СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВ ИЗ СЫРЬЯ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ОДРЕВЕСНЕВШЕЙ КЛЕТЧАТКИ
METHOD FOR PREPARATION OF FODDERS OF RAW MATERIALS WITH HIGH CONTENT OF LIGNIFIED CELLULOSE

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для получения кормов из древесной массы.
Известен способ получения корма из древесно-кустарниковой массы, при котором ее измельчают, подвергают делигнизации путем нагрева и обработки щелочным раствором, затем проводят гидролиз, вносят азотистые добавки и микробиологические закваски (Парахин Н.В., Кобозев И.В., Горбачев И.В., Лазарев Н.Н., Михалев С.С. Кормопроизводство. М.: КолосС. 2006, с. 360-380).
Недостатками этого способа является:
- дефицит в корме минеральных элементов, протеина;
- недостаточно глубокий гидролиз клетчатки и ее недостаточное раздревеснение;
- недостаточно высокая переваримость древесины из-за высокого содержания в ней лигнина;
- сложность оборудования: требуются запарники-смесители.
Известно получение корма за счет аммонизации древесных отходов, при котором древесные отходы осины и березы (отрезки 1-3 см) загружают в чан кормозапарника ЗКП-1 и добавляют аммиачную воду из расчета 3% аммиака (по весу). Чан сверху плотно закрывают пластмассовой пленкой и выдерживают в течение пяти суток. После этого древесные отходы высыпают и проветривают от остатков аммиака. После аммонизации отходы древесины приобретают буроватую окраску. Химический их состав следующий: азота 1,41, золы 0,75, жира 2,40, клетчатки 66,0%.
Питательность, определенная на валухах, была равной 0,06 корм. ед. и 37 г переваримого протеина (Воробьев Е.С., Воробьева А.Н. Химия и качество кормов. М.: Россельхозиздат, 1977, с. 58-59).
Недостатками данного способа является:
- очень высокое содержание клетчатки и недостаточная ее делигнизация обуславливает очень низкую переваримость и питательность корма.
Известны способы обработки соломы известью, едким натрием, каустической содой, аммиачной водой, безводным аммиаком с целью делигнинизации (Воробьев Е.С., Воробьева А.Н. Химия и качество кормов. М.: Россельхозиздат, 1977, с. 52-54).
Недостатками данной технологии является:
- недостаточный микробиологический синтез белка;
- слабый ферментативно-бактериальный гидролиз клетчатки;
- необходимость сдабривания полученного корма органическими и минеральными добавками.
Известно силосование соломы с молочной сывороткой, или бактериальными заквасками, или с ферментными препаратами (целловиридином и целокандином) В последнем случае солому предварительно обрабатывают растворами едкого натрия и карбамида (Воробьев Е.С., Воробьева А.Н. Химия и качество кормов. М.: Россельхозиздат, 1977, с. 54-55).
Недостатками данного способа является:
- несбалансированность корма по минеральному составу, что ведет к недостаточно полному проявлению ферментативно-бактериального гидролиза клетчатки и синтезу белков.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению относится способ приготовления корма из растительного сырья, включающий измельчение растительного сырья, увлажнение, внесение кормовых добавок, в т.ч. дробленного зерна и травяной муки, ферментативно-бактериальный гидролиз и запаривание, причем гидролиз осуществляют с помощью предварительно приготовленной закваски на основе содержимого рубца жвачных животных при температуре 38-39°C. При этом закваску готовят путем внесения ферментных препаратов травяной муки, поваренной соли, монокальций фосфата, мочевины и воды в содержимое рубца животных, смешивают их, а полученную смесь выдерживают в течение 2-4 часов (Авт. свид. СССР №1287829, кл. A23K 1/165 от 01.02.87 «Способ приготовления корма из растительного сырья».
