Способ повышения доступности труднорасщепляемых углеводов в рубце жвачных
METHOD FOR INCREASING THE AVAILABILITY OF HARD-TO-SPLIT CARBOHYDRATES IN THE RUMEN

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для получения кормового продукта из отходов маслоэкстракционного производства подсолнечниковой лузги для жвачных животных. Предлагаемый способ заключается в измельчении подсолнечниковой лузги до 1 мм и ультразвуковой обработке (27 кГц) в гидромодуле при 20°С, в течении 15 минут с добавлением малых молекул для повышения доступности питательных компонентов кормов и улучшения ферментативных процессов в рубце.
С увеличением использования возобновляемых ресурсов в качестве продовольствия и непродовольственных товаров значительно увеличивается количество побочных продуктов и отходов агропромышленного комплекса. К которым относится лузга подсолнечника, которая на 40% состоит из лигноцеллюлозного волокна [1]. Благодаря развитию ряда наук открываются все новые возможности использования лузги подсолнечника. В исследовании (Gluba L. et al., 2021), говориться об использовании лузги подсолнечника, как биоугля, что улучшает физические, химические и гидрологические свойства почвы [2]. В другом исследовании (Rouilly А. et al., 2006) авторы отмечают о способности лузги подсолнечника подвергнутой экструзии для использования в качестве строительного материала [3].
При введении необработанной лузги в рацион свиней установлено достоверное увеличение содержание азота в фекалиях [4].
Необработанная лузга подсолнечника достаточно трудноперевариваемый корм, поэтому необходима предварительная подготовка данного продукта и включение дополнительных биологически активных веществ для использования в качестве кормового средства животным. Известен способ (RU 2667784) приготовления корма для животных на основе лузги подсолнечника [5]. Способ характеризуется тем, что лузгу подсолнечника измельчают до 1 мм и направляют в фильтровальный агрегат технологического процесса получения масла подсолнечного для получения фильтровальной массы нормативной степени насыщенности, затем массу извлекают из фильтра и загружают в реактор активации для деструкции строения лузги подсолнечника до степени легкоусваиваемой клетчатки для животных. Полученную массу смешивают со шротом подсолнечника и белково-витаминно-минеральной добавкой и формуют вакуумированием с получением готовой продукции. Исходные компоненты берут в определенном соотношении. Использование изобретения позволит получить продукт с высокими качественными показателями. Получение кормового продукта (RU 2120765) из твердых отходов маслобойного производства (подсолнечниковой лузги) для жвачных животных способствует повышению питательности используемых отходов [6]. Предлагаемый способ утилизации заключается в термообработке лузги с добавлением аммиака в количестве 1-2% от массы лузги при 65-75°C в течение 18-20 ч.
Полифенольные соединения растительного происхождения обладают большим количеством биологических и фармакологических свойств [7]. Сообщалось, что несколько природных соединений кумарина, включая скополетин (7 гидрокси-6 метоксикумарин) растительного происхождения, обладают противораковым действием. Было также показано, что родственный, но химически синтезированный кумарин, 4-метил-7-гидроксикумарин, обладает аналогичными противораковыми потенциалами [8]. В исследовании (Popp D. et al., 2015) была произведена оценка воздействия растений богатых кумарином на ферментативные процессы с образованием биогаза и адаптацию микроорганизмов на модели анаэробного реактора с непрерывным перемешиванием [9].
Проведены исследования по определению воздействия кверцетина на течение ферментативных процессов в рубце и установление его антимикробного воздействия [10]. Так авторы установили, что общее производство газа и метана in vitro не было снижено добавлением кверцетина. Также добавление кверцетина не влияло ни на общую концентрацию, ни на молярное соотношение летучих жирных кислот в рубцовой жидкости. Что касается потенциальных оздоровительных эффектов кверцетина, то его применение у коров, особенно в форме более доступного рутина, не сопровождается негативным воздействием на ферментацию в рубце.
Сущность предлагаемого нами способа - приготовление корма для жвачных животных на основе лузги подсолнечника с добавлением малых молекул с целью повышения доступности питательных компонентов рациона в рубце жвачных животных методом предварительной механофизической обработки.
Поставленная задача достигается тем, что в образец корма, представленный измельченной лузгой подсолнечника (механическое измельчение + вода + ультразвуковая обработка (УЗО) при 20°С, 15 минут, 27 кГц) вводят гамма-окталактон, 7-гидроксикумарин и кверцетин дигидрат, в качестве контроля - подсолнечная лузга, подвергнутая механическому измельчению + вода + УЗО при 20°С, 15 минут, 27 кГц (таблица 1).
