СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ ИЗ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ
METHOD OF PRODUCING FEED ADDITIVE FROM GRAIN RAW MATERIAL

Изобретение относится к способам получения кормовой добавки из зерна злаковых (пшеницы, ржи, ячменя) и может быть использовано в микробиологической промышленности и сельском хозяйстве.
Известен способ получения кормового сахара для сельскохозяйственных животных, включающий размол зернового злакового сырья, смешивание исходного сырья с водой, ферментацию с нагреванием до 60°С последовательно с препаратами ксиланазы ГЗх, амилосубтилина ГЗх, глюкаваморина ГЗх, фильтрацию гидролизата, упаривание и высушивание (Патент РФ №2270578, МПК А23К 1/14, опубл. 20.05.2005 г.). Причем смешивание сырья с водой проводят до гидромодуля 4:1, а ферментацию ведут в три стадии. На первой стадии ферментации вносят ксиланазу ГЗх в количестве 0,1% от массы сухого исходного вещества до расщепления 90% пентозанов. Время ферментации составляет 4 ч. На второй стадии добавляют амилосубтилин ГЗх в количестве 0,2% от массы сухого исходного вещества до расщепления 90% крахмала. Время второй стадии составляет 8 ч. На третьей стадии добавляют глюкаваморин ГЗх в количестве 0,2% от массы сухого исходного вещества для накопления 90% моносахаридов. Время третьей стадии составляет 8 ч. Продукт фильтруют с получением негидролизованного остатка - 15-20% от массы сухого исходного сырья, выпаривают очищенный гидролизат до влажности 45-50% и высушивают.
Известен другой способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья, предусматривающий приготовление суспензии исходного сырья путем смешивания его с водой, разжижение суспензии в процессе нагревания и ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье (Патент РФ №2285725, МПК С13К 1/04, опубл. 20.10.2006 г.). Воду перед приготовлением суспензии подвергают активации в роторно-пульсационном аппарате в течение 5-15 мин и приготовление суспензии, ее разжижение и ферментативный гидролиз крахмала проводят в этом же аппарате, при этом процесс разжижения осуществляют при температуре 50-75°С. Гидролиз крахмала проводят при температуре 55-67°С до заданного углеводного состава с получением готового продукта. При использовании зерна пшеницы ферментативный гидролиз крахмала проводят амилосубтилином активностью ЕА=1000 ед. в количестве 5 г на 30 кг зерна и затем глюкаваморином активностью ЕА=3000 ед. в количестве 5,5 г на 30 кг зерна при температуре 55-57°С.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ получения обогащенного сахарами кормового продукта на зерновом сырье, предусматривающий измельчение исходного сырья, добавление воды, гидролиз с последующим выделением готового продукта, концентрированием и сушкой (патент РФ №2083130, МПК A23J 1/12, опубл. 10.07.1997 г.). В качестве исходного сырья используют дробленое зерно или отруби, или муку, после добавления воды сырье осахаривают собственными ферментами, нагревают до 60-70°С, кислотный гидролиз ведут при рН 1-3 и температуре 60-70°С в течение 1-1,5 ч, а ферментативный гидролиз проводят композицией ферментов: амилосубтилином, глюкаваморином и протеазой, перед концентрированием гидролизат нейтрализуют до рН 6 7,5, концентрирование ведут выпаркой, а перед сушкой вводят дополнительно минеральные компоненты.
Недостатком вышеприведенных аналогов, в том числе и прототипа, является то, что тяжелые металлы, например Zn, Cd, Сu, Fe и др., содержащиеся как в воде, так и в исходном сырье, попадают в корма или кормовые добавки для животных при их приготовлении, а затем, в конечном итоге, к человеку через продукты питания животного происхождения.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение связывания в кормовой добавке тяжелых металлов неусвояемыми сорбционными компонентами, которые при употреблении кормовых добавок животными выводятся из их организма вместе с тяжелыми металлами.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения кормовой добавки из зернового сырья включает смешивание с водой перловой, или овсяной, или гречневой крупы, выдерживание при постоянном перемешивании в течение 1÷1,5 часов для набухания крупы, введение в полученную суспензию зерна злаковых при соотношении крупы и зерна от 1:9 до 1:25 и соотношении смеси сырья и воды от 1:8 до 1:15, разжижение крахмала путем выдерживания суспензии смеси перловой, или овсяной, или гречневой крупы и зерна в течение 1 или 1,5 или 2 часов, введение ферментов в суспензию и ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье, причем ферментативный гидролиз осуществляют при температуре +40, или +45, или +50°С, а полученный гидролизат концентрируют путем выпаривания воды и сушат, например в распылительной сушилке.