Недостатками данного способа является:
- сложность технологии, т.к. она связана с приготовлением травяной муки, запариванием соломы, с приготовлением дрожжевого молока;
- ферменты, в т.ч. применяемые в данном способе пектофостидин П10х и амилосубтилин ГЗх (бактериальная амилаза), слабо гидролизуют одревесневшую клетчатку, оптимальная температура их действия 50-55°C, рН 5,0-6,0; гидролиз проводят с подачей воздуха, что ведет к проявлению окислительных процессов, распаду витаминов;
- на выходе кормовую массу в запарнике-смесителе запаривают до температуры 100°C в течение 30 мин, это усложняет технологию;
- несбалансированность корма по минеральному составу ведет к определенному уменьшению эффективности применения ферментативно-бактериальных заквасок.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества корма, получаемого на основе рациональной переработки растительных отходов сельского и лесного хозяйства, характеризующихся высоким содержанием одревесневшей клетчатки при одновременном упрощении ее технологии за счет делигнизации (раздревеснения), усиления гидролиза клетчатки и более полезного вовлечения ее в синтез белка ферментативно-бактериальными системами во время приготовления, хранения и использования полученных кормов, путем использования доступных средств (применение золы, минеральных веществ многотонажного производства, молочнокислых добавок, отходов сельскохозяйственного производства), а также повышение эффективности (положительного синергизма) взаимодействия используемых факторов, совокупность которых обеспечивает повышение эффективности использования растительного сырья и получения из него кормовой массы, в которой происходит спонтанный процесс улучшения ее качества и консервирование на основе активизации и регулирования биологических, биохимических и физиологических процессов легко реализуемыми приемами.
Для решения указанной задачи в способе приготовления корма из растительного сырья с высоким содержанием одревесневшей клетчатки, включающем измельчение растительного сырья, внесение в него минеральных добавок, ферментативно-бактериальный гидролиз с внесением ферментативно-бактериальной закваски, состоящей из содержимого рубца жвачных животных, перед ферментативно-бактериальным гидролизом проводят делигнизацию содержащейся в сырье клетчатки, сочетая ее с обогащением минеральными веществами, путем увлажнения его щелочным раствором, который готовят на основе растительной золы и соды, выдерживая массу до размягченного состояния и темно-соломистого цвета, затем его подкисляют до рН 4,5-6,0 с помощью раствора консерванта ИБ-2, добавляя целлюлолитические ферменты, доводят влажность массы до 60-65%, а температуру до 50-55°C, уплотняют и хранят без доступа воздуха до снижения температуры до 38-45°C, после чего добавляют взвесь ферментативно-бактериальной закваски, обогащенной целлюлолитическими ферментами и молочнокислыми бактериями, в которой в качестве аммонийной добавки растворяют хлорид аммония, а увлажняемая масса пр этом увлажняется до влажности 75-80%. Корм после такой обработки хранят в анаэробных условиях, проветривание корма осуществляют при отборе, транспортировке и раздаче животным.
В качестве целлюлолитических ферментов, вносимых в сырье с рН 4,5-6,0 и температурой 50-55°C, берут амилорезин П10х и Пх и бактериальную амилазу в виде препарата амилосубтилин ГЗх, а для обогащения ферментативно-бактериальной закваски берут аваморин П, ПП, ППК, ПК.
Взвесь ферментативно-бактериальной закваски вносят поверхностно, по окончании производят трамбовку обработанного корма и нанесение на его поверхность поваренной соли и слоя сырья, обогащенного известью, увлажняя его затем кислым раствором сульфатного соединения.
При приготовлении ферментативно-бактериальной закваски в содержимое рубца вводят измельченную ткань рубца, полученную смесь перемешивают с размолом сырья и зерна при соотношении сырья, зерна и смеси ткана рубца и его содержимого по массе 2:2:1, затем при перемешивании вводят раствор поваренной соли и хлорида аммония с увлажнением смеси до влажности 60-70%, причем перед внесением ферментативно-бактериальной закваски в сырье ее разбавляют водой до получения взвеси.
Для приготовления ферментативно-бактериальной закваски берут рубец и его содержимое от видов и пород животных, питающихся в основном грубым и древесным кормом.
