СПОСОБ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В МОЛОКЕ КОРОВ
METHOD OF REDUCTION OF HEAVY METAL CONTENT OF COW'S MILK

Изобретение относится к животноводству и может быть использовано для снижения содержания тяжелых металлов в молоке коров.
Известно большое количество способов снижения содержания тяжелых металлов в молоке коров, предусматривающих применение различных средств с целью снижения уровня тяжелых металлов в организме и молоке коров: биовермикулита, цеолита Камышловского месторождения, шатрашанита и другие [1, 2, 3].
Известен способ снижения содержания тяжелых металлов в молоке коров путем введения в рацион биовермикулита (вспученного вермикулита), представляющего собой природный минерал из группы гидрослюд, в количестве 100 г на голову в сутки [1]. Однако недостатком применения биовермикулита является одновременное с тяжелыми металлами поглощение эссенциальных микроэлементов, участвующих в регуляции функций организма.
Известен способ снижения содержания тяжелых металлов в молоке коров путем добавления к основному рациону цеолита Камышловского месторождения Свердловской области из расчета 0,15-0,20 г/кг массы тела животного однократно в течение 25-30 дней. Природные цеолиты - это микропористые каркасные алюмосиликаты кристаллической структуры, содержащие каналы и пустоты, занятые крупными ионами и молекулами воды. Они обладают значительной свободой движения, что приводит к ионному обмену и обратимой дегидратации. Благодаря строго отведенным размерам пор внутренних полостей природные цеолиты обладают молекулярно-ситовыми свойствами, являются хорошими адсорбентами для многих неорганических и органических веществ, в том числе и солей тяжелых металлов [2]. Недостатком способа является его ограниченная возможность - цеолит Камышловского месторождения, как энтеросорбент позволяет снижать только уровень никеля и свинца в организме коров.
Известен способ снижения содержания тяжелых металлов в молоке коров путем скармливания животным шатрашанита (цеолитсодержащего сырья, добываемого в с. Шатрашаны Дрожжановского района Республики Татарстан). Минерал скармливают коровам в сухом виде в смеси с концентрированными кормами из расчета 300 г на голову в сутки или 2,5-3,0% к сухому веществу рациона [3]. Недостаток способа: отсутствие селективности по отношению к химическим элементам.
Наиболее близким аналогом является способ снижения содержания тяжелых металлов в молоке коров путем введения в рацион хитозана кислоторастворимого с молекулярной массой 250 кДа и степенью деацетилирования 88% из расчета 60 мг/кг массы тела животного 2 раза в день в течение 5 дней. Повторное применение осуществляют через 5 дней [4]. Недостатком способа является то, что хитозан кислоторастворимый в желудочно-кишечном тракте проявляет себя как универсальный сорбент, способный связывать огромный спектр веществ органической и неорганической природы, что, в конечном итоге, может отрицательно отразиться на микробиоценозе рубца. Кроме того, адсорбционные, хелато- и комплексообразующие свойства хитозана кислоторастворимого ниже по сравнению с водорастворимой формой хитозана, эффективность которой обусловлена способностью растворяться в воде и слюне.
Целью изобретения явилась разработка эффективного способа снижения содержания тяжелых металлов в молоке коров. Поставленная цель достигается тем, что коровам, содержащимся в условиях техногенных агроэкосистем, задают с кормом 2,7-3,3%-ный раствор хитозана водорастворимого с молекулярной массой 38 кДа и степенью деацетилирования 85% из расчета 1,8-2,2 мл/кг массы тела животного и пробиотик «ЭМ-Вита» из расчета 18-22 мл на животное, препараты применяют один раз в сутки в течение трех 9-11-дневных курсов с интервалом 6-8 дней.
Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что способ отличается от известного тем, что используют 2,7-3,3%-ный раствор хитозана водорастворимого с молекулярной массой 38 кДа и степенью деацетилирования 85% из расчета 1,8-2,2 мл/кг массы тела животного один раз в сутки в течение трех 9-11-дневных курсов с интервалом 6-8 дней, который при приеме внутрь в желудочно-кишечном тракте расщепляется, всасывается в кровь и усваивается организмом в виде низкомолекулярных соединений - аминоглюканов, стимулирующих естественную резистентность организма. В дополнение к хитозану задают пробиотик «ЭМ-Вита» из расчета 18-22 мл на животное по вышеуказанной схеме.