В качестве ферментов используют амилосубтилин и глюкаваморин.
Описание способа получения кормовой добавки из зернового сырья
Вначале воду нагревают до температуры от +40 до +75°С, затем вводят перловую, или овсяную, или гречневую крупу и выдерживают при постоянном перемешивании в течение от 1 до 1,5 часов для набухания крупы. В полученную суспензию вводят предварительно измельченное зерно (пшеницы или ячменя или ржи) при соотношении крупы и зерна злаковых от 1:9 до 1:25 и соотношении смеси сырья и воды от 1:8 до 1:15. Полученную смесь крупы и измельченного зерна в виде суспензии выдерживают в течение от 1 до 2 часов при температуре в диапазоне от +40 до +75°С, для разжижения крахмала и связывания тяжелых металлов крупой-детоксикантом. Далее в суспензию при температуре от +40 до +50°С вводят ферменты и проводят ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье. В качестве ферментов используют амилосубтилин в количестве от 1,0 до 1,5 г на 1 кг сырья с активностью 1500 ЕА в 1 г и глюкаваморин в количестве от 0,7 до 1,0 г на 1 кг сырья с активностью 5000 ЕА в 1 г. Процесс осуществляется в одном и том же агрегате-ферментере в течение от 2 до 4 часов и прекращается после достижения требуемой концентрации сахаров. Далее полученный гидролизат перекачивают в сушилку, где концентрируют до влажности от 45% до 50% путем щадящего выпаривания при температуре от +55 до +60°С. После чего концентрат перемещают, например в распылительную сушилку, и сушат до влажности конечного продукта 14%.
Абсорбирующие свойства круп подтверждаются экспериментальными исследованиями. Механизм абсорбции заключается в высокой удерживающей способностью тяжелых металлов, в частности: Pb, Сu, Fe, Cd и др., целлюлозной матрицей продукта за счет хемосорбции.
Абсорбирующие свойства круп к разным металлам различны. В таблице 1 приведены данные по абсорбирующим способностям круп в отношении широко распространенных в природе металлов-загрязнителей. Наиболее универсальным продуктом является овсяная крупа.
Концентрация крупы в суспензии, в составе которой находятся тяжелые и другие металлы, не превышает 10% из соображения удорожания конечного продукта и рассчитывается в зависимости от содержания в исходных растворах - как в воде, так и зерновом сырье металлов-загрязнителей, абсорбентных свойств целлюлозной матрицы круп и зернового сырья, участвующего в технологическом процессе гидролиза крахмалосодержащего сырья.
Время замачивания круп от 1 до 1,5 часа при температуре от +40 до +75°С обусловлено тем, что крупа в этих условиях при постоянном перемещении достаточно хорошо разбухает и обрабатывается весь объем воды. При добавке основного зернового сырья содержащиеся в нем металлы, при разжижении крахмала, так же абсорбируются целлюлозной матрицей. Крахмал, входящий в состав круп, после ферментного гидролиза расщепляется на моносахара и создает дополнительный объем сахаров в этом растворе.
В связи с тем, что многие металлы являются ингибиторами, мешающими проводить ферментативный гидролиз зерна злаковых в ферментере-гомогенизаторе для получения сахаросодержащего корма, что естественно уменьшает выход сахаров при переработке зернового сырья в углеводную кормовую добавку. При применении круп происходит оптимальный гидролиз зернового сырья, до 100% перерабатывается крахмал в сахара.
Таблица 1
Данные по связыванию тяжелых металлов зерновыми крупами
№ п./п.
Наименование крупы
Количество связанных металлов мг/г крупы
Cu
Fe
Pb
1
перловая
1,02
-
16,1
2
гречневая
0,62
-
15,1
3
овсяная
1,32
2,42
16,3
Ниже приведены примеры 1, 2 и 3 конкретного выполнения способа.
Пример 1. Вначале смешивают с предварительно нагретой водой объемом 120 л до +70°С перловую крупу в количестве 1,5 кг и выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1 часа для набухания крупы. В полученную суспензию вводят предварительно измельченное зерно пшеницы в количестве 13,5 кг при соотношении крупы и измельченного зерна пшеницы 1:9 и соотношении смеси сырья и воды 1:8. Полученную смесь в виде суспензии выдерживают в течение 1,5 часа при температуре +70°С для разжижения крахмала и связывания тяжелых металлов перловой крупой-детоксикантом. Далее после снижения температуры суспензии до
+50°С вводят ферменты и проводят ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье. В качестве ферментов используют амилосубтилин в количестве 15 г на 15 кг полученной смеси сырья с активностью 1500 ЕА в 1 г и глюкаваморин в количестве 10,5 г на 15 кг смеси сырья с активностью 5000 ЕА в 1 г. Процесс осуществляется в одном и том же агрегате-ферментере в течение 2 часов при поддержании температуры +50°С. Далее полученный гидролизат перекачивают в сушилку, где концентрируют до влажности 50% путем щадящего выпаривания при температуре +55°С. После чего концентрат перемещают, например в распылительную сушилку, и сушат до влажности конечного продукта 14%.