Часть готовой к использованию жидкой ферментативно-бактериальной закваски используют для приготовления ее следующей партии, добавляя в нее размол сырья и зерна, а при необходимости и измельченный рубец, а также минеральную добавку в виде растительной золы.
Существенными признаками, характеризующими изобретение, является совокупность и порядок исполнение приемов, а также применяемых средств, обеспечивающих получение нового положительного эффекта - получение высококачественного корма на основе использования отходов сельского и лесного хозяйства.
В предлагаемом способе сырье перед ферментативно-бактериальным гидролизом подвергают делигнизации клетчатки, сочетая ее с обогащением минеральными веществами, путем увлажнения его щелочным раствором, который готовят на основе растительной золы и соды, выдерживая массу до размягченного состояния и темно-соломистого цвета. В результате получается освобожденная от лигнина клетчатка, которая обогащена минеральными макро- и микроэлементами. Благодаря этому она становится доступна для ферментативно-бактериального гидролиза, т.к. обогащение минеральными макро- и микроэлементами усиливает последний. При этом зола, подщелачивая раствор, усиливает раздревеснение клетчатки. Затем сырье подкисляют до рН 4,5-6,0 с помощью раствора консерванта ИБ-2, добавляя целлюлолитические ферменты, доводя влажность до 60-65%, а температуру до 50-55°C, уплотняя и храня ее без доступа воздуха до снижения температуры до 38-45°C, добавляя в последующем жидкую взвесь ферментативно-бактериальной закваски, в которой в качестве аммонийной добавки растворяют хлорид аммония, увлажняя массу до 75-80%, причем ферментативно-бактериальную закваску обогащают целлюлолитическими ферментами и молочнокислыми бактериями, корм после такой обработки хранят в анаэробных условиях, а проветривание его осуществляют при отборе и транспортировке и раздаче животным.
2
4
2
4
2
3
2
3
В результате такой совокупности отличительных признаков предлагаемого изобретения сырье превращается в высококачественный корм. Подкисление корма улучшает переваримость клетчатки и способствует ее кислотному гидролизу. Поскольку подкисление массы производится консервантом ИБ-2, содержащим соляную (HCl) и серную (HSO) кислоты, корм не портится, при этом соляная и серная кислоты реагируют с содой и золой с образованием поваренной соли (NaCl) и прекрасного консерванта глауберовой соли (NaSO): NaCO+2HCl→2NaCl+HCO
2
3
2
4
2
4
2
3
NaCO+HSO→NaSO+HCO
2
3
2
2
При этом углекислота HCO разлагается HO и CO (диоксид углерода + углекислый газ). В результате клетчатка сырая размягчается, что улучшает ее гидролиз и обработку другими препаратами, кроме того, при этом одновременно тормозятся гнилостные и окислительные процессы.
При этом создаются оптимальные условия для действия определенных целлюлолитических ферментов. Например, при рН 4,5-6,0 и температуре 50-55°C прекрасно работают разные формы амилоризина - П10 и Пх и бактериальная амилаза. При такой температуре и идет гидролиз клетчатки. В отличие от прототипа сырье хранится без доступа воздуха, что исключает гнилостные процессы. Снижение температуры сырья до 38-45°C происходит самопроизвольно при добавлении в него ферментативно-бактериальной закваски, которая наиболее эффективно работает при данной температуры.
4
4
2
3
3
2
2
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><mi>N</mi><msub><mi>H</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub><mi>O</mi><mo>→</mo><mi>N</mi><msubsup><mi>H</mi><mn>4</mn><mo>+</mo></msubsup><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>O</mi><msup><mi>H</mi><mo>−</mo></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>N</mi><msubsup><mi>H</mi><mn>4</mn><mo>+</mo></msubsup></mrow>
В отличие от прототипа в качестве аммонийной добавки берут хлорид аммония NHCl, который реагирует с содой и золой с образованием поваренной соли и хлористого калия (KCl); (NHCl→NaCO→NaCl+NH↑+HO+CO), а также углекислого газа и аммиака, т.е. аммония
. Благодаря наличию в сырье комплекса зольных макро- и микроэлементов и аммония
под воздействием ферментативно-бактериальной закваски образуется белок, на синтез которого используются сахара. В результате гидролиз клетчатки усиливается, по закону Ле Шатилье изъятие продуктов реакции ускоряет ее.
