая эмбриональная смертность, %
6,2±0,9
7,8±0,8
Масса плодов, г
2,81±0,05
2,84±0,03
Масса плацент, г
0,60±0,01
0,61±0,01
Плодоплацентарный коэффициент, усл.ед.
21,3
21,4
Из таблицы 4 следует, что применение опытным крысам вытяжки из экструдированного корма не способствовало угнетению репродуктивной функции самок, а уменьшение количества желтых тел в яичниках не привело к увеличению пред- и постимплантационной гибели по сравнению с контролем. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что предлагаемый корм не обладает эмбриотоксическими свойствами.
При изучении тератогенного действия экструдированного грубого корма при внешнем осмотре эмбрионов признаков уродств обнаружено не было. Исследование состояния внутренних органов не выявило аномалий в развитии органов у всех подопытных животных. Изучение скелета эмбрионов показало, что изучаемый корм не влиял на закладку и развитие костной системы крыс.
Оставшиеся беременные крысы, по 12 голов в опытной и контрольной группах, были использованы для получения потомства. Результаты наблюдений за развитием подопытных крыс и полученного потомства представлены в таблице 5.
Таблица 5
Показатели
Группа
опыт
контроль
Продолжительность беременности, дни
21,1±0,3
21,0±0,1
Число родившихся крыс
120
119
Мертворождение, %
-
-
Краниокаудальные размеры, см:
Новорожденные
4,89±0,09
4,91±0,07
На 8-й день
7,65±0,11
7,67±0,07
На 16-й день
8,71±0,08
8,73±0,06
На 24-й день
16,58±0,12
16,57±0,08
На 28-й день
18,64±0,15
18,65±0,06
Срок отлипания ушей, дни
4,25±0,08
4,24±0,07
Срок опушения, дни
7,49±0,14
7,48±0,12
Срок прозрения, дни
15,22±0,09
15,23±0,06
Постнатальная смертность к 28 дню, %
2,50±0,5
2,52±0,6
Из таблицы 5 следует, что опытные крысята, полученные от крыс, которым внутрижелудочно вводили водно-спиртовый экстракт из изучаемого экструдированного корма, не отличались от контрольных животных по краниокаудальным размерам, срокам отлипания ушей, опушения, прозрения и показателям постнатальной смертности, следовательно, предлагаемый корм не обладает эмбриотоксическим и тератогенным действием.
В результате проведенных фармакотоксикологических исследований с использованием различных (мыши, крысы, кролики) лабораторных животных установлено, что экструдированный грубый корм по гигиенической классификации по основным параметрам вредности относятся к нетоксичным соединениям, а по степени опасности ГОСТ 12.1.007.76 - к IV классу.
Определение раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки показало, что испытуемый корм не обладает раздражающим и аллергизирующим действием. Изучение действия экструдированного грубого корма на репродуктивные качества самок животных и последствий на потомство позволило заключить, что испытуемый корм не обладает эмбриотоксическим и тератогенным действием.
Таким образом, предлагаемый экструдированный грубый корм не оказывает токсического действия на животных, способствует утилизации древесных отходов и может быть использован при кормлении сельскохозяйственных животных, преимущественно крупного и мелкого рогатого скота, для частичной или полной замены объемистых кормов. Высокотемпературная ферментация полиферментным препаратом при температуре 50-55°C с дальнейшей обработкой древесно-зерновой кормосмеси в дезинтеграторе и экструдированием при температуре 110-160°C и давлении 40-80 атм способствует снижению количества сырой клетчатки, в частности лигнина, и повышению протеина и сахара в первоначальном материале. После экструдирования возможна грануляция продукта, что также будет способствовать дальнейшему расщеплению питательных веществ древесно-зерновой смеси и позволит уменьшить объем конечной продукции, что приведет к снижению себестоимости транспортирования. Размер конечной продукции - гранул не будет превышать 4 мм, что является наиболее оптимальным для кормления жвачных животных.