Механизм действия пробиотика «ЭМ-Вита» заключается в том, что при его применении увеличивается количество полезных бактерий в желудочно-кишечном тракте, которые оказывают угнетающее действие на патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, улучшают популяционный состав индигенной микрофлоры, способствуя созданию благоприятной среды для обменных процессов в кишечнике.
Таким образом, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «новизна». Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от известных, что дает возможность сделать вывод о его соответствии критерию «существенные отличия».
Анализ отличий заявляемого технического решения и известных решений из уровня техники позволяет сделать заключение о том, что предлагаемый способ соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Способ снижения содержания тяжелых металлов в молоке коров соответствует условию патентоспособности изобретения «промышленная применимость», поскольку предлагаемый способ может быть многократно использован в сельскохозяйственных предприятиях агропромышленного комплекса независимо от их форм собственности в условиях техногенных агроэкосистем. Это доказывают результаты исследований, показавшие, что хитозан водорастворимый в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита» биосовместимы с природной средой, способны к биодеградации до естественных продуктов биотипа; в условиях техногенных агроэкосистем (комплексного загрязнения среды обитания животных солями тяжелых металлов) применение хитозана водорастворимого в сочетании с пробиотиком способствует элиминации тяжелых металлов из организма коров; качественные характеристики молока коров соответствуют требованиям СанПиН.
3
7
4
Хитозан водорастворимый применяют в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита», полученными в производственных условиях ЗАО «Биопрогресс» ВНИИиТИБП г. Щелково Московской области. «ЭМ-Вита» состоит из смеси штаммов Laktobacillus plantarum 376Б, Lactobacillus casei МДП-1, Saccharomyces cerevisiae, патоки и воды. В 1 см содержится не менее 1×10КОЕ (колониеобразующих единиц) молочнокислых бактерий и 1×10 КОЕ дрожжей. Коровам, содержащимся в условиях техногенных агроэкосистем, задают с кормом 2,7-3,3%-ный раствор хитозана с молекулярной массой 38 кДа и степенью деацетилирования 85% из расчета 1,8-2,2 мл/кг массы тела животного и пробиотик «ЭМ-Вита» из расчета 18-22 мл на животное, препараты применяют один раз в сутки в течение трех 9-11-дневных курсов с интервалом 6-8 дней.
Пробиотик «ЭМ-Вита» нормализует микрофлору рубца животных, способствуя улучшению перевариваемости корма, повышает иммунитет, репродуктивную способность и качество получаемой продукции, улучшает внешний вид, здоровье животных. Входящие в состав микроорганизмы обладают антагонистическим действием против простейших патогенных микроорганизмов и гнилостной микрофлоры.
Хитозан - биополимер полисахаридной природы, выделяемый из панцирей ракообразных. Основными характеристиками хитозана являются степень ацетилирования, молекулярная масса и физическое состояние. Водорастворимая низкомолекулярная форма хитозана оказывает влияние на ряд неспецифических процессов, характерных для ответа организма на любое неблагоприятное воздействие.
Хитозан обладает адсорбционными, пленкообразующими, противовоспалительными, бактериостатическими и антацидными свойствами. Очевидно, что эти функции хитозан выполняет за счет быстроусваиваемой фракции при пероральном применении - смеси мономера и его димера. Кроме того, хитозан водорастворимый обладает широким спектром антимикробной активности, в том числе по отношению к патогенной микрофлоре, и способен стимулировать рост бифидобактерий и лактобактерий, что позволяет применять его в комплексе с пробиотическими препаратами.
Важно отметить, что адсорбционные, хелато- и комплексообразующие свойства водорастворимой низкомолекулярной формы хитозана существенно усиливаются по сравнению с применением кислоторастворимой формы хитозана.
Биосовместимость, биодоступность, нетоксичность, селективность по отношению к химическим элементам и широкий спектр действия хитозана определяют его соответствие современным требованиям и тенденциям производства экологически безопасных продуктов. Разработка и внедрение подобных средств в молочное животноводство актуально не только для улучшения качественных и количественных характеристик конечной продукции - молока, но и сохранения оптимального уровня показателей здоровья животных. Включение подобных препаратов в программу на различных этапах реализации позволяет существенно повысить ее эффективность.