Пример 2. Вначале смешивают с предварительно нагретой водой объемом 160 л до +40°С овсяную крупу в количестве 1 кг и выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1 часа 15 минут для набухания крупы. В полученную суспензию вводят предварительно измельченное зерно ячменя в количестве 15 кг при соотношении крупы и измельченного зерна ячменя 1:15 и соотношении смеси сырья и воды 1:10. Полученную смесь в виде суспензии выдерживают в течение 1 часа при температуре +40°С для разжижения крахмала и связывания тяжелых металлов овсяной крупой-детоксикантом. Далее в суспензию вводят ферменты при той же температуре и проводят ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье. В качестве ферментов используют амилосубтилин в количестве 20,8 г на 16 кг сырья с активностью 1500 ЕА в 1 г и глюкаваморин в количестве 14,4 г на 16 кг сырья с активностью 5000 ЕА в 1 г. Процесс осуществляется в одном и том же агрегате-ферментере в течение 2,5 часа, при поддержании температуры +40°С. Затем полученный гидролизат перекачивают в сушилку, где концентрируют до влажности 48% путем щадящего выпаривания при температуре от +59°С. После чего концентрат перемещают, например в распылительную сушилку, и сушат до влажности конечного продукта 14%.
Пример 3. Вначале смешивают с предварительно нагретой водой объемом 195 л до +75°С гречневую крупу в количестве 0,5 кг и выдерживают при постоянном перемешивании в течение 1,5 часа для набухания крупы. В полученную суспензию вводят предварительно измельченное зерно ржи в количестве 12,5 кг при соотношении гречневой крупы и измельченного зерна ржи 1:25 и соотношении смеси сырья и воды 1:15. Полученную смесь в виде суспензии выдерживают в течение 2 часов при температуре +75°С для разжижения крахмала и связывания тяжелых металлов гречневой крупой-детоксикантом. Далее после снижения температуры суспензии до +45°С вводят ферменты и проводят ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье. В качестве ферментов используют амилосубтилин в количестве 19,5 г на 13 кг сырья с активностью 1500 ЕА в 1 г и глюкаваморин в количестве 13,0 г на 13 кг сырья с активностью 5000 ЕА в 1 г. Процесс осуществляется в одном и том же агрегате-ферментере в течение 4 часов, при поддержании температуры +45°С. Далее полученный гидролизат перекачивают в сушилку, где концентрируют до влажности 50% путем щадящего выпаривания при температуре +60°С. После чего концентрат перемещают, например в распылительную сушилку, и сушат до влажности конечного продукта 14%.
Полученная по заявляемому способу кормовая добавка из зернового сырья представляет собой однородный порошок от светло-желтого до темно-коричневого цвета влажностью 14%. Ее состав, а также содержание металлов, витаминов и аминокислот, представлены в таблицах 2, 3, 4.
Таблица 2
Состав заявляемой кормовой добавки
Показатель
Содержание в 1 кг добавки
сухое вещество, г
846,6
кормовые единицы
1,15
обменная энергия, МДж
11,35
сырой протеин, г
130,2
сырая клетчатка, г
50,8
переваримый протеин, г
114,5
жир, г
12,4
БЭВ, г,
629,4
в том числе сахар, г
309,0
Таблица 3
Результаты химического анализа заявляемой кормовой добавки на содержание металлов и витаминов
Наименование показателей
Единицы измерения
Результаты испытаний
НД на методы испытаний
кальций
мг/кг
1066,0±400,0
ГОСТ 26570
железо
мг/кг
379,2±92,9
ГОСТ 27998
магний
мг/кг
1894,3±306,2
ГОСТ 30502
цинк
мг/кг
32,1±6,7
ГОСТ 30692
медь
мг/кг
4,7±1,1
ГОСТ 30692
марганец
мг/кг
39,5±9,5
ГОСТ 27997
витамин D<sub>3</sub>
МЕ/кг
Менее 5
ГОСТ Р 50928
витамин Е
МЕ/кг
Менее 10
ГОСТ Р 50928
витамин В<sub>5</sub>
г/т
Менее 10
ГОСТ Р 50929
витамин В<sub>6</sub>
г/т
Менее 10
ГОСТ Р 50929
Таблица 4
Результаты химического анализа заявляемой кормовой добавки на содержание аминокислот
№п./п.
