Композитная кормовая биополимерная добавка для имитации процессов естественного пищеварения при интенсивном выращивании в сельском хозяйстве птицы и животных и способ её получения
COMPOSITE FEED BIOPOLYMER ADDITIVE FOR IMITATING NATURAL DIGESTION PROCESSES WITH INTENSIVE GROWING OF POULTRY AND ANIMALS IN AGRICULTURE AND A METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Группа изобретений предназначена для использования в сельском хозяйстве, а именно, для приготовления кормовых смесей в рацион сельхоз животных и птицы.
Программа «Развития биотехнологий РФ на период до 2020 года» предполагает создание благоприятных условий для производства пробиотических и пребиотических препаратов, использование которых позволит увеличить продуктивность, повысить конкурентоспособность мясного животноводства в РФ, исключить из кормового рациона птицы антибиотики за счет внедрения новых технологий кормления и содержания. Создание условий прогнозирования и управления качеством продукции возможно реализовывать путем прижизненной биокоррекции питательного статуса, что во многом определяет безопасность и высокой биологическую ценность продуктов, получения поголовья устойчивого к стресс-факторам и заболеваниям.
Известна биологически активная добавка (БАД) на основе растительного сырья, которая может быть использована в фармацевтической и в ветеринарии (Патент RU 2558218, МПК A23L 1/30, A23L 1/304, опублик. 27.07.2015). Способ получения БАД включает подготовку растительного сырья сена люцерны 40-60 мас. %, взвешивание компонентов и воды, подготовку раствора из сена люцерны и подогретой до 15-35°С питьевой воды в баке с добавлением экстрагента в составе целловиридина Г20Х и цедры апельсина. Далее выдерживают 24 часа, затем содержимое перегружают в адиабатический котел, добавляют микроэлементы, экстрагируют при температуре 140°С и давлении 6×105 Па в течение 10 минут, выдерживают в течение 20 минут для получения экстракта. Далее проводят сушку экстракта в сушильном шкафу при температуре 55-60°С, продолжительностью не менее 4 часов. БАД содержит сено люцерны, цинк, медь, кобальт, марганец, воду дистиллированную, целловиридин Г20Х и цедру апельсина при следующем соотношении компонентов, мас. %: сено люцерны 40-60, целловиридин Г20Х 3-4, цедра апельсина 0,2-0,4, цинк 0,03-0,06, марганец 0,03-0,06, медь 0,0048-0,0064, кобальт 0,006-0,018, вода дистиллированная до 100.
Недостатком данного решения является дороговизна компонентов добавки и большая длительность и сложность способа ее получения.
Известно большое количество кремнийсодержащих продуктов, используемых для приготовления кормовых добавок и пищевых добавок. Для их приготовления известны различные способы.
Известен способ получения водорастворимых силикатов из золы рисовой шелухи (Патент РФ 2106304, МПК6 С01В 33/32, опубл. 10.03.1998).
Водорастворимые силикаты получают взаимодействием золы рисовой шелухи, содержащей 50-99% аморфного диоксида кремния, и щелочи при температуре 90-250°С, процесс ведут в непрерывном режиме в реакторе прямоточного типа с подачей в реактор исходных реагентов, взятых в определенном соотношении, причем исходные реагенты вводят в реактор раздельными потоками или предварительно перемешивая их перед вводом в реактор.
Недостатком способа является наличие сточных вод при получении водорастворимых силикатов.
Известна кремнийсодержащая композиция и способ ее получения (Патент RU 2438345, МПК А23К 1/00, А23К 1/16, опубл. 10.01.2012).
Кремнийсодержащая композиция из рисовой лузги имеет следующий состав, мас. %: гидролизующий агент - 0,5-15, воздушно-сухая рисовая лузга, содержащая воду до 17 мас. %, - остальное. В частности, композиция в качестве гидролизующего агента содержит гидроксид натрия. Предпочтительно, содержание гидроксида натрия в данной композиции составляет 3 мас. %. В частности, композиция в качестве гидролизующего агента содержит карбонат натрия. Предпочтительно, содержание карбоната натрия составляет 6-15 мас. %. Данную композицию получают путем механохимической активации смеси гидролизующего агента и воздушно-сухой рисовой лузги, содержащей воду до 17 мас. %, взятой в соотношении (85-100):(0,5-15) соответственно, в мельнице-активаторе, обеспечивающей ускорение мелющих тел 80-250 м/с2 и время пребывания в зоне обработки 0,5-2,5 мин. В качестве мельницы-активатора используются проточные шаровые виброцентробежные, эллипсные центробежные или роликовые центробежные мельницы.
