Кормовая добавка защищённый жир для крупного рогатого скота в инкапсулированном виде и способ ее получения
PROTECTED FAT FODDER ADDITIVE FOR CATTLE IN AN ENCAPSULATED FORM AND A METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Группа изобретений относится к отрасли сельского хозяйства, в частности к кормовым высокоэнергетическим жировым добавкам для жвачных животных и способу их производства, и предназначена для восполнения энергетического баланса в организме животных, а также повышения жирности и удоев молока при использовании в период отёла и лактации коров.
Повышение удоев, увеличение содержания жира в молоке, улучшение качества других продуктов животноводства были и остаются актуальными задачами кормления крупного рогатого скота (далее КРС). Известно, что жиры являются необходимым компонентом для полноценного поддержания энергетического состояния коровы, энергетическая ценность жиров в 2.25 раза больше углеводов и белков. Рекомендуемое содержание жира в рационе жвачных животных составляет 4% от общей массы корма, а его увеличение ведет к нарушению обменных процессов в преджелудках КРС.
Свободные высшие жирные кислоты (далее ВЖК) и жирные кислоты, входящие в состав ди- и триглицеридов, влияют на микробный обмен: увеличение концентрации ВЖК подавляет рост рубцовой микрофлоры, а снижение, наоборот, способствует развитию микроорганизмов.
В рубце животных содержатся Isotricha intestinalis, Isotricha prostoma и др., которые имеют специальные органеллы – гидрогеносомы, в которых происходит синтез АТФ с выделением молекулярного водорода (Agarwal N., Kamra D. N., Chaudhary L. C. Rumen Microbial Ecosystem of Domesticated Ruminants // Rumen Microbiology: From Evolution to Revolution / 2015. Р. 17–30.; Tzirita M., Papanikolaou S., Chatzifragkou A., Quilty B. Waste fat biodegradation and biomodification by Yarrowia lipolytica and a bacterial consortium composed of Bacillus spp. and Pseudomonas putida // Engineering in Life Sciences / 2018. P. 1-29).
18:1
Эти бактерии содержат в себе гидрогеносомы (Choudhury P. K., Salem A. Z. M., Jena R., Kumar S., Singh R., Puniya A. K. Rumen Microbiology: An Overview // Rumen Microbiology: From Evolution to Revolution / 2015. P. 3–16.). Выделяющийся водород реагирует с ненасыщенными жирными кислотами пищи – идет процесс биогидрогенизации, в результате которого возможно образование транс-изомеров жирных кислот. Самым распространенным из них является транс-изомер олеиновой кислоты С – вакценовая кислота (Ferlay A., Bernard L., Meynadier A., Malpuech-Brugère C. Production of trans and conjugated fatty acids in dairy ruminants and their putative effects on human health: A review // Biochimie / 2017.  V. 141. P. 107–120.; Schmidely P., Ghazal S., Berthelot V.  Effect of rumen-protected conjugated linoleic acid on ruminal biohydrogenation and transfer of fatty acids to milk in dairy goats // Livestock Science / 2017. V. 199. P. 7–13.). Часть ненасыщенных жирных кислот не подвергается биогидрогенизации, а накапливается в рубце, где интенсивно окисляется с образованием ацетоуксусной, в-оксимасляной кислот и ацетона (Amachawadi R. G., Nagaraja T. G. Liver abscesses in cattle: A review of incidence in Holsteins and of bacteriology and vaccine approaches to control in feedlot cattle12 // Journal of Animal Science / 2016. V. 94(4). P. 1620–1632).
12
18
Под термином «защищенные жиры» понимают смесь С-С ВЖК. Особенность «защищенных жиров» заключается в том, что они проходят через рубец, сетку, книжку неизменными, а в сильнокислой среде сычуга начинается их распад. В тонком кишечнике при взаимодействии солей желчных кислот формируются мицеллы, которые транспортируются к стенкам кишечника и всасываются в них диффузно, уже в кишечной стенке происходит ресинтез триглицеридов из свободных жирных кислот и глицерол-3-фосфата, который образуется в печени из глюкозы. Затем они капсулируются в низкоплотные липопротеины, транспортируются в лимфатическую систему и по кровеносным сосудам доставляются в органы и ткани (Toral P. G., Monahan F. J., Hervás G., Frutos P., Moloney A. P. Review: Modulating ruminal lipid metabolism to improve the fatty acid composition of meat and milk // Challenges and opportunities. Animal / 2018. P. 1–10).