Все вышеперечисленное послужило основанием для изучения влияния хитозана водорастворимого с молекулярной массой 38 кДа и степенью деацетилирования 85% в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита» на снижение содержания тяжелых металлов в молоке коров.
Пример выполнения. Для реализации предлагаемого способа был проведен эксперимент на базе ООО «Заозерный» Варненского района Челябинской области. Опыт проводили на коровах черно-пестрой породы, подобранных по принципу аналогов, живой массой 450-500 кг, 3 лактации. По принципу аналогов коров разделили на 3 группы по 30 голов в каждой. Кормление и уход за животными были аналогичными.
Качество животноводческой продукции во многом зависит от особенностей биотического круговорота в агроэкосфере и геохимии аграрных ландшафтов. Геохимическая обстановка, сформировавшаяся в аграрных ландшафтах, влияет на условия минерального питания растений, а через трофические цепи - на состояние животных и человека. В связи с этим была изучена степень загрязненности звеньев трофической цепи тяжелыми металлами ООО «Заозерный» Варненского района Челябинской области. Объектами исследований служили почва пахотного слоя, вода и корма, произведенные на территории ООО «Заозерный» Варненского района Челябинской области.
Данные, представленные в таблице 1, показали, что в почвах исследуемой агроэкосистемы содержание железа и меди превышает ПДК на 44,08% и 26,60%. Концентрация экотоксикантов - никеля, свинца и кадмия в почвах ООО «Заозерный» оказалась выше ПДК на 14,41; 16,95 и 29,87%, соответственно по элементам.
Исследование водоисточников ООО «Заозерный» (естественный водоем) на содержание тяжелых металлов показало, что основными токсикоэлементами, загрязняющими воду, являются никель, свинец и кадмий.
В растительных кормах установлено высокое содержание кадмия, превышающее МДУ почти в 2,0 раза. Высокие концентрации никеля в почвах хозяйства также способствуют его интенсивному накоплению в растительных кормах, где концентрация металла превышает МДУ на 25,33%.
Проведенные исследования показали, что объекты окружающей среды (почва, вода и растительные корма) хозяйства содержат высокий уровень железа, меди и токсикоэлементов - никеля, свинца и кадмия, что приводит к аномальному содержанию их в кормовом рационе, а в последующем оказывает негативное влияние на качество молока коров, содержащихся в условиях техногенной агроэкосистемы.
В ходе эксперимента I группа животных служила контролем, по ней судили о содержании минеральных элементов в крови и молоке коров, содержащихся в условиях техногенных агроэкосистем.
Коровам II группы задавали с кормом 3%-ный раствор хитозана водорастворимого с молекулярной массой 38 кДа и степенью деацетилирования 85% из расчета 2 мл/кг массы тела животного и пробиотик «ЭМ-Вита» из расчета 20 мл на животное, препараты применяют один раз в сутки в течение трех 10-дневных курсов с интервалом 7 дней.
Коровам III группы задавали хитозан кислоторастворимый с молекулярной массой 250 кДа и степенью деацетилирования 88% из расчета 60 мг/кг массы тела животного 2 раза в день в течение 5 дней. Повторное применение осуществляли через 5 дней.
Кровь для исследований брали перед опытом, а затем на 20, 40 и 60 дни с момента применения препаратов. Содержание минеральных элементов в молоке коров проводили в те же сроки.
Результаты исследований, представленные в таблице 2, показали, что уровень железа в крови коров контрольной группы животных в течение всего опытного периода изменяется незначительно и достоверных различий с исходными значениями не имеет.
В то время, как на фоне применения хитозана водорастворимого в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита» отмечается тенденция к снижению этого показателя. Так, на 40 день исследований уровень железа в крови составил 24,12±1,28 мкмоль/л, что на 24,98% ниже, по сравнению с исходным уровнем и на 21,81% - относительно коров контрольной группы (в прототипе - на 12,62% и 12,25%, соответственно). К 60 дню снижение концентрации железа было наивысшим и составило 45,10% и 44,79% (в прототипе - 37,86% и 34,63%).