Такие способы производятся путем механохимической обработки в мельнице активаторе в смеси с другими компонентами рисовой лузги.
Однако недостатком этих способов является то, что температура во время механохимической обработки может значительно подниматься, так как условия в мельнице-активаторе обеспечивают ускорение мелющих тел 80-250 м/с2 и время пребывания в зоне обработки 0,5-2,5 мин, что приводит к инактивации значительной части витаминно-микроэлементного состава получаемого. Известна также добавка из растительного сырья (Патент RU 2473244, МПК A23L 1/304, А23К 1/14, C05D 9/02, опубл. 27.01.2013), в которой кремнийсодержащая добавка получается также с помощью механохимической активации, однако в ней также не регулируется температура в зоне проведения механохимической активации, а осуществляется отвод косвенного тепла, что может приводить к инактивации отдельных компонентов получаемого продукта, значительного снижения сроков его хранения.
Известна кремнийсодержащая добавка для пищевых и кормовых целей, а также способ ее получения (Патент RU 2528837 С1, МПК A23L 1/304, опубликовано: 20.09.2014), включающий смешение растительного сырья и компонента, выбранного из группы: растворимый сахар, и/или сода пищевая, и/или хелатирующее вещество катехинового типа, в количестве до 40% мас., механохимическую активацию, отличающийся тем, что исходные компоненты смешивают до подачи в мельницу-активатор или смешение компонентов проводят одновременно с механохимической активацией в мельнице-активаторе, механохимическую активацию проводят при температуре не выше 88°С в течение времени, обеспечивающего измельчение более 80% добавки до размера частиц менее 60 мкм в способе, который, тем не менее, не может обеспечить профилактический эффект для возникновения адаптивного иммунитета и внутреннего синтеза некоторых веществ, необходимых для естественного пищеварения сельхозживотных и птицы.
Известны фармацевтическая композиция и способ профилактики и лечения желудочно-кишечного тракта у животных путем перорального введения энтеросорбента - гидролизного лигнина в виде водной суспензии (RU №2297214).
Однако при наличии выраженных положительных свойств в отношении сорбции токсинов препараты данной группы имеют важный для животноводства побочный эффект: их включение в рацион на уровне, достаточном для эффективной сорбции токсинов, сопровождается одновременным "поглощением" части биологически активных веществ корма (витаминов, незаменимых аминокислот, минеральных элементов и др.), что оказывает неблагоприятное влияние на производственные показатели выращивания животных и птицы. Способ назначения энтеросорбента в виде водной суспензии является малоудобным для широкого применения в животноводстве.
Известна ветеринарная фармацевтическая композиция для лечения заболеваний ЖКТ и интоксикаций различной этиологии у животных, которая содержит в качестве активных компонентов гидролизный лигнин и пребиотик из группы: лактулоза, фруктоолигосахариды, галактосахариды, инулин, выполненная в форме, пригодной для применения в составе смеси с комбикормом, при содержании лигнина в количестве от 30 до 95 мас. %, а пребиотика - от 5 до 50 мас. %, в форме порошка или гранул. Способ профилактики и лечения интоксикаций различной этиологии, в том числе микотоксикозов, у животных, в том числе птиц, предусматривает прием животным вышеуказанной ветеринарной фармацевтической композиции в смеси с кормом в дозе от 2 до 4,5 кг указанной композиции на 1 тонну комбикорма, пропорционально содержанию микотоксинов в комбикорме (RU №2440121, МПК А61K 31/7016, А61K 31/402, А61K 36/00, А61Р 1/00, 27.03.2011). По мнению разработчика, обеспечивается повышение эффективности лечения, минимизация побочного влияния от применения сорбента, восстановление гомеостаза желудочно-кишечного тракта, нормализацию показателей метаболизма, что в свою очередь ведет к повышению зоотехнических и экономических показателей животноводства.