Кормовые добавки, содержащие «защищенные жиры» различаются по типу обработки: гидрогенизированные, фракционированные, омыленные (кальциевые соли ВЖК). От типа обработки зависит жирнокислотный состав кормовых добавок. Так, например, у гидрогенизированных жиров в составе преобладает стеариновая и пальмитиновая жирные кислоты, у фракционированных пальмитиновая, а у кальциевых солей высокий процент содержания олеиновой и линолевой жирных кислот.
На сегодняшний день эффективность кормовых добавок «защищенных жиров» была подтверждена различными исследованиями, в которых наблюдалось увеличение удоев, в среднем на 3 л/сут, а также жирности молока на 0,5-1% (Морозова Л. А., Субботина Н. А., Миколайчик И. Н. Использование кормовой добавки «Мегалак» в рационах высокопродуктивных коров // Зоотехния: теоретический и научно-практический журнал по всем отраслям животноводства / 2013. T. 10. С. 5-6; Есаулова Л.А., Елизарова Т.И. Эффективность использования защищённых кормовых жиров в рационах дойных коров в хозяйствах Воронежской области // материалы международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства, проводимой на базе ФГБОУ ВО «Воронежский Государственный Аграрный Университет имени императора Петра I» / Воронеж. 2016. С. 103-106).
Известны способы изготовления жировой добавки для снижения депрессии рубцового пищеварения и повышения энергоемкости корма. «Защищенный» жир можно получить путем омыления свободных жирных кислот щелочными металлами, главным образом кальцием и магнием; смешиванием жиров с серосодержащими аминокислотами; обработкой альдегидами; заключением жиров в белковую оболочку (Grant, R.J., V.F. Colenbrander, and D.R. Mertens. Milk fat depression in dairy cows: Role of silage particle size. J. Dairy Sci. 1990. 73:1834-1842); обработкой липидов формальдегидом; смешиванием с витаминами группы B, с микроэлементами (Clapperton J.L. Protected fats in ruminant feeding - an update // Feed Compounder. 1986. №8. P. 27-28).
Однако липиды, прошедшие обработку формальдегидом, не применяются в кормлении животных, поскольку есть риск образования канцерогенов.
Известна кормовая добавка для коров (Патент № 2496327 от 27.10.2013), содержащая измельченные зерна кукурузы - 35%, шрот соевый (с массовой долей протеина 46% и выше) - 40% и сухой растительный жир - 25%. В качестве сухого растительного жира использован «защищенный» жир в сухой форме «BergaLac». Данная кормовая добавка направлена на повышение энергетической обеспеченности высокоудойных коров в период раздоя. Используется как источник энергии и легкоусваиваемых углеводов в кормлении сельскохозяйственных животных.
Недостатками данного технического решения является то, что добавка представляет собой высокоэнергетическую смесь, более применимую для концентратного типа кормления крупного рогатого скота на откорме (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. - Москва. 2003. С. 456.), но не пригодную для дачи коровам молочного направления, к тому же после отела. Высокая энергетическая насыщенность добавки может вызывать усиление молочнокислого брожения, закисление среды рубцового химуса. Это способствует изменению соотношения ацетата, пропионата, приводит к развитию ацидотических явлений в организме и снижению содержания жира в молоке.
Известна кормовая добавка (Патент № 2627575 от 16.08.2017), содержащая  в %:  ячменя дробленого - 86, фуза-отстоя – 8, стеариновой жирной кислоты - 2 и минеральной добавки – 4, путем гранулирования в рабочем режиме при давлении 10 мПа и температуре 100-120°C выше температуры плавления стеариновой кислоты - 70°C и кавитационную обработку фуза-отстоя подсолнечного масла частотой 22 кГц±10% с экспозицией 10 мин. Дозировка при откорме молодняка крупного рогатого скота составила 3,5-3,7% от сухого вещества.
