Влияние ультразвуковой кавитационной обработки на химический состав кормов, используемых при кормлении жвачных животных

Влияние ультразвуковой кавитационной обработки на химический состав кормов, используемых при кормлении жвачных животных

А.С.Байков, преподаватель, ИА.Рахимжанова, к.с.-х.н, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; ИМ.Ширнина, д.с.-х.н., профессор, БХ.Галиев, к.с.-х.н, ФГБНУ ВНИИМС

В современных условиях кормопроизводства значительное внимание уделяется инновационным технологическим приёмам приготовления кормов.

Основным видом корма для крупного рогатого скота в зимний период являются грубые корма, в первую очередь сено, а также побочные продукты при производстве зерна — солома, мякина или полова — наружная оболочка семян, стержни от

кукурузных початков, травяная резка и так далее.

Известно, что потенциал питательности углеводистых кормов, таких, как грубые корма, из-за наличия относительно высокого содержания в них клетчатки, пектинов и других специфических углеводов, которые относятся к группе некрахмалистых полисахаридов, содержащихся в клеточных стенках оболочек и эпидермисе растений, используются с недостаточной эффективностью. В связи с этим доступность для действия питательных веществ, заключённых внутри клеточных стенок, остаётся низкой.

Грубые корма помимо высокого содержания клетчатки богаты витаминами, провитаминами и биологически активными веществами.

Безазотистые экстрактивные вещества, особенно крахмал и сахара, помимо того, что являются питательными веществами для животного, служат пищей для населяющих преджелудков жвачных микроорганизмов и используются для синтеза бактериального белка [1].

Заготовка грубых кормов в практике отечественного кормопроизводства зачастую не выдерживается по срокам уборки кормовых растений с учётом оптимального времени их развития, срывается своевременная транспортировка, нарушается технология приготовления к скармливанию.

Всё это влияет на химический состав заготавливаемых на зиму кормов, например, уборка растений в поздние фазы вегетации влечёт за собой увеличение содержания в них клетчатки и лигнина, а это, как правило, снижает питательную ценность.

В связи с обозначенными издержками есть необходимость в технологии, позволяющей переработать имеющиеся в хозяйстве грубые корма и фуражное зерно низкого качества в высокопитательный кормовой продукт [2].

В практике зарубежного и отечественного животноводства для повышения питательности кормовых средств используются различные технологические приёмы и способы их подготовки [3 — 6].

Одним из вариантов может быть процесс кави-тационного воздействия. Кавитация — это явление физического свойства, которое образуется в жидкости при наличии новых внешних воздействий [7, 8].

Сущность технологии заключается в том, что в результате такого воздействия на грубые или концентрированные корма разрушаются стенки растительных клеток, при этом питательные вещества — протеин, ферменты и витамины, необходимые животному, переходят в более доступную форму. При необходимости корма подвергаются нагреванию до степени пастеризации. В результате проведённых опытов на животных выявлено, что процесс кавитирования корма повышает переваримость питательных веществ и увеличивает их продуктивное действие [9].

Получен патент на изобретение по способу приготовления биологически полноценной кормовой смеси для крупного рогатого скота при кавитационном воздействии на гидролизаты древесины или соломы с определёнными параметрами измельчения и диспергирования в воде. Использование кавитационного эффекта в данном случае позволяет упростить получение биологически полноценной кормовой добавки и улучшить её усвоение для животных, в частности для крупного рогатого скота [10].

Существует два вида кавитации — ультразвуковая и гидродинамическая, которые характеризуются различными методами получения кавитационных

пузырьков. Основным параметром воздействия кавитации на обрабатываемую среду можно считать количество образовавшихся пузырьков и их схлопывание.

В связи с этим в зависимости от объекта исследований и поставленной цели возникают отзывы о преимуществах и недостатках данных видов источника кавитации. В животноводстве применяют в основном гидродинамическую, или паровую, кавитацию, но она не всегда приводит к желаемым результатам.

В нашем исследовании рассматривается возможность использования ультразвуковой кавитациион-ной обработки для подготовки кормовых средств, используемых в рационах крупного рогатого скота.