Недостатком является дороговизна или сложность получения препарата, медленный рост или выздоровление птицы. По сути предложения - это однокомпонентный сорбент с пребиотиком.
В сельском хозяйстве сложилась обстановка, когда современные рационы птицы и их фарм составляющая значительно перегружены. Специалистам кормления приходится манипулировать значительным объемом цифр и режимов. В связи с чем возрастают риски технологических ошибок, экономический ущерб которых велик. Здоровье стада и бактериальная обсемененность готового мяса являются важнейшими показателями. Последние тенденции в выращивании показали ряд критических позиций в этом вопросе. Это, прежде всего заболеваемость кокцидиозом и сальмонеллой, Коковыми инфекциями, псевдомонозами (возбудитель синегная палочка). Птица же, выращиваемая в условиях приусадебного участка и в диких условиях практически не инфицируется указанными выше патогенами.
Проблема, которая стоит перед птицеводами и решенная автором в предлагаемом им патенте - это, прежде всего повышения иммунитета птицы, позволяющее значительно сокращать фармацевтическую нагрузку. В условиях «сжатой» экономики при выращивании птицы, когда ее мясо является социальным продуктом, решение этой проблемы обеспечивает безопасность населения и возможность фактического регулирования цены государством, для которого рентабельность отрасли становится ведущим показателем.
Технической задачей группы изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, является создание эффективной композитной кормовой биополимерной добавка для имитации процессов естественного пищеварения при сельхозвыращивании, моделирующей естественные условия в обороте микробиоты кишечника птицы и позволяющей контролировать бактериальную обстановку на промышленных птицефабриках.
Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной задачи группы изобретений, является повышение иммунного статуса выращиваемого поголовья с обеспечением получения более высоких привесов и сокращением сроков выращивания и конверсии кормов при сохранении высокой плотности посадки от 25 ед. на кв.м.
Сущность изобретения в части композитной кормовой биополимерной добавки для имитации процессов естественного пищеварения при сельхозвыращивании птицы и животных, выполненной в форме, пригодной для применения в составе смеси с комбикормом, состоит в том, что она содержит в своем составе растительную нерастворимую клетчатку с частицами размерностью до 10 мкм в количестве 20-65 мас. %, размерностью 200-300 мкм в количестве 15-60 мас. %, штаммы спорообразующих бактерий в количестве 0,02-0,04 мас. % и концентрации 1-10 в 9 степени КОЕ, штаммы кисломолочных бактерий с концентрацией 1-10 в 9 степени КОЕ в смеси с питательной средой в количестве 7-16 мас. %.
Кроме того, в качестве штаммов спорообразующих бактерий могут быть использованы штаммы Bacillus subtilis и Bacillus licheniformis.
Кроме того, в качестве питательной среды могут быть использованы стерильный мальтодекстрин и молочная сахароза, взятые в пропорции 1:1.
Кроме того, в качестве сырья для растительной клетчатки могут быть использованы зерновые оболочки и измельченные пустые колосья ячменя, риса, гречихи, сухая масса питательной среды дрожжей Saccharomyces cerevisiae.
Кроме того, в качестве штаммов кисломолочных бактерий может быть использована смесь штаммов бактерий Bifidobacterium lactis, Lactobacillus acidophilus, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp. Bulgaricus.
Сущность изобретения в части способа получения композитной кормовой биополимерной добавки для имитации процессов естественного пищеварения животных и птицы, в форме, пригодной для применения в составе смеси с комбикормом, заключается в том, что используют каскад мельниц, связанных последовательно трубопроводом пневмотранспорта, первая из которых имеет выход для частиц добавки размером 200-300 мкм, а последняя - связана с циклоном для выхода частиц добавки размером 10 мкм и менее, перед загрузкой в первую мельницу каскада ингредиенты сырья для растительной клетчатки дробят до размера 2-3 мм, а штаммы кисломолочных бактерий смешивают с питательной средой, добавляют штаммы спорообразующих бактерий Bacillus subtilis и Bacillus licheniformis, после чего полученную композицию загружают в последнюю мельницу каскада.