Известна кормовая добавка «Энерфло» для молочного скотоводства, которую получают из фракционированного пальмового масла путем гидрогенизации (насыщения водородом). Его точка плавления выше температуры тела жвачных, поэтому он нерастворим в рубце и не оказывает негативного воздействия на его функционирование (Морозова.Л. «Защищенный» жир «Энерфло» в рационах высокопродуктивных коров. // Молочное и мясное скотоводство. – 2011.  №2. С. 14-17).
Известна кормовая добавка «Мегалак», содержащая жирные кислоты и кальций, в следующих количествах: жир - 84 %, кальций - 9 %. Кальций защищает жирные кислоты от разрушения в рубце, поэтому они проходят в целости и сохранности в сычуг с кислой средой (рН 2,5), и затем после гидролиза - в тонкий кишечник для усвоения. Сочетание защищенности в рубце, высокая усвояемость в тонком кишечнике и высокая эффективность использования энергии объясняет превосходный показатель чистой энергии лактации в «Мегалаке» (Саткеева А.Б., Шастунов С.В. Влияние «Мегалак» на молочную продуктивность коров // Животноводство и молочное дело». 2018. С. 156-159).
Известна кормовая добавка «Профат». Представляет собой комбинацию жирных кислот пальмового масла и кальция в количестве 84.0 % и 9.0 % соответственно.  (Крупин Е.О. Влияние корректоров энергетического обмена в комплексе с витаминно-минеральными премиксами на показатели воспроизводства и состояние молочной железы у высокопродуктивных коров // Животноводство и молочное дело. 2010. С. 140-143).
Существует ряд недостатков у вышеперечисленных аналогов, связанных с биодоступностью и технологией процесса получения защищенных жиров:
а) гидрогенизированные жиры понижают усваиваемость, образуют транс-изомеры свободных жирных кислот, их производство связано с высокими температурами (180-220) и достаточно токсичными катализаторами (Voigt J., Kuhla S., Gaafar K., Derno M., Hagemeister H. Digestibility of rumen protected fat in cattle // Slovak J. Anim. Sci. / 2006. V.39. 16–19.; Гамаюрова В.С. Мифы и реальность пищевой промышленности // Вестник Казанского технологического университета / 2010. T. 8. C. 116-120).
б) при получении фракционированных жиров используется многостадийная технология, а также импортное сырье, преимущественно пальмовое масло (Кузнецова Л.Н., Папченко В.Ю., Демидов И.Н. Получение низкоплавкой фракции пальмового масла // Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ": сб. науч. тр. Темат. вып.: Новые решения в современных технологиях / Харьков: НТУ "ХПИ". 2013. T. 11 (985). С. 121-124.; Kellenc M., Gibon V., Hendrix M., Greyt W.D. Palm oil fractionation // Eur. J. Lipid Sci. Technol / 2007. V. 109. P. 336–349).
в) в омыленных жирах присутствует резкий щелочной запах, к тому же кальциевые соли ВЖК являются нерастворимыми, что существенно снижает их абсорбцию в клетки кишечника жвачных животных (Левахин Г.И., Мирошников И.С., Рязанов В.А. Защищенные жиры в кормлении жвачных (обзор) // Вестн. мясного скотоводства / Всерос. науч.-исслед. ин-т мясного скотоводства. Оренбург. 2012. T. 4(78). С. 94-97).