9
6
3
15
10
7
2
Для изучения использовали: Гамма-окталактон, 97%, Sigma-Aldrich (USA), Кумарин - IUPAC (7-гидроксикумарин), молекулярная формула: CHO, Молярная масса: 162.144 г/моль; CAS: 93-35-6, 1391-97-5 (Acros Organic, Belgium); кверцетин дигидрат, 95 % AL33795-1, молекулярная формула: CHO * 2 HO, Молярная масса: 338,3 г/моль; CAS: 6151-25-3. Исследуемые вещества вносили непосредственно в рубцовую жидкость, предварительно диспергировали в буферном растворе с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН-2 («НПП Академприбор», Россия) (35 кГц, 300 Вт, 10 мкА, 30 мин).
Объектом исследования является рубцовое содержимое, полученное от бычков казахской белоголовой породы с хронической фистулой рубца, средней массой 220-225 кг, в возрасте 9-10 месяцев.
Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями российских нормативных актов (1987 г.; Приказ Минздрава СССР №755 от 12.08 1977 «О мерах по дальнейшему совершенствованию организационных форм работы с использованием экспериментальных животных») и «Guide for the Carre and Use of Laboratjry Animals» (National Academy Press, Washington, D.C., 1996). При проведении исследований были предприняты меры, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества исследованных опытных образцов.
Исследования переваримости сухого вещества (СВ) производили методом in vitro по специализированной методике. В качестве дисперсионной среды была выбрана дистиллированная вода.
После инкубирования производили отбор проб воздуха для определения уровня метана на приборе «Кристаллюкс-2000М» методом газовой хроматографии.
Лабораторные исследования проводили в Испытательном ЦКП ФНЦ БСТ РАН: уровень летучих жирных кислот (ЛЖК) в содержимом рубца определяли методом газовой хроматографии на хроматографе газовом «Кристаллюкс-4000М», определение форм азота по ГОСТ 26180-84.
Численные данные были обработаны с помощью программы SPSS «Statistics 20» («IBM», США), рассчитывали средние (М), среднеквадратичные отклонения (±σ), ошибки стандартного отклонения (±SE). Для сравнения вариантов использовали непараметрический метод анализа. Различия считали статистически значимыми при р≤0,05, р≤0,01, р≤0,001.
В ходе исследований in vitro установлено, что механическое измельчение (1 мм) + вода + УЗО при 20°С, 15 минут, 27 кГц (1 образец) способствовало переваримости СВ лузги подсолнечника на 40,2%. Дополнительное включение гамма окталактона при инкубировании повышало переваримость СВ на 2 % (р≤0,05), дополнительное введение кверцетина достоверно повышало переваримость на 3,1 % (р≤0,01), а гидроксикумарина на 4,3 % (р≤0,05) (таблица 2).
3
Концентрация всех обнаруженных летучих жирных кислот в контрольном образце была менее 1,0 мг/дм(таблица 3). Уровень ЛЖК максимально повышало введение гидроксикумарина, относительно контроля концентрация уксусной кислоты в рубцовой жидкости повышалась более чем на 99 % (р≤0,01), пропионовой на 98,6 % (р≤0,01), масляной на 96,4%, валерьяновой на 85,2 % и капроновой на 92 % (р≤0,05). Дополнительное введение гаммаокталактона и кверцетина относительно контроля повышало концентрацию ЛЖК, однако относительно кумарина данные показатели оказались значительно ниже.
Активность метаболических процессов в рубце оценивали также по количеству азотистых метаболитов в рубцовой жидкости. В опытных образцах относительно контроля отмечено повышение уровня общего, белкового и аммиачного азота (фигура 1). Включение кумарина способствовало увеличению общего азота на 44,4 %, белкового на 75,6 %, аммиачного на 58,8% относительно контроля.
4
На фоне повышения ферментативных процессов в рубце при дополнительном включении гидроксикумарина отмечено снижение образования уровня метана (таблица 4). Так в 4 образце концентрация СНбыла достоверно ниже относительно контроля на 10 % (р≤0,001), при этом следует отметить что гаммаокталактон и кверцетин напротив повышали концентрацию аммиака на 44,4 % и 67,7 % (р≤0,05) соответственно.
Таким образом, дополнительное включение малых молекул при использовании лузги подсолнечника, подвергнутой обработке (механическое измельчение + вода + УЗО при 20°С, 15 минут, 27 кГц), способствует увеличению переваримости СВ рациона, повышению уровня ЛЖК и азотистых метаболитов. Наилучший эффект изучаемых показателей отмечался в 4 образце, при дополнительном включении гидроксикумарина, поэтому использование данного кормового продукта при выращивании молодняка крупного рогатого скота является действенным способом повышения переваримости питательных компонентов корма, увеличению течения ферментативных процессов в рубце и позволит снизить выброс парниковых газов в атмосферу.
Источники информации
1. Geneau-Sbartaï C., Juliette Leyri J., Silvestre F., Rigal L. Sunflower cake as a natural composite: composition and plastic properties / J Agric Food Chem. 2008 Dec 10;56(23):11198-208. doi: 10.1021/jf8011536. DOI: 10.1021/jf8011536.