Кроме того, в качестве питательной среды используют смесь стерильного мальтодекстрина и молочной сахарозы.
Заявленная композитная кормовая биополимерная добавка, как правило, вносится в премикс и его замешивают в комбикорм. В случае грануляции комбикорма добавку вносят в готовый комбикорм в процессе его охлаждения после грануляции и перемешивают.За счет мальтодекстрина добавка хорошо и равномерно налипает на гранулу.
Результатами экспериментального использования композитной кормовой биополимерной добавки, приведенными ниже, подтверждается возможность получения указанного выше технического результата.
На фиг. 1 показаны признаки энтерита в тонком отделе кишечника бройлеров контрольной группы в 30 суток. Виден распад тканей ворсинок и отсутствие на их поверхности защитного слоя микробиоты.
На фиг. 2 показана поверхность тонкого отдела кишечника контрольной группы бройлеров в 21 день. Наблюдается общая отечность тканей и воспалительный процесс в начальной стадии.
На фиг. 3 показаны ворсинки и крипты отдела тонкой кишки бройлера опытной группы в 21 день. Черные точки - частицы добавки размера порядка 10 мкм. Черные «палочки» - колонии Bacillus subtilis на частицах добавки 200-300 мкм.
На фиг. 4 показана схема каскада мельниц в способе получения композитной кормовой биополимерной добавки.
Композитная кормовая биополимерная добавка (далее готовый продукт) позволяет моделировать процессы естественного пищеварения у птицы и животных обеспечивая заселение бактериями ЖКТ объектов выращивания, формировать микробиоту обеспечивающую защиту от кокцидиоза, кластридиоза, вирусных и бактериальных энтеритов. Размерность частиц биополимеров обоснована расстоянием между всасывающими ворсинками кишечника, которое например, у птицы составляет около 10 мкм. Опыты с подкрашиванием данных частиц люминофором перед скармливанием их в составе корма показал их равномерное рассредоточение между ворсинок и удерживание колоний кисломолочной группы. Поверх данного культурного слоя (фиг. 3) обнаружено базирование частиц размерностью порядка 200-300 мкм с закреплением на них бактерий Bacillus subtilis и Bacillus licheniformis. Кокцидии, клостридии и сальмонеллы идентифицируемые на эксперименте у кур не вызывали характерной инвазии и картины заражения, проходя транзитом и не имея возможности закрепиться на поверхности кишечника.
Контрольная группа птицы, которая получала корм без данной композитной кормовой биополимерной добавки и не получала кокцидиостатиков и кормовых антибиотиков после 12 суток выращивания заболела кокцидиозом. Его признаки (фиг. 2) фиксировались в виде характерной картины точечной «крупы» и кровоизлияний на поверхности кишечника. Характерного слизистого слоя с двумя структурами частиц на кишечнике птиц контрольной группы не выявлено (фиг. 1).
Кроме этого витаминно-минеральный состав готового продукта имеет богатый спектр который учитывается при расчете питательности комбикорма, что дает дополнительную прибыль (порядка 10% ценности от витаминно-минерального премикса). Содержащиеся в составе готового продукта бактериальные колонии моделируют естественные процессы внутреннего синтеза живого организма. Иммунный статус птицы впрямую сказывается на привесах. Известно что птица тратит до 20% пищевой ценности корма на противодействие патогенному окружению. Это актуально в условиях плотных посадок. Критерием оценки здоровья и иммунного статуса птицы может служить показатель бактерицидной активности сыворотки крови птицы в возрасте 41 день. В контрольной группе это значение достигало 25-30,% а в экспериментальных - от 55 до 75%.
Экспериментальным путем получена зависимость иммунного статуса и общей оценки здоровья в результате морфологического исследования от размерности частиц включенных в комбикорм. Установлена положительная динамика выращивания птицы в присутствии в рационе частиц размерностью 10 мкм в дозировке 1,5-2 кг, на тонну общего корма и 200-300 мкм в дозировке 1-4 кг, на тонну общего корма. Данные частицы должны состоять из водонерастворимой клетчатки и несут роль пребиотика, организующего нормальное функционирование кишечной микробиоты. Это особенно важно для реализации адаптивного иммунитета и внутреннего синтеза некоторых веществ в том числе бутиратов. Сохранность бройлеров имеющих в рационе указанные частицы на 0.2-04 ед. была выше от контрольных групп. Срок их выращивания сократился на 2 суток.
