Переработка зерна на кормовые сахара для животных

УДК 619:613.3:579.62.636.4.

ПЕРЕРАБОТКА ЗЕРНА НА КОРМОВЫЕ САХАРА ДЛЯ ЖИВОТНЫХ

К.Я. МОТОВИЛОВ, член-корреспондент РАСХН, директор

Сибирский НИИ переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии

Н.А. ШКИЛЬ, доктор ветеринарных наук, зам. директора

ИЭВСиДВ Россельхозакадемии В.В. АКСЕНОВ, кандидат химических наук, Сибирский НИИ переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии А.И. АДОНИН, директор НПФ «Станица»

Г.Ф. ПИДЕНКО, главный зоотехник ЗАО Племзавод «Ирмень» А.Ю.РАМАЗАНОВ, директор ООО «Центр вихревых технологий» Д.Н. ЛУКЬЯНЕНКО, директор ООО «Агроинновации»

Резюме. В рационах крупного рогатого скота на животноводческих фермах России устойчиво фиксируется недостаток легкоусвояемых углеводов в пределах 40...50 % от нормы. Это приводит к нарушению всех физиологических процессов в организме животных, снижению молочной продуктивности и ряду других негативных последствий. Цель наших исследований - разработка и научное обоснование технологических параметров переработки зернового сырья на кормовые патоки с высоким содержанием глюкозы и мальтозы. В предлагаемой технологии используются инновационные технические решения с элементами нанобиотехнологий (кавитация, ионизация и ферментация). Такая переработка зернового сырья (пшеницы, ржи , тритикале, голозерных овса и ячменя) приводит к полной биоконверсии зернового крахмала с получением в зависимости от вида сырья легко усвояемых углеводов в пределах 16.32 %. Введение в рацион лактирующих коров зерновой кормовой добавки способствовало повышению молочной продуктивности на 8.11 %, увеличению содержания жира с 2,96 до 3,20...3,29 %, лактозы - с 2,84 до 3,24 %, снижению затрат корма на производство молочной продукции на 8,1 %. У животных, в рационы которых вносили зерновую патоку, значительно улучшились биохимические показатели сыворотки крови. Таким образом, использование технологических комплексов по переработке собственного зернового сырья на кормовые патоки ведет к повышению рентабельности животноводческой отрасли . Ключевые слова: инновационные технологии переработки зерна, кормовые патоки, рационы, лактирующие коровы, рентабельность производства.

Одно из условий увеличения производства продукции животноводческой отрасли и реализации генетического потенциала животных - полноценное сбалансированное кормление.

В затратах на производство продукции животноводства стоимость кормов составляет 65...70 %, поэтому их рациональное использование важно для снижения себестоимости продукции и повышения рентабельности производства.

Современное состояние кормопроизводства и кор-моприготовления во многих российских хозяйствах не в полной мере удовлетворяют потребностям эффективного и научно-обоснованного ведения животноводческой отрасли. Особо важно полноценное сбалансированное кормление для высокопродуктивных животных.

На сегодняшний день ученые страны разработали детализированные нормы, соблюдение которых предусматривает учет 25.30 показателей в зависимости от

индивидуальных особенностей животного, уровня его продуктивности и условий содержания.

В кормлении высокопродуктивных жвачных животных важны все компоненты питания, однако особая роль принадлежит белкам (протеинам) и сахарам. Сахаро-протеиновое соотношение в рационах животных может колебаться в широких пределах - 1,1...1,7:1,0 (сахар : протеин)по молекулярной массе.

Если потребность в протеине в большинстве животноводческих предприятий удовлетворяется почти полностью, то дефицит легкоусвояемых углеводов носит устойчивый характер и во многих российских хозяйствах достигает 40.50 %. Годовая потребность в сахарах в рационах КРС в целом по РФ, по мнению экспертов, превышает 1 млн т и будет возрастать с увеличением поголовья и молочной продуктивности животных (рис.1).

Рис. 1. Потребность лактирующих коров в сахарах, г на голову в сутки.

Традиционные источники восполнения сахаров в рационах КРС - корнеклубнеплоды (свекла, картофель, морковь, турнепс и др.), сахарная меласса и гидролизные патоки.