На сегодняшний день «защищенные» жиры производят из фракций пальмового масла и гидрированных жирных кислот импортные компании из Малайзии, Германии, Китая и т.д. Производство «защищенного» жира в России возможно только путем гидрирования ненасыщенных ВЖК, но образование большого количества транс-изомеров ВЖК является существенным минусом этой технологии. Импортные «защищенные» жиры также обладают рядом недостатков, такими как низкая усваиваемость и биодоступность. В связи с вышеперечисленными факторами можно сделать вывод о необходимости разработки новых «защищенных» жиров на основе ненасыщенных жирных кислот, которые будут обладать высокой усваиваемостью и биодоступностью, а также обладающих сниженным негативным влиянием на пищеварение КРС при дополнительном включении в рацион жиров и соответственно разработки технологии их производства на территории РФ.
Из уровня техники известно использование в качестве энергетической добавки в рацион животных и птиц и при производстве комбикормов фуза подсолнечного, представляющего собой вторичное сырье - отходы, полученные после производства нерафинированного подсолнечного масла. Он представляет собой фосфолипидный, жирный и густой осадок в виде густой воскообразной жирной серо-коричневой массы. Фуз остается на дне и стенках емкостей, в которых хранится масло. При холодном отжиме в нем сохраняются все витамины, что делает фуз ценной витаминной добавкой в корм животным. В этом осадке сохраняются почти все полезные жиры подсолнуха. Также в нем содержится до 30 % белка, фосфатиды, железо, сера, кальций и магний. Несмотря на ценность фуза как пищевой добавки в корм, существуют некоторые трудности с его применением. Это связано с особой консистенцией сырья: оно жирное и восковое, плохо перемешивается. В результате получить на выходе однородную массу очень сложно, потому как часто она сбивается комками. Кроме того, такой корм не подлежит долгому хранению, ведь жирные кислоты быстро становятся горклыми. (интернет-ссылка https://glav-dacha.ru/primenenie-fuza-podsolnechnogo/).
Известна биологически активная добавка (БАД) в капсулированной форме для сельскохозяйственных животных, а именно для дойных коров, включающая лецитин из подсолнечника - 74,5 мас. %, плоды рябины – 25 мас. % и анисовое эфирное масло - 0,5 мас. %. Указанный БАД в мягкой желатиновой капсуле способствует достижению равновесия в оксидантно-антиоксидантной системе организма животных в стрессовых условиях при интенсивной технологии содержания. (патент РФ № 2 616 841 от 18.04.2017).
Кроме того, из уровня техники известно использование соевого летицина в качестве эмульгатора, как натуральной пищевой добавки Е322 которая входит в категорию антиоксидантов и защищает продукты питания от процессов окисления и изменения цвета. Кроме того, его используют в косметике и фармацевтике, и даже в производстве непищевых продуктов благодаря наличию антиокислительных, стабилизирующих и эмульгирующих свойств. (Источник: https://pravo.guru/zzp/kachestvo-tovarov/pishhevye-dobavki/antiokisliteli/e322-lecitin.html Право.гуру © Ваш персональный юрист).
Известен способ приготовления корма для сельскохозяйственных животных и птиц с использованием подсолнечного фуза по патенту РФ  №2244440 (опубликованный 2005.01.20),  включающий смешивание подсолнечникового фуза с дробленым зерновым компонентом в быстрооборотистом смесителе миксерного типа с частотой оборота вала 1000-1500 об/мин, при этом оптимальную дозу введения фуза при смешивании с дробленым зерном устанавливают 30%, кроме того, в смесь добавляют 0,1% антиоксиданта.
Недостатком является этого способа также является невозможность долгого хранения полученного корма.
Этого недостатка лишен способ получения жиросодержащей добавки путем экструдирования фуза (интернет-источник: https://agrovesti.net/lib/tech/cattle-tech/otkorm-bychkov-vliyanie-fuza-podsolnechnogo-na-perevarimost-pitatelnykh-veshchestv-ratsionov-i-azotistyj-obmen.html.). Недостатком является то, что экструдирование - довольно энергозатратный процесс.
Известен способ, описанный в источнике WO9924159 (A1) от 1999-05-20, который включает формирование эмульсии или дисперсии альгината и активного вещества, инкапсуляцию путем контактирования капель эмульсии или дисперсии с водным раствором ионов двух- или трехвалентных металлов.