Процессы, в т.ч. ферментативные (биохимические), ускоряются при уплотнении массы, т.е. при повышении концентрации реагирующих веществ.
Обогащение ферментативно-бактериальной закваской молочнокислыми бактериями усиливает гидролиз клетчатки и бактериальный синтез белка, при этом снижается до рН 3,5-4,5. В отличие от прототипа для обогащения ферментативно-бактериальной закваски берут другие ферменты, адаптированные к создающимся условиям, при этом в отличие от прототипа корм хранят в анаэробных условиях, что усиливает деятельность молочнокислых бактерий, ферментативно-бактериальной закваски и процессов гидролиза клетчатки и синтеза белка.
В отличие от прототипа в изобретении в качестве целлюлолитических ферментов, вносимых в сырье с рН 4,5-6,0 и температурой 50-55°С, берут амилоризин П10х и Пх и бактериальную амилазу в виде препарата амилосубтилин ГЗ, а для обогащения ферментативно-бактериальной закваски, используемой для окончательной обработки корма, берут аваморин П, ПП, ППК, ПК. Таким образом, ферментные системы адаптированы к создающимся условиям в корме.
Следует отметить, что применение ферментов ускоряет процесс гидролиза клетчатки и улучшает условия деятельности бактериальных заквасок. Однако реализация изобретения даже при отсутствии ферментов в них препаратов позволяет, благодаря выполнению остальной совокупности признаков, получить высококачественный корм.
При этом в предлагаемом способе после уплотнения массы и увлажнения ее до 60-65% ее смачивают ферментативно-бактериальной взвесью с растворенном в ней хлоридом аммония, при этом указанную смесь вносят поверхностно или с помощью инъекторов, по окончании увлажнения обработанного корма, производят повторную его трамбовку и нанесение на его поверхность поваренной соли и слоя сырья, обогащенного известью.
Такое выполнение указанных операций наиболее простое и более качественное, а повторная трамбовка обработанного корма и нанесение на его поверхность поваренной соли и слоя сырья, обогащенного известью, способствует сохранности корма и повышению его качества.
2
4
2
3
4
2
4
При этом в отличие от прототипа на поверхность корма наносят слой его сырья, обработанного известью, увлажняя его затем насыщенным раствором сульфата аммония до влажности 35-45%, благодаря этому образуется из сырья своеобразный панцирь, под которым накапливается углекислый газ СО, так частички сырья склеиваются гипсом - CaSO·2HO, а образующиеся в результате реакции извести CaCO и сульфата аммония (NH)SO;
3
4
2
4
4
2
3
2
CaCO+(NH)SO→CaSO·2HO+NH↑+CO↑
Благодаря этому отпадает необходимость в использовании укрытия корма пленки и нанесении грунта.
При этом в отличие от прототипа, при приготовлении ферментативно-бактериальной закваски содержимое рубца вводят измельченную ткань рубца, а эту смесь перемешивают с размолом сырья и зерна в соотношении по массе 2:2:1, увлажняя при перемешивании с раствором поваренной соли и хлоридом аммония до влажности 60-70%. Перед внесением ферментативно-бактериальной закваски ее разбавляют водой до получения взвеси, смачивая ее раствором целлюлолитических ферментов (в форме аваморина) и молочнокислой бактериальной закваской. Благодаря этому улучшается гидролиз одревесневшей клетчатки. При такой совокупности признаков ферментативно-бактериальная закваска наиболее активна и в то же время усиливается действие молочнокислых бактерий, подкисляющий корм, а такая среда оптимальна для аваморина. Но самым существенным отличием является добавка измельченной ткани рубца, являющейся поставщиком активных ферментов и бактерий. Действие последних усиливается благодаря создаваемой питательной среды (сырье, зерно, хлорид аммония, поваренная соль, оптимальная влажность). Более того, рубец и его содержимое являются отходами при забое жвачных животных, они доступны всегда. Добавка ткани рубца в ферментативно-бактериальную закваску позволяет получить хороший корм даже при отсутствии специальных целлюлолитических ферментов (аваморина), хотя указанный фермент ускоряет получение корма.