Имеющиеся источники кормовых сахаров не дают возможность полностью ликвидировать дефицит углеводов в рационах животных и не отвечают современным требованиям, предъявляемым к технологиям кормления.

Например, на одну корову в год необходимо от 1 до 7 т свеклы с содержанием сахаров 14.16 % в зависимости от продуктивности животного. Выращивание этой культуры связано с высокими энергетическими и трудовыми затратами. Кроме того, в процессе хранения содержание сахаров в ней ежедневно снижается на 0,1 %.

Также следует отметить, что все корнеклубнеплоды, как правило, аккумулируют нитраты, которые в организме животных превращаются в нитриты и далее в нитрозоа-мины. Нитрит-ионы в количестве 1 мг блокируют 2000 мг гемоглобина, а нитрозоамины - канцерогенные соединения, вызывающие раковые заболевания. Для хранения корнеклубнеплодов нужны значительные площади, и их часто складируют под открытым небом, что приводит к сильной микробиологической обсеменённости этих кормов и снижению их качества.

Сахарная меласса - отход сахароперерабатывающей промышленности, предприятия которой сосредоточены главным образом в Европейской части России. За Уралом они практически отсутствуют. Доставка мелассы связана со значительными транспортными расходами и другими издержками. В 1 кг сахарной мелассы содержится

1,7...8,6 г нитратов, что неблагоприятно сказывается на здоровье животных.

Гидролизные сахара - побочный продукт целлюлозо-перерабатывающей промышленности. Их практически не используют сегодня, а производство приближено к крупным ЦБК. Иногда в развитых странах практикуют использование кристаллических сахаров. Так, в Израиле на одну лактирующую корову (годовой надой 12 000 кг) дают ежедневно до 3 кг кристаллической глюкозы. В РФ собственное производство кристаллической глюкозы пищевого и кормового назначения отсутствует.

В мировой и отечественной практике комбикормового производства существуют различные способы и технологии обработки зернового сырья с целью повышения его питательной ценности: замачивание (с проращиванием); поджаривание; экструдирование; пропаривание и плющение; «взрыв» в кипящем слое; микронизация; экструзия; экспандирование (кондиционирование под давлением).

Перечисленные технологии обладают рядом важных недостатков и высокими энергозатратами.

Практически все они идут при высокой температуре, в результате чего биологически активные компоненты зерна (витамины, ферменты) частично или полностью инактивируются, а белки денатурируются.

Но самое главное - все упомянутые способы обработки зерна обеспечивают незначительное превращение крахмала в легко перевариваемые углеводы (сахара). Например, экструдирование приводит к повышению перевариваемости сухого вещества только на 2,1 %, органического вещества - на 1,9, сырого протеина - на 4,5, сырого жира - на 3,8 %. Кроме того, перечисленные технологии не сведены в единый процесс и не имеют базового обеспечения надёжными техническими средствами.

В связи с изложенным в животноводческой отрасли остро назрела необходимость в таких технологиях, которые позволяли бы перерабатывать имеющееся в хозяйствах зерно в продукт, содержащий значительные количества сахаров и делать это малозатратным и экологически безопасным способом.

Цель наших исследований разработать и научно обосновать технологические параметры глубокой переработки зернового крахмалосодержащего сырья в кормовую патоку в условиях гидродинамических и электрофизических воздействий, а также исследовать влияние внесения патоки в рационы на продуктивность и здоровье животных.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили с 2006 по 2011 гг. на одном из лучших российских животноводческих предприятий - ЗАО Племзавод «Ир-мень»

ем критерия Стьюдента с доверительным интервалом Р>0,95.

Результаты и обсуждение. Мы разработали и запатентовали принципиально новую технологию глубокой переработки зерновых крахмалоносов с использованием элементов нанобиотехнологий в кормовые сахаропро-дукты с содержанием легкоусвояемых сахаров от 16 до 32 % [1.3].

Впервые в России для деполимеризации крахмала в сахар применены процессы комплексного воздействия: кавитации, ионизации и ферментации, что позволило значительно сократить время ее проведения, снизить затраты и получить экологически безопасную продукцию без использования минеральных и органических кислот.

Предложены и обоснованы с фундаментальных позиций с использованием элементов нанотехнологий направленные способы биоконверсии крахмалосодержащего сырья в условиях физических воздействий с получением углеводов заданного состава.