Недостатком является то, что способ не может быть использован для получения кормовых добавок для применения в сельском хозяйстве, а именно для КРС, так как изобретение находит особое применение в стоматологических ароматизаторах-капсулах для использования в зубных пастах.
Задачей изобретения является разработка и расширение ассортимента защищенных жиров в качестве кормовых добавок для КРС, а также способа их получения.
Техническим результатом поставленной задачи является:
- предложенная кормовая добавка для крупного рогатого скота в виде микрокапсул диаметром не более 5 мм, в которых в качестве оболочки выступает альгинат и в качестве ядра - комплекс полиненасыщенных жирных кислот из смеси лецитина соевого фракционированного и фуза подсолнечного в любом соотношении. Большой энергетическая и биологическая ценность предложенной добавки для КРС за счет сочетания  фосфолипидов лецитина соевого фракционированного, содержащих жирные кислоты, холин и остаток фосфорной кислоты, и витаминов, белка, фосфатидов, железа, серы, кальция и магния, содержащихся в подсолнечном  фузе;
- способ получения кормовой жировой добавки в виде микрокапсул диаметром не более 5 мм, в которых в качестве оболочки выступает альгинат и в качестве ядра - комплекс полиненасыщенных жирных кислот из смеси лецитина соевого фракционированного и фуза подсолнечного в любом соотношении;
-  восполнение энергетического баланса в организме животных, а также повышение жирности и удоев молока при использовании в период отёла и лактации коров за счет выделения порядка 97% фосфолипидов инкапсулируемой смеси только в среде тонкого кишечника.
Однако из уровня техники неизвестно использование комплекса полиненасыщенных жирных кислот из смеси лецитина соевого фракционированного и фуза подсолнечного в любом соотношении инкапсулированного в оболочку из альгината для применения в качестве кормовой добавки для КРС, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию новизна и изобретательский уровень.
Задача по разработке кормовой добавки в виде  защищённого жира для КРС в инкапсулированном виде и способа ее получения решается предложенным способом, включающим формирование эмульсии альгината и активного вещества, инкапсуляцию путем контактирования капель эмульсии с водным раствором ионов двух- валентных металлов, в который внесены следующие новые признаки:
- в качестве активного вещества используют комплекс полиненасыщенных жирных кислот из  смеси предварительно  нагретого до температуры 70-75°C  лецитина соевого фракционированного и фуза подсолнечного комнатной температуры  в любом соотношении;
- в качестве инкапсулирующей смеси используют натриевые и/или  калиевые соли альгиновой кислоты в любом соотношении;
- к комплексу полиненасыщенных жирных кислот добавляют  инкапсулирующую смесь в соотношении 6-8 : 4-2 соответственно и перемешивают до однородной массы с помощью магнитной мешалки в течение 10-20 минут;
-  смесь полиненасыщенных жирных кислот с солями альгиновой кислоты переносят в емкость с фильерами.
2+
- для сферификации и инкапсуляции смесь подают через фильеры в 5-20 масс.% раствор солей Са. Регулируют объём падающей капли инкапсулируемой смеси для получения микрокапсул диаметром не более 5 мм.
- полученные сферы промывают дистиллированной водой, декантируют и отправляют на сушку.
- сушку производят в течение 3-5 часов при температуре 85-95°C, периодичность перемешивания 3 раза в час.
Для исследования поведения предложенной кормовой добавки «защищённых» жиров в ЖКТ крупного рогатого скота проводили следующие испытания:
1. Исследование стабильности проводили на модельных средах стандарт-титров с заданными значениями водородного показателя: 1,65; 3,56; 4,01; 6,86; 9,18; 12,43. Совместно оценивали термолабильность, согласно физиологическим показателям температуры тела крупного рогатого скота, в диапазоне 36 – 42°C. Временной диапазон исследований составил 0 – 72 часа, что соответствует максимальному времени переваривания пищи у КРС.
Подготовка образцов: 0,5 г. инкапсулированной кормовой добавки помещали в лабораторную пробирку, приливали 10 мл необходимого раствора стандарт-титра рН-среды, закрывали и термостатировали. В определённые временные интервалы оценивали внешний вид капсул.