Необходимо отметить, что на 20 день опыта снижение уровня железа в крови коров (II группа), получавших хитозан водорастворимый в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита», было незначительным и составило 10,41%. Вероятно, это связано с ответной реакцией организма на действие препаратов, направленной на защиту клеток от возможного дополнительного токсического действия свободных ионов железа путем связывания их в прочные комплексы с белками.
Аналогичная закономерность отмечается и по меди. Так, в крови коров контрольной группы концентрация меди находилась в пределах от 19,73±0,89 мкмоль/л до 20,46±0,87 мкмоль/л. В группе коров, получавших хитозан водорастворимый в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита», происходит достоверное снижение концентрации меди на 14,30% (40 день) и 36,06% (60 день) (в прототипе - на 9,18% и 24,14% соответственно на 40 и 60 дни исследований).
Противоположная тенденция характерна для цинка - элемента, ответственного за иммунную систему, уровень содержания, которого в крови коров II опытной группы достоверно увеличивался на 40 (35,12%) и 60 (39,88%) дни исследований по отношению к исходному уровню (в прототипе - 18,09% и 31,77%, соответственно). У коров контрольной группы увеличение уровня цинка составило 35,54% и 41,39%, соответственно на 30 и 60 дни (в прототипе -16,00% и 30,38%). Повышение концентрации цинка к концу периода наблюдений может быть обусловлено снижением в крови уровня никеля и образованием цинк-тионина, что является положительным моментом в ходе коррекции хитозаном водорастворимым в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита» при хронических поступлениях в организм коров солей тяжелых металлов, так как синтез цинк-тионинов предшествует и является обязательным для синтеза ДНК при регенерации печени.
При совместном применении препаратов (хитозан водорастворимый и «ЭМ-Вита») концентрация никеля в крови коров при исходном уровне 11,33±0,50 мкмоль/л на 40 день опыта снижается до 9,88±0,41 мкмоль/л (в прототипе - 10,34±0,46 мкмоль/л) и 3,46±0,12 - на 60 день (в прототипе - 7,53±0,22 мкмоль/л). У коров контрольной группы концентрация никеля в крови находилась в пределах от 11,56±0,43 мкмоль/л до 14,02±0,69 мкмоль/л.
Очень высокие адгезионные свойства хитозан водорастворимый в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита», проявляют по отношению к свинцу и кадмию - элементу с антиметаболической функцией. Как показывают данные таблицы 2, содержание свинца у коров II группы на 20 день опыта возрастает относительно фоновых значений на 18,14% (в прототипе - 4,66%). Однако, к 40 и 60 дням исследований отмечается достоверное снижение концентрации свинца по сравнению с исходным уровнем на 31,86% (в прототипе - 26,69%) и 62,25% (в прототипе - 55,50%), соответственно по дням. По-видимому, на эффективную элиминацию свинца в кровь оказало влияние равномерное повышение в организме коров уровня содержания цинка, являющегося физиологическим антагонистом свинца.
Кровь теряет большую часть кадмия достаточно длительное время, что подтверждается резким снижением его в крови только на 60 день до 0,28±0,01 мкмоль/л при исходном уровне 0,66±0,03 мкмоль/л (в прототипе - до 0,47±0,02 мкмоль/л при фоновом значении 0,59±0,02 мкмоль/л). В контрольной группе коров концентрация кадмия во все сроки исследований, в среднем, составила 0,58±0,02 мкмоль/л.
Анализ полученных результатов доказал значительное влияние комбинированного применения хитозана водорастворимого и пробиотика «ЭМ-Вита» на минеральный состав молока коров (таблица 3).
К концу опыта (60 день) под влиянием хитозана водорастворимого в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита» содержание железа в молоке коров снижается, по сравнению с фоном, на 17,27% (в прототипе - 14,30%).
На 40 и 60 дни исследований происходит и снижение уровня меди в молоке коров II опытной группы на 18,00% и 22,94% (в прототипе - на 15,05% и 18,74%, соответственно по дням исследований).
Уровень цинка в молоке коров II опытной группы достоверно повышался к концу опыта на 21,78% (в прототипе - на 10,08%).