При получении кормовых сахаров из зернового сырья необходимо учитывать его вид, так как это оказывает большое влияние на ход технологического процесса, содержание углеводов в патоке и, как следствие, на качество и стоимость получаемой продукции.

Технология биоконверсии зерна на кормовую патоку включает следующие основные этапы: подготовка зерна (дробление или замачивание) и воды (электродиализная обработка), желатинизация и ферментативное разжижение (проводятся в условиях кавитационных воздействий), ферментативное осахаривание крахмалов (при газовихревом перемешивании).

Измельчённое зерно порциями вносят в роторно-пульсационный аппарат с подготовленной водой, имеющей рН 4,5.5,5. Соотношение между зерном и водой зависит от вида сырья и находится в диапазоне 1.1,5:3.

В ходе обработки водно-зерновая суспензия разогревается и гомогенизируется. Проведение ферментативной биоконверсии зерновых крахмалов в условиях кавитационных воздействий способствует ускоренной эрозии крахмальных гранул [4].

На стадии желатинизации температура поддерживается в пределах 55...70°С в зависимости от исходного зернового сырья. Для разжижения добавляют мультиэнзимные композиции (МЭК-1). После этого смесь перемещают в газо-вихревой ферментер и добавляют МЭК-2 с целью осахаривания крахмала. Продолжительность этой стадии составляет около 4 ч., температура - 60...65°С.

В результате в условиях гидромеханических воздействий удается эффективно реализовать ферментативную биоконверсию зерновых крахмалов в продукт с содержанием легкоусвояемых углеводов до 28,84 % (см. табл.). Наилучшее сырье для такой переработки - дробленое зерно, при использовании которого отмечается самый высокий выход сахаров. Такая ситуация, на наш

и белка (по ГОСТ 25179 и по ГОСТ 23327) в молоке.

Биохимический анализ сыворотки крови животных выполняли на приборе Star Fax 1904 по 18 показателям. Использовали стандартные кюветы с длиной оптического пути 12 мм.

Весь материал обрабатывали методом вариационной статистики с использовани-

Таблица. сырья, %

Химический состав кормовой патоки из ржаного и пшеничного

Рожь Пшеница

зерно зерно отруби зерно зерно отруби

замо- дроблё- мука замо- дроблё- мука

ченное ное ченное ное

Влага 75,19 71,09 75,41 80,72 66,05 60,67 63,54 75,62

Сумма

сахаров 6,12 19,32 18,36 5,84 6,96 28,84 27,69 9,45

Крахмал 0,61 1,64 0,54 2,86 25,96 - - 1,62

Клетчатка 1,42 1,38 0,18 3,93 1,22 1,19 0,06 3,75

Протеин 2,86 2,69 1,96 3,63 4,14 4,26 4,68 4,11

Жир 0,42 0,49 0,19 0,11 0,66 0,86 1,12 0,12

Рис. 2. Динамика уровня глюкозы в сыворотке крови коров: контрольная группа.

взгляд, связана с тем, что при использовании муки, часть крахмала «уходит» с отрубями, а при замачивании зерна легкорастворимые углеводы переходят в воду. Даже при переработке в роторно-пульсационном аппарате отрубей удается зафиксировать заметные количества (от 5,84 до 9,45%) сахаров, что делает возможным их использование в качестве сахаровосполняющих добавок в рационах животных.

Скармливание лактирующим коровам кормовой патоки из зерна пшеницы способствовало повышению жирности молока с 2,96 до 3,20...3,29 %, содержания лактозы в молоке - с 2,84 до 3,24 %, снижению затрат кормов на производство продукции на 8,1 %. Среднесуточный прирост живой массы телят, получавших кормовую патоку, был выше, по сравнению с контролем, у бычков на 16,4 %, у телочек - на 13,2 %.

Разработанная технология производства кормовой патоки из зерна в ЗАО «Племзавод «Ирмень» используется более 6 лет. Хозяйство не выращивает корнеплоды и не закупает мелассу, а потребность в сахарах удовлетворяет путем переработки собственного зерна.