Для приготовления ферментативно-бактериальной закваски берут рубец и его содержимое от видов животных, хорошо усваивающих грубый древесный корм.
Ферментативный и бактериальный состав у разных видов и пород животных разный, об этом свидетельствует неодинаковая переваримость кормов, особенно грубых. В условиях хозяйств лесной зоны, наиболее эффективны закваски, приготовленные с использованием рубца лося. Это вполне доступно.
В отличие от прототипа часть готовой к использованию жидкой ферментативно-бактериальной закваски используют для приготовления ее следующей партии корма, добавляя в нее размол сырья и золу. Благодаря этому приготовление кормов по предлагаемому способу становится проще.
Реализуется способ следующим способом.
2
4
2
4
2
3
2
2
Пример 1. Берут ветви сосны (без хвои) их измельчают с помощью ДУК-1 (дробилки кормовой). Опыты показали, что можно использовать ветви березы и осины. Приготавливают горячий 50°C и более щелочной раствор, растворяя в 150 л воды 5-6 кг соды и 5-6 кг растительной золы (древесной или др.). 1 т измельченного растительного сырья с высоким содержанием одревесневшей клетчатки влажностью 30-35% примешивают со 100 л (110 кг) полученного раствора. Далее выжимают раствор, проверяют рН и при необходимости добавляют раствор едкого натрия (NaOH), доводя рН до 9-10. Получается древесная масса 45-50%, ее выдерживают не менее 10 часов до размягчения древесных частиц и приобретения массой темно-соломистого цвета. После этого массу (в опыте 13 ноября) подкисляют до рН 4,5-6,0 с помощью раствора консерванта ИБ-2. В результате соляная кислота HCl и серная кислота HSO реагируют с содой, едким натрием и золой с образованием поваренной соли (NaCl) и консерванта NaSO - глауберовой соли и хлористого калия, например: NaCO+HCl→2NaCl+CO↑+HO
2
3
2
4
2
4
2
4
2
2
NaCO+HSO→NaSO→NaSO+CO↑+HO
Затем влажность массы доводят до 60-65%, заливая горячую воду (55-60°C), растворяя в ней целлюлолитический фермент и амилоризин П10х или бактериальную амилазу в виде препарата амилосубтилин ГЗх.
Массу уплотняют и хранят без доступа воздуха до снижения температуры до 38-45°C. В опыте массу хранят до 15 ноября.
Указанные выше операции проводят в траншее и даже на открытых площадках, укрывая массу пленкой, лучше светоотражающей. Можно из цистерны изготовить специальные емкости.
4
Одновременно с подготовкой сырья (12 ноября) приготавливали ферментативно-бактериальную закваску. Для этого взяли ткань рубца лося и его содержимое. Ткань измельчили и смешали с его содержимым в соотношении 1:3. Далее 1 часть по массе этой смеси и перемешивали с 2 частями по массе сырья (измельченной древесины) и 2 частями по массе измельченного зерна. Полученную смесь увлажняют до влажности 60-70% раствором поваренной соли (1-2%) и хлорида аммония NHCl) (1,2-1,5%).
Полученную закваску выдерживали несколько часов до прекращения брожения (16 ноября).
4
4
4
Перед внесением ферментативно-бактериальной закваски ее смешивали с водой до сметанообразного состояния, разбавляя на 100 л воды - 150 мл молочнокислой закваски 1,5-2,0 кг целлюлолитических ферментов в форме аваморина. При этом в расчете на 1 т подготовленного сырья влажностью 60-65% добавляют 0,60-0,50% N (или 2,0-1,5% NHCl). Для этого NHCl сметанообразной взвеси ферментативно-бактериальной закваски должно содержаться 1,0-1,33% NHCl, т.е. в 100 л взвеси растворить 1,0-1,33 кг хлорида аммония. В дальнейшем (17 ноября) сметанообразную ферментативно-бактериальную закваску с молочнокислыми бактериями, хлоридом аммония и целлюлолитическим ферментом - аваморин в количестве 160-170 л - вводят в увлажненное (до 60-70%) сырье на 1 т.