Для производства указанных частиц было подобрано оборудование -шаровые и роликовые мельницы, которые были выстроены в каскад (фиг. 4). Первая мельница №1 позволяет делать помол клетчатки и примесей до размерности 100 мкм. Частицы 200-300 получаются из первой мельницы. Это частицы, которые не попали в пневмоподачу на следующую мельницу и упали под собственным весом вниз. У первой мельницы есть техническая возможность забирать их и сеять через мукомольное сито с соответствующей ячейкой.
Помол из нее пневмотранспортом передается в мельницу №2, где производится дальнейшее измельчение до 30 мкм и последующая транспортировка в мельницу №3, где производится финишный помол до требуемой размерности 10 мкм и менее. Роликовая финишная мельница №3 изготовлена в виде трубы без дна (не показана) на середине которой имеется отбор, куда заведен трубопровод с разреженным давлением от циклона. Обороты и соответственно производительность циклона регулируются реостатом. Это позволяет вести настройку на отбор частиц из потока помола требуемой размерности. Не подхваченные циклоном частицы, имеющие большую размерность, опускаются вниз, где попадают в рукав пневмотранспорта и переносятся в мельницу №1, пока не достигнут нужной размерности.
Обороты электропривода мельниц также как и циклона регулируются частотным преобразователем, что позволяет получать помол заданной размерности. Такой каскадный способ помола позволяет работать с растительным сырьем, имеющим на входе различные физические свойства.
Циклон для улавливания частиц 10 мкм и менее имеет как бункер отделитель с механическим отсекателем работающим по принципу торможения частиц на поверхности конуса, так и мембранный мешок аспирации, пропускная способность которого подобрана экспериментально. Для этого подбиралось нетканое полотно различных производителей.
В качестве сырья используется зерновые оболочки и измельченные пустые колосья ячменя, риса, гречихи, сухая масса питательной среды дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Перед помолом все ингредиенты проходят через дробилку до достижения одинакового размера порядка 2-3 мм. Смесь, как правило, готовится в равных пропорциях.
Стерильный мальтодекстрин и молочная сахароза введены в состав в качестве резервного питания гарантирующего выживание бактерий микса и прилипание к биополимерам и гранулам комбикорма. Это сухая питательная среда предварительно проходит стерилизацию ультрафиолетом для гарантии от обсеменений патогенной флорой и грибами что позволяет продлять сроки хранения готового продукта. Такие мероприятия введены в рамках общей биобезопасности.
Пример пропорции для внесения на 1 тонну комбикорма можно представить так:
продукт состоит из следующих пропорций:
частиц 10 мкм - 1.5-2 кг
(20 - 65 мас. %)
частиц 200-300 мкм - 1-4 кг
(15-60 мас. %)
Штаммы спорообразующей бактерий Bacillus subtilis и Bacillus licheniformis вносятся в эти 2.5-6 кг. Их вес не велик 0,02-0,04 мас. % в составе добавки и всегда доводится до 100 гр (за счет биополимера), т.к. при одних условиях наработки на биоферментере могут получаться разные веса. При этом во вносимой массе концентрация колоний 1-10 в 9 степени КОЕ одних и других в равных пропорциях (в 100 граммах). На производстве отработана условная порция для внесения этих двух бактерий на 1 тонну.
Бактериальный микс в смеси с стерильным мальтодекстрином и молочной сахарозой 1:1 составляет 7-16 мас. %, В данную смесь внесены указанные кисломолочные бактериальные штаммы до достижения каждой колонии в концентрации 1-10 в 9 степени КОЕ в 100 граммах питательной среды.
Данный объем, 3.1-6.6 кг, готового продукта вносится на тонну корма. Экспериментально в этих пределах в зависимости от результатов выращивания норма внесения готового продукта может быть скорректирована.