По отношению к токсикоэлементам - никелю, свинцу и кадмию совместное применение хитозана водорастворимого и пробиотика проявилось высокими адгезионными свойствами. Достоверное снижение уровня указанных элементов наблюдается на 40 и 60 дни исследований. Концентрация никеля у коров II группы оказалась ниже исходного уровня в 2,08 и 5,33 раза (в прототипе - 1,81 и 4,04 раза); свинца - 1,79 и 4,22 раза (в прототипе - 1,15 и 3,21 раза); кадмия - 2,17 и 5,50 раза (в прототипе - 1,58 и 3,67 раза), соответственно на 40- и 60 дни исследований. В контрольной группе коров содержание никеля, свинца и кадмия, наоборот, продолжает увеличиваться, по сравнению с фоновым значением.
На фоне снижения в молоке коров II группы (хитозан водорастворимый + «ЭМ-Вита») железа, меди, никеля, свинца и кадмия и повышения уровня цинка происходит улучшение качественных характеристик молока - содержания общего белка, казеина, жира, лактозы и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО). В молоке коров II опытной группы содержание общего белка увеличивается на 17,24% (40 день) и 22,76% (60 день) (в прототипе - на 12,45% и 18,02%, соответственно на 40 и 60 дни опыта). В молоке коров контрольной группы этот показатель достоверно не изменяется.
Концентрация основного белка молока - казеина, являющегося показателем питательной ценности молока, повышается к концу опыта у коров II группы на 31,44%, по сравнению с фоном (в прототипе - 21,55%). При этом уровень содержания казеина в молоке коров контрольной группы увеличивается незначительно и не имеет достоверных различий с исходными показателями.
Применение препаратов оказало влияние на содержание жира в молоке опытных коров. Наиболее значительное увеличение (на 11,83% и 17,46%, соответственно на 40 и 60 день опыта) содержания жира в молоке коров отмечено при применении хитозана водорастворимого в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита» (в прототипе увеличение содержания жира в молоке коров составило 9,06% и 11,04%, соответственно).
Одновременно с увеличением содержания жира в молоке наблюдается тенденция к увеличению концентрации сухого обезжиренного молочного остатка. Так, уровень СОМО в молоке коров II опытной группы при исходном уровне 8,25±0,14% к 40 и 60 дням исследований увеличивается на 6,54% (в прототипе - на 4,86% и 5,22%, соответственно).
Полученные результаты и выявленные закономерности свидетельствуют, что применение хитозана водорастворимого в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита» в условиях техногенных агроэкосистем существенно снижает в крови и молоке содержание тяжелых металлов (никеля, свинца и кадмия), способствует сбалансированности таких микроэлементов как цинк и медь; увеличивает концентрацию общего белка, казеина, жира, лактозы и СОМО.
Таким образом, преимущество заявленного способа, по сравнению с прототипом, позволяет рекомендовать хитозан водорастворимый с молекулярной массой 38 кДа и степенью деацетилирования 85% из расчета 1,8-2,2 мл/кг массы тела животного и пробиотик «ЭМ-Вита» из расчета 18-22 мл на животное один раз в сутки в течение трех 9-11-дневных курсов с интервалом 6-8 дней к применению в животноводстве для снижения содержания тяжелых металлов в молоке коров.
При внедрении хитозана водорастворимого в сочетании с пробиотиком «ЭМ-Вита» в технологию животноводства экономическая эффективность составляет 5,22 рубля на один рубль затрат.
Литература
1. Веротченко, М.А. Система мероприятий по снижению содержания тяжелых металлов в трофической цепи для сельскохозяйственных предприятий в зонах техногенного загрязнения / М.А. Веротченко, Л.С. Гимадеева, И.В. Гусев и др. // Рекомендации ВИЖ. Дубровицы. - 2010. - 43 с.
2. Патент на изобретение РФ №23002109 «Способ снижения уровня никеля и свинца в крови и молоке коров техногенной провинции», 2007 (Гертман A.M.).
3. Ахметзянова, Ф.К. Эффективность снижения поступления тяжелых металлов из кормов в молоко при включении в рационы коров сорбентов / Р.Г. Ильязов, Ф.К. Ахметзянова, М.И. Гилемханов // Ученые записки Казанской ГАВМ. - Том 191. - Казань, 2008. - С. 100-109.
4. Таирова, А.Р. Обеспечение экологической безопасности продукции животноводства препаратами хитин/хитозан / А.Р. Таирова, Л.Г. Мухамедьярова / М-лы науч.-практ. конф. «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях», М., - 2009. - С. 342-345.