Материал и методы исследования. Для сравнительного изучения эффективности ультразвукового воздействия при различных временных режимах на кормовые средства, используемые в рационах жвачных животных в традиционном приготовлении, на химический состав и переваримость сухого вещества, на базе Покровского сельскохозяйственного колледжа Оренбургского ГАУ, практикующего разведение молочно-мясных пород скота, были проведены в 2016 — 2017 гг. экспериментальные исследования с последующим лабораторным анализом.

Объектом исследования являлись следующие варианты кормов: грубые — солома пшеничная, сено люцерны и сено суданской травы; концентрированные — зерно озимой ржи, зерно пшеницы, жмых подсолнечный, дрожжи кормовые.

Кавитационную обработку перечисленной группы кормов с различным содержанием трудногидроли-зуемых полисахаридов проводили на ультразвуковом кавитаторе, воздействием 28 кГц, при температуре 28°С, напряжении — 220 В, мощности — 5 Вт, пороги кавитации — 19 кГц. Все испытуемые корма измельчались до диаметра частиц 0,5 — 0,7 мм2 на лабораторной мельнице. Модули образцов готовились с водой в соотношении 1:5. Параметры ультразвука были выбраны в пределах 25 — 30 кГц. Длительность обработки составляла 5 и 20 мин.

В испытательном центре ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», аттестат аккредитации № RA. RU. 21 ПФ59 от 02.12.2015 г., методом зоотехнического анализа определяли химический состав кормов. Содержание определили: сухого вещества, сырого протеина (ГОСТ 13496.4 - 93), сырого жира (ГОСТ 13496.15 - 93), сырой клетчатки (ГОСТ 12396.2 - 9), сырой золы (ГОСТ 26226 — 95), кальция (ГОСТ 26570 - 95), фосфора (ГОСТ 26657 - 97).

С использованием искусственного рубца KRL 01 определялась in vitro переваримость сухого вещества, испытуемых грубых и концентрированных кормов.

С использованием пакета программ Statistika 10,0 («Stat Soft Inc», США) проводилась статистическая обработка полученных данных.

Результаты исследования. Получен материал биотехнологического воздействия — ультразвукового кавитирования грубых и концентрированных кормов на их химический состав и переваримость сухого вещества, в зависимости от длительности обработки — 5 и 20 мин.

До обработки в соломе содержалось сухого вещества — 86,9%, сырой клетчатки — 336,8 г, сырого жира — 9,6 г, сырого протеина — 50 г, сахаров — 7,5 г, крахмала — 3 г, витамина Е — 0,2 мг, кальция — 3,9 г, фосфора — 0,8 г, 0,24 корм.ед., обменной энергии — 4,6 МДж. В сене люцерны и суданки показатели были равны — 96,2 — 84,8% сухого вещества, сырой клетчатки — 264,9 — 306,8 г, сырого жира — 12,4 — 19,8 г, сырого протеина — 64,0 — 103,7 г, сахаров — 22,7 — 71,2 г, крахмала — 20,3 — 22,1 г, витамина Е мг — 67,8 — 75,6 мг, кальция — 5,6 — 17,0 г, фосфора — 1,7 — 2,2 г, корм. ед. — 0,58 — 0,61, обменной энергии —7,0 — 7,7 МДж соответственно.

В зерне ржи и зерне пшеницы содержалось сухого вещества — 88,4 — 94,3%; сырой клетчатки — 22,0 — 28 г; сырого жира — 13 — 15,7 г; сырого протеина — 110 — 130,0 г; крахмала — 501 — 526 г; сахара — 11 — 29,0 г; витамина Е — 14 — 33,9 мг; кальция — 1,1 — 1,3 г; фосфора — 2,7 — 3,6 г; 1,2 — 1,29 корм.ед.; обменной энергии — 10,18 — 10,8 МДж. В жмыхе и дрожжах сухого вещества — 95,9 — 94,9%; сырой клетчатки — 147 — 4,0 г; сырого жира —87 — 16 г; сырого протеина —393 — 423 г; сахара — 64 — 2,4 г; крахмала — 23 — 29 г; витамина Е — 12,4 мг; кальция — 1,3 г; фосфора — 6,0 — 3,9 г; корм.ед. — 1,13 — 1,0; обменной энергии — 10,31 — 11,4 МДж.