Аминокислота
От сухого вещества, %
1
аспарагин
0,53
2
треонин
0,58
3
серин
0,45
4
глутамин
3,13
5
пролин
0,90
6
глицин
0,56
7
аланин
0,45
8
валин
0,46
9
метионин
0,22
10
изолейцин
0,61
11
лейцин
1,05
12
тирозин
0,36
13
фенилаланин
0,67
14
гистидин
0,21
15
лизин
0,40
16
аргинин
0,58
Пример 4. Использование заявляемой кормовой добавки в рационе телят в ЗАО Племзавод «Ирмень», Новосибирская область, 2010 г.
В качестве экспериментальной группы было взято 20 животных (10 бычков и 10 телочек) черно-пестрой породы Ирменского типа в возрасте 1 месяц и 10 животных (по 5 телочек и бычков) в контрольной группе. Все животные находились в общем телятнике, в обычной производственной обстановке, в индивидуальных клетках. Основной рацион телят состоял из: 6 л цельного молока для телочек или 6 л ЗЦМ для бычков, 1,5 кг смеси дробленого зерна овса, пшеницы, ячменя с добавкой 5 г соевого шрота и 5 г подсолнечного жмыха, сенаж и сено - вволю.
Экспериментальной группе дополнительно к основному рациону в течение 51 дня (с месячного возраста до перевода в общую группу) давали сухую углеводную кормовую добавку, полученную по заявляемой технологии, по следующей схеме:
с 1-го по 3-й день - 50 г,
с 4-го по 6-й день - 100 г,
с 7-го по 27-й день -150 г,
с 28-го по 41-й день - 200 г,
с 42-го по 51-й день - 250 г.
Первые 6 дней кормления добавкой были адаптационные. Далее добавка давалась из расчета 3 г на 1 кг живого веса с периодической корректировкой в зависимости от набранного веса и поедаемости. Добавка вносилась в ведерко с зерновой смесью один раз в день.
В начале и в конце эксперимента были взяты пробы крови для биохимического анализа.
В результате эксперимента были получены следующие данные:
1. В течение эксперимента расстройств ЖКТ и респираторных заболеваний не регистрировалось.
2. Средний суточный прирост живой массы животных с рождения до перевода в общую группу в экспериментальной группе составил 544 г у бычков и 696 г у телочек; у контрольной группы животных - 467 г у бычков и 615 г у телочек. Дополнительный суточный прирост живой массы у экспериментальной группы животных составил 77 г (16,48%) - у бычков и 81 г (13,17%) - у телочек.
3. Результаты биохимического анализа сыворотки крови показали нормализацию ее электролитного состава у группы экспериментальных животных, а также увеличение содержания глюкозы с 0,5 ммоль/л до 2,1 ммоль/л у телочек и 1,7 ммоль/л у бычков. У контрольной группы животных электролитный состав крови остался без изменений, содержание глюкозы увеличилось с 0,5 ммоль/л лишь до 0,9 ммоль/л (при норме 2,3-4,1 ммоль/л).
4. Использование сухой углеводной добавки позволило получить дополнительный привес у телочек 64,96 кг и 62,44 кг - у бычков, что, в общем, составило 127,4 кг. Общий расход кормовой добавки за период кормления составил 175 кг. При цене 1 кг живого веса телят 100 руб./кг стоимость дополнительный полученной продукции составила 12740 руб. При цене сухой углеводной кормовой добавки 15 руб./кг дополнительные затраты составили 2625 руб. Т.е. на 1 рубль, вложенный в кормовую добавку, было получено на 4,85 рубля дополнительной продукции.
Поскольку клетчатка (целлюлозная матрица) практически не участвует в пищеварении моногастричных животных и птицы, а также молодняка жвачных из-за не развитого рубцового пищеварения в молочный период выращивания, то она выводится естественным путем вместе с тяжелыми металлами из организма. Таким образом, кормовая добавка, полученная по заявляемому способу, может эффективно применяться в кормлении моногастричных животных, а также молодняка жвачных.
У животных, получающих в рационе сахаросодержащую кормовую добавку, производимую по заявляемой технологии, снижается содержание тяжелых металлов в организме, что обеспечивает получение экологически чистых пищевых продуктов, производимых из биологического сырья этих животных.