Анализ результатов биохимических исследований свидетельствует, что в сыворотке крови 90.100 % животных, получавших кормовую патоку, содержание

фосфора, калия, железа, магния, белка, глюкозы (рис. 2), аланинаминотрасферазы, общего билирубина, щелочной фасфатазы, холестирина соответствовало физиологической норме (11 показателей из 18 исследованных).

При этом, например, содержание глюкозы в контрольной группе соответствовало норме только у 50 % животных, белка - у 70 %, фосфора - у 60 %.

Таким образом, скармливание зерновой патоки благоприятно повлияло на -- - опытная группа; -Ф- - состояние обмена веществ

у коров.

Стоимость сахаров, произведенных по новой технологии в 3 раза дешевле, чем у полученных из корнеплодов. Внедрение новой технологии с учетом положительных изменений комплекса таких показателей, как удой, жирность молока и содержание в нём лактозы, позволит ежегодно получать прибыль по Новосибирской области - 600 млн руб., по СФО - более 5 млрд, а по России - более 42 млрд руб.

Выводы. Разработанная учеными СИБНИИП и ИЭВ-СиДВ ресурсосберегающая, экологичная технология переработки зерновых крахмалоносов (ржи и пшеницы) на кормовую патоку с содержанием легко перевариваемых сахаров от 16 до 32 % позволяет восполнить дефицит сахаров в рационах лактирующих коров.

Общую биоконверсию зернового сырья на углеводные добавки целесообразно осуществлять поэтапно. Самые энерогозатратные стадии: клейстеризацию и разжижение - в кавитаторе, а самую продолжительную - осаха-ривание - в газо-вихревом ферментере.

Применение кормовых паток из зернового сырья в рационах высокопродуктивных животных дает возможность увеличить молочную продуктивность, содержание жира и лактозы в молоке, а также привести в норму большинство биохимических показателей сыворотки крови.

Литература.

1. Способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья. Патент РФ №228725 /Аксёнов В.В., Порсев Е.Г., Неза-мутодинов В.М., Мотовилов К.Я.

2. Способ получения глюкозо-мальтозо-амино-кислотной кормовой добавкииз зерна злаковых культур пшеницы и ржи. Патент РФ № 2346461 /Мотовилов К.Я., Мотовилов О.К., Аксёнов В.В.

3. Способ получения сахаристых продуктов из ржаной пшеничной муки. Патент РФ №2340681 /Аксёнов В.В., Порсев Е.Г., Мотовилов К.Я.

4. Аксёнов В.В. Системный подход к интенсификации процессов биоконверсии нативных крахмалов и крахмалосодержа-щего сырья//Вестник КрасГАУ. -2008. - № 5. - С.315-320.

5. Кердяшов Н. Н. Эколого-зоотехнические аспекты применения отходов сахарного и кондитерского производств в питании молодняка животных в составе новых кормовыхдобавок//Нива Поволжья. - 2011. - № 3 (20). - С. 84-89

INNOVATIVE TECHNOLOGIES FOR GRAIN PROCESSING INTO SUGAR-CONTAINING FEED

ADDITIVES

K.Ya. Motovilov, V.V. Aksenov, N.A. Shkil, G.F. Pidenko, V.A. Volkov, Ya. A. Ramazanov, D.N. Lukyanenko

Summary. In the cattle-breeding farms of Russia, the cattle rations lack highly digestible carbohydrates within 40--50% of the norm. This leads to disturbance of all physiological processes in the animal organism and to some other negative consequences, including the lowering of the milk producing ability. The goal of this study was to develop and substantiate the technological parameters of grain processing into molasses with high glucose and maltose contents. The suggested technology uses innovative technical solutions with elements of nanobiotechnologies: cavitation, ionization, and fermentation. Processing of grain raw materials such as wheat, rye, triticale, and naked oats and barley by this procedure led to complete bioconversion of grain starch, forming readily digestible carbohydrates within 16-32 % depending on the type of the raw material. The introduction of feed additives in the ration of lactating cows increased the milk productivity by 8-11%, fat content by 8-11%, and lactose content by 14.1% and lowered the cost of milk production by 8.1%. The biochemical characteristics of blood serum in animals whose ration contained additives of grain molasses were considerably improved. Thus the introduction of technological systems for processing grain raw materials into feed molasses increases the efficiency of ani-mal breeding.

Key words: gain processing technologies, cow rations, sugar-containing feed additives, milk producing ability.