После кавитационной обработки в пшеничной соломе содержание сырой клетчатки снизилось соответственно периоду обработки (5 и 20 мин.) на 50,0 — 171,6 г (14,8 — 49,1%), в люцерновом сене — на 77,0 — 116,6 г (25,1 — 38,0%) и в сене из суданской травы - на 36,9 - 74,9 г (14,0 - 20,3%). Показатели снижения сырого жира были незначительные и составили 0,6 - 1,0 г (6,3 - 10,53%); 1,0 - 2,0 г (8,13 - 8,85%) и 1,4 - 1,6 г (6,76 - 7,73%); сырого протеина - на 4,1 - 7,4 г (8,2 - 14,8%); 1,9 - 5,8 г (2,97 - 9,06%) и 24,9 - 41,5 г (23,94 - 39,9%) соответственно.

В концентрированных кормах содержание сырой клетчатки снизилось: в зерне ржи - на 1,6 - 4,5 г (7,1 - 20,3%), в зерне пшеницы - на 4,0 - 9,0 г (14,3 - 32,1%), в жмыхе подсолнечном -на 22,6 - 35,5 г (15,4 - 24,2%) и в дрожжах кормовых - на 1,0 - 3,0 г (25,0 - 75,0%) соответственно.

Снизилось также количество сырого жира - на 1,2 - 5,0 г (9,2 - 38,5%); 2,1 - 2,0 г (12,7 - 13,4%); 5,9 - 12,4 г (6,8 - 14,3%) и 1,2 - 2,1 г (7,5 - 13,1%) и сырого протеина - на 10,5 - 21,0 г (9,2 - 19,1%); 5,0 - 8,0 г (3 - 6,2%); 25 - 44 г (6,4 - 11,2%) и 34 - 60 г (8,0 - 14,2%).

Несмотря на некоторое снижение обозначенных питательных веществ испытуемых кормов после

технологической обработки, питательная их ценность (обменная энергия и кормовые единицы), а также макро- и микроминералы различались незначительно по сравнению с необработанными кормами.

При этом положительный эффект наблюдался по содержанию в кавитированных кормах сахара. Так, увеличение этого показателя в грубых кормах по сравнению с натуральными составляло: в соломе пшеничной - 20,0 - 56,0 г (265,0 - 744,0%), сене люцерны и суданки - 22,4 - 43,5 г (99,1 - 192,5%) и 19,0 - 27,0 г (27,0 - 38,2%). Их содержание в концентрированных кормах было следующим: в зерне ржи - на 1,2 - 2,1 г (10,9 - 19,1%), в зерне пшеницы - на 4,5 - 7,0 г (15,5 - 24,0%), в жмыхе подсолнечном - на 11,9 - 15,8 г (18,8 - 25,0%) и в дрожжах кормовых - на 1,38 - 2,59 г (58,3 - 108,3%) (рис 1).

Особенно это стало заметно при более длительной, 20-минутной обработке, где количество сахара в соломе превышало показатели 5-минутного воздействия на 36 г (479%), в сене люцерны - на 21,1 (93,4%), сене суданки - на 8,0 (11,2%), в зерне ржи - на 0,9 (7,4%), в зерне пшеницы - на

2.4 (8,3%), в жмыхе подсолнечном - на 4 (6,2%) и дрожжах кормовых - на 1,21 г (50,0%).

Следует отметить, что при кавитировании кормовых средств прослеживается зависимая динамика трудно- и легкопереваримых углеводов: чем больше снижение клетчатки, тем выше содержание сахара (рис. 1, 2).

Полученные экспериментальные данные в условиях in vitro свидетельствуют, что кавитационная обработка грубых и концентрированных кормов оказала положительное влияние на переваримость сухого вещества.