При наблюдении видимых изменений образцов проводили исследование высвобождения фосфолипидов (см. пункт 2).
В ходе эксперимента установлено, что изменение температуры в пределах физиологических показателей КРС незначительно влияет на видимые изменения инкапсулированной кормовой добавки. Ключевым показателем влияния является водородный показатель среды. Видимые изменения образцов наблюдаются в щелочной среде (рН>7).
2. Определение начального времени высвобождения инкапсулируемой смеси: подготовку образцов инкапсулированных жиров осуществляли аналогично пункту 1. Термостатировали при 39°C, диапазон показателя рН среды 7,0-9,0 с интервалом 0,2.
Использовали реакцию качественного определения фосфолипидов – образование белого хлопьевидного осадка с насыщенным раствором хлорида кадмия. В ходе данного исследования установлено, что высвобождение инкапсулируемой смеси происходит при щелочном водородном показателе, начиная, с 7,2 единиц. Повышение рН-среды вызывает ускорение процесса высвобождения «защищённых жиров» и временем начального высвобождения является время начального контакта образца кормовой добавки защищённых жиров с раствором модельной среды.
3. Определение времени полного высвобождения инкапсулируемой смеси: использовали гравиметрический метод определения фосфоросодежащих веществ.
Подготовка образцов: 0,5 г. инкапсулированной кормовой добавки помещали в лабораторную пробирку, приливали 10 мл необходимого раствора стандарт-титра рН-среды, закрывали и термостатировали при 39°C в течение 0 – 72 часов. Водородный показатель среды 7,4; 7,6; 7,8.
На разных временных интервалах термостатирования содержимое пробирок переносили в колбу для определения азота, приливали 15 мл концентрированной серной и 5 мл концентрированной азотной кислот. Смесь нагревали до обесцвечивания. Колбу охлаждали до комнатной температуры, содержимое переносили в стакан и нейтрализовали концентрированным раствором аммиака. Приливали 0,5 мл 0,1М соляной кислоты и 7 мл насыщенного раствора хлорида аммония. Затем нагревали раствор до 60-65°C. К нагретому раствору прибавляли смесь растворов сульфата магния, гидроксида аммония, хлорида аммония. Раствор перемешивали и приливали 50 мл 3% раствора аммиака. Через 60 минут приливали 20 мл концентрированного раствора аммиака. Содержимое стакана оставляли на 10 часов, по истечении времени осадок отфильтровывали. Полученный осадок сжигали и взвешивали. Эксперимент проводили в трёх повторностях для каждого образца. Эквивалентное содержание фосфора Х (%) рассчитывали по формуле:
Х=m×0,2783×100, % (1)
где m – масса полученной золы, г;
0,2783 – коэффициент пересчёта.
Установлено, что в слабощелочной среде (диапазон рН 7,4-7,8) время полного высвобождения фосфолипидов составляет 12 часов.
1. Моделировали среды отделов ЖКТ крупного рогатого скота:
- сетчатый желудок (рубец и сетка): рН 5,5-7,0; Т=39-40°C;
- книжка: рН 6,0-7,0; Т=39-40°C;
- сычуг: рН 1,0-3,0; Т=39-40°C;
- тонкий кишечник: рН 7,2-7,6; Т=39-40°C.
Навеску кормовой добавки инкапсулированных жиров 0,5 г помещали в химический стакан, приливали 15 мл модельного раствора рН-среды, термостатировали в указанном температурном диапазоне. Первоначально определяли наличие видимых изменений с образцом и наличие факта высвобождения фосфолипидов по пунктам 1 и 2.
При подтверждении выделения фосфолипидов определяли время и количественное высвобождение фосфолипидов по пункту 3.
Выделение фосфолипидов инкапсулируемой смеси произошло только в модельной среде тонкого кишечника (через 1 час термостатирования). Доля высвободившихся фосфолипидов составила 97,3+0,8%.