Ввод бактерий осуществляется при тщательном смешивании, которое обеспечивает равномерное слипание частиц биополимеров с бактериями и питательной средой, т.к. после слеживания такое будет невозможно. Смешивание проводится поэтапно. Сначала бактерии кисломолочной группы смешиваются с питательной средой, потом вносятся в биополимер. Масса спорообразующих бактерий доводится до 100 грамм и перемешивается с основной массой.
Каждую колонию бактерий кисломолочные группы берут с концентрацией 1-10 в 9 КОЕ в 100 граммах питательной среды.
Штаммы спорообразующей бактерий Bacillus subtilis штамм ВКПМ В 7048 и Bacillus licheniformis штамм ВК ПМ В 7038 выделены из почвы в Сибири.
Экспериментальная часть:
Для решения поставленной цели на базе птицефабрики холдинг «Алель-Агро», Алматы, РК и КФХ Одеянко, г. Новосибирск был проведен производственный опыт. В опыте были использованы цыплята-бройлеры с недельного возраста. Были созданы 2 опытные группы по 100 цыплят на каждой площадке эксперимента. Первая группа в Алмате и Новосибирске получала обычный рацион, который птицефабрика использовала для откорма бройлеров. Птице 2-ой опытной группы в рацион добавляли кормовую смесь, содержащую готовый продукт в дозе 2,7 кг на 1 тонну комбикорма на протяжении всего периода выращивания. Условия содержания были одинаковыми. Цыплят содержали в типовом птичнике, на глубокой подстилке. Период откорма цыплят-бройлеров составлял 42 дня. По окончании откорма цыплят убивали, из каждой группы методом случайной выборки были отобраны по 20 тушек, в которых определяли предубойную, убойную массу, убойный выход, массу тушки, соотношение съедобных и несъедобных частей, мясные качества тушек.
Для определения живой массы (г) цыплят-бройлеров определения массы (г) тушек после убоя, съедобных и несъедобных частей использовали электронные весы с точностью до ±0,1 г.
По условиям эксперимента убойный выход определяли отношением убойной массы тушки к предубойной массе птицы и выражали в процентах.
Результаты исследования и выводы.
Изменения мясной характеристики бройлеров при применении готового продукта представлены в таблице 1.
При оценке убойных качеств цыплят-бройлеров (таблица 1), было установлено, что опытные цыплята имели предубойную живую массу 2556,63 г, что на 100 г в каждой тушке больше по сравнению с контрольной группой. Предубойная живая масса в опытной группе была выше на 4,1%, масса потрошенной и непотрошеной тушки на 7,6 и 8,5% соответственно.
Основным показателем мясной продуктивности является убойный выход, который определяется как отношение массы тушки к живой массе. Убойный выход бройлеров опытной группы был выше на 3,8% по сравнению с контрольной группой, и составлял 76,15%.
Мясо цыплят считается диетическим в основном за счет наличия, так называемого белого мяса. При применении биологически активных добавок выход красного мяса от массы потрошеной тушки у контрольных и опытных цыплят был практически одинаковый, а выход белого мяса в тушках опытных бройлеров был выше на 8,8%.
Проведенный анализ убойных показателей с учетом соотношения съедобных и несъедобных частей тушек показал, что в тушках бройлеров выращенных с использованием кормовой смеси соотношение составляло 2,07:1,0, тогда как в контрольной группе соотношение было равно 1,98:1,0. Этот показатель важен для потребителей и переработчиков продукции птицеводства, так как, чем больше в тушке содержание съедобных частей, тем ниже получается себестоимость мяса.
Полученные данные свидетельствуют о том, что применение готового продукта в рационе цыплят-бройлеров, стимулирует увеличение мясной продуктивности бройлеров за счет повышения убойного выхода, увеличения доли белого мяса и повышения содержания съедобных частей.
Применение кормовой смеси в количестве 2,7 кг смеси на 1 тонну комбикорма при откорме цыплят-бройлеров повышает мясную продуктивность: предубойную массу цыплят, убойный выход, долю съедобных частей тушки, содержание в тушке белого диетического мяса.
Таким образом, обесценивается достижение технического результата, которым является повышение иммунного статуса выращиваемого поголовья с обеспечением получения более высоких привесов и сокращением сроков выращивания и конверсии состава рациона при сохранении высокой плотности посадки до 25 ед. на кв.м.