Так, переваримость этого показателя в кавити-рованной пшеничной соломе при 5 - 20-минутном воздействии превышала показатель необработанного корма на 1,1 и 1,8%, в сене люцерны - на 0,6 и 1,3%, в сене суданской травы - на 1,1 и 2,1%, в зерне ржи - на 2,9 - 6,3%, в зерне пшеницы - на

2.5 - 3,2%, подсолнечном жмыхе - на 3,6 - 5,8% и в кормовых дрожжах - на 2,2 - 5,4%

Следует отметить, что минимальный показатель переваримости был у пшеничной соломы и составил 30,7 - 31,4%, максимальная степень воздействия кавитации наблюдалась у кормовых дрожжей, где переваримость сухого вещества после обработки равнялась 53,4 - 56,6%.

Выводы. Сравнительный зоотехнический анализ результата испытаний грубых и концентрированных кормов до и после ультразвуковой кавита-ционной обработки показывает положительный эффект используемой биотехнологии - это частичный переход трудногидролизуемых полисахаридов в легкоусвояемые сахара. Количество сахара в изучаемых кормовых средствах повысилось после 5- и 20-минутного времени воздействия в среднем:

350 300 250 200 150 100 50 0

337

Солома

Солома

Сено

пшеничная: пшеничная: люцерновое: люцерновое:

клетчатка сахар клетчатка сахар

Сено Сено суданской Сено суданской

травы: сахар

5 мин. кавитации

травы: клетчатка

20 мин. кавитации

Рис. 1 - Влияние кавитированной обработки грубых кормов на содержание трудно- и легкорастворимых углеводов

140 120 100 80 60 40 20 0

147

22

20'417,5 11 12 13,1

го

5 мин. кавитации

20 мин. кавитации

Рис. 2 - Влияние кавитированной обработки концентрированных кормов на содержание трудно- и легкорастворимых углеводов

в грубых кормах - на 130,4 - 324,8%; концентрированных - на 25,4 - 44,1%, при снижении сырой клетчатки - на 17,9 - 39,0%; 18,0 - 21,0% соответственно.

Переваримость сухого вещества in vitro зерна ржи и пшеницы превышала показатель натуральных кормов на 2,5 - 6,3%, жмыха подсолнечного - на 3,6 - 5,8% и кормовых дрожжей - на 2,2 - 5,4%.

Литература

1. Калашников А.П. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных: справ. пособ. 3-е изд., перераб. и дополн. / А.П. Калашников, В.И. Фисинин, В.В. Клейменов, Н.И. Щеглов. М., 2003. 456 с.

2. Шестаков С.Д. Управляемая гидратация биополимеров — безопасный, эффективный и универсальный способ увеличения объёма производимого сельхозсырья и продовольственных продуктов // Ефективш корми та годвля. 2007. № 5. С. 36 - 38.

3. Мирошников С.А. Новые подходы к созданию кормовых продуктов на основе поликомпонентных растительно-минеральных смесей, подвергнутых кавитационной обработке / С. А. Мирошников, Д. М. Муслюмова, А. В. Быков,

ЗООТЕХНИЯ

Ш.Г. Рахматуллин, JI.A. Быкова // Вестник мясного скотоводства. 2012. №3(77) С, 7-11.

4. Монахов В.Н., Губкина Е.В. Оптимальное управление кавитацией // Доклады Академии наук. 2008. Т. 420. №2. С, 172-175.

5. Витаминно-минеральный комплекс: пат. 2195269 Рос. Федерация / М.И.Лазарев, Р.Х. Енилеев. Заявл. 14.02.01; опубл. 27.12.2002, Бюл. №26.

6. Oberleas D. Mechanism of zinc homeostasis // Journal Of Inorganic Biochemistry. 1996. 62(4): 231-241.

7. Никитина А. Кавитационная технология приготовления кормов // Свиноводство. 2011. №3. — С. 64 — 67.

8. Шестаков С.Д. Основы технологии кавитационной дезинтеграции. М.: ЕВА-пресс, 2001. 253 с.

9. Инновационные технологии кормления на животноводческих комплексах: матер. XVI междунар. спец. торг.-пром. выставки «Зерно — Комбикорма — Ветеринария-2011». М., 2011.

10. Способ получения биологически полноценной кормовой смеси: пат. 2447674; Рос. Федерация /А. В. Сидоров, А. В. Ковалев, И.И. Мошкутело. Заявл. 31.08.10; опубл. 20.04.12.