3
4
2
В результате была получена масса влажностью 75-80%, обработанная ферментами, бактериями, содержащая полный комплект элементов минерального питания, а также минеральный аммонийный азот, необходимый для бактериального синтеза белка (аминокислот). Корм хранился с 17 ноября по 17 декабря. Введение ферментативно-бактериальной закваски в сырье осуществляли путем смачивания. В производственных условиях эту операцию осуществляли путем нанесения на поверхность сырья жидкой закваски или с помощью инъектора. После такой обработки корм уплотняют и на него наносят сырье, т.е. измельченную древесину, которую предварительно смешали с известью CaCO, по объему 1 часть извести - 6-10 частей древесины, затем этот слой увлажняют насыщенным раствором сульфата аммония (удобрение). На 1 часть (по объему) древесной массы берут 0,3-0,5 части указанного раствора. В результате влажность древесной массы повышается до 35-45%, при этом впоследствии в ней образуется гипс: CaSO·2HO
3
4
2
4
4
2
2
3
CaCO+(NH)SO→CaSO·2HO+2NHOH+HCO
4
3
2
2
3
2
2
NHOH→NH↑+HO; HCO→HO+CO↑
2
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>N</mi><msubsup><mi>H</mi><mn>4</mn><mo>+</mo></msubsup><mo>+</mo><mi>O</mi><msup><mi>H</mi><mo>−</mo></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Образуется гипсо-древесная корка, под которой скапливается углекислый газ CO, выделяющийся аммоний
частично поглощается древесиной и кормом.
После хранения массы в течение 30 суток получен корм, который скармливали жвачным животным, он по качеству не уступал силосу (табл. 1). Перед вскармливанием корм разрыхляли и проветривали.
ое
Пример 2. Все операции проведены так же, как в примере 1, но ферментативно-бактериальную закваску готовили на основе использования корма, полученного раннее. Для этого готовый корм (влажность 72%) перемешали с размолом зерна и древесины. Готового корма (по массе) взяли 1 часть, древесины - 1 часть; ячменной дерти - 1 часть, эти компоненты перемешали, пропустив через ДУК-1, в смесь добавили теплый раствор (температура 50-55°C) золы. Для этого взяли 120 л насыщенного раствора золы (~26%), после этого раствор подкислили до рН 5,0 консервантом ИБ-2. Раствор и смесь смешали, указанную смесь хранили 3 суток под пленкой. Затем полученную закваску (масса влажностью 83%) перемешали с приготовленным сырьем (влажность ~65%). На 1 часть закваски брали 10 частей сырья. Корм утрамбовывали и хранили в течение 1 месяца. Влажность корма около 70% (результаты представлены в табл.). По примеру 2 получен корм хорошего качества, но несколько хуже, чем по примеру 1.
Пример 3. Все операции проведены так же, как в примере 2. Но перед трамбовкой в корм вносили раствор с температурой 42°C молочнокислой закваски с добавкой целлюлолитических ферментов. При этом на 1 т массы влажностью 70-72%, брали около 100 л воды, 150 мл закваски, 1,0 кг ферментативного препарата в форме аваморина. Результаты представлены в табл.
Пример 4. Все операции проведены так же, как в примере 3. Но вместо ферментативного препарата и бактериальной закваски на 100 л теплой воды добавляли 0,5 кг измельченной ткани рубца и 1 кг содержимого рубца. В примере 3 и 4 получены такие же результаты, как и в примере 1.
Таким образом, совокупность признаков предлагаемого технического решения позволяет обеспечить наиболее полное решение поставленной задачи: повышение качества корма и обеспечение рационального использования растительных отходов сельского и лесного хозяйства при одновременном упрощении технологии приготовления и хранения корма.