2. Gluba L., Rafalska-Przysucha A., Szewczak K., Łukowski M., Szlązak R., Vitková J., Kobyłecki R., Bis Z., Wichliński M., Zarzycki R., Kacprzak A., Usowicz B. Effect of Fine Size-Fractionated Sunflower Husk Biochar on Water Retention Properties of Arable Sandy Soil / Materials (Basel). 2021 Mar 10; 14(6):1335. doi: 10.3390/ma14061335.
3. Rouilly A., Orliac O., Silvestre F., Rigal L. New natural injection-moldable composite material from sunflower oil cake / Comparative Study Bioresour Technol. 2006 Mar;97(4):553-61. doi: 10.1016/j.biortech.2005.04.022. Epub 2005 Jun 14.
4. Mpendulo T., Chimonyo M., Ndou S.P., Bakare A.G. Fiber source and inclusion level affects characteristics of excreta from growing pigs / Asian-Australas J Anim Sci. 2018 May;31(5):755-762. doi: 10.5713/ajas.14.0611. Epub 2015 Feb 26.
5. Патент на изобретение RU №2667784 Корм для животных на основе лузги подсолнечника и способ его получения / О.В. Степанова, В.В. Степанов: опубликовано 24.09.2018, Бюл. №27.
6. Патент на изобретение RU №2120765 Способ утилизации подсолнечниковой лузги / Г.Г. Русакова, В.М. Дуборезов: опубликовано 27.10.1998.
7. Sarwar T., Rehman S. U., Husain M.A., Ishqi H.M., Tabish M. Interaction of coumarin with calf thymus DNA: deciphering the mode of binding by in vitro studies / Int J Biol Macromol. 2015 Feb; 73:9-16. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2014.10.017.
8. Bhattacharyya S., Paul S., De A., Das D., Samadder A., Boujedaini N., Khuda-Bukhsh A.R. Poly (lactide-co-glycolide) acid nanoencapsulation of a synthetic coumarin: cytotoxicity and bio-distribution in mice, in cancer cell line and interaction with calf thymus DNA as target / Epub 2014 Nov 11. Toxicol Appl Pharmacol. 2011 Jun 15;253(3):270-81. doi: 10.1016/j.taap.2011.04.010.
9. Popp D., Schrader S., Kleinsteuber S., Harms H., Sträuber H. Biogas production from coumarin-rich plants--inhibition by coumarin and recovery by adaptation of the bacterial community / Epub 2011 Apr 28. Soumya FEMS Microbiol Ecol. 2015 Sep; 91(9):fiv103. doi: 10.1093/femsec/fiv103. Epub 2015 Aug 30.
10. Berger L.M., Blank R., Zorn F., Wein S., Metges C.C., Wolffram S.J. Ruminal degradation of quercetin and its influence on fermentation in ruminants / Dairy Sci. 2015 Aug; 98(8):5688-98. doi: 10.3168/jds.2015-9633. Epub 2015 Jun 17.
Таблица 1
Качественный состав образцов
№ п/п
Качественный состав
1
Механическое измельчение + вода + УЗО при 20°С, 15 минут, 27 кГц
2
Механическое измельчение + вода + УЗО при 20°С, 15 минут, 27 кГц + гаммаокталактон в дозировке 0,25 мл
3
Механическое измельчение + вода + УЗО при 20°С, 15 минут, 27 кГц + кверцетин в дозировке 10,0 мг
4
Механическое измельчение + вода + УЗО при 20°С, 15 минут, 27 кГц + 7-гидроксикумарин в дозировке 2,0 мг
Таблица 2
Переваримость сухого вещества лузги подсолнечника in vitro, %
№п/п
Переваримость СВ, %
1
40,2±0,11
2
42,2±0,38*
3
43,3±0,19**
4
44,3±0,26*
Примечание: * - Р≤0,05; ** - Р≤0,01
Таблица 3
3
Концентрация летучих жирных кислот в рубцовой жидкости, мг/дм
№п/п
Летучие жирные кислоты, мг/дм<sup>3</sup>
Уксусная
Пропионовая
Масляная
Валерьяновая
Капроновая
1
менее 1,0
менее 1,0
менее 1,0
менее 1,0
менее 1,0
2
160,3±0,22
13,2±0,21
7,69±0,06*
3,72±0,06*
менее 1,0
3
124,3±0,14
11,9±0,08*
8,62±0,11
2,21±0,04*
10,6±0,1
4
358,8±0,08**
70,6±0,012**
27,9±0,14
6,68±0,11
12,3±0,08*
Примечание: * - Р≤0,05; ** - Р≤0,01
Таблица 4
4
Концентрация метана(СН) в условиях in vitro, моль/л
№п/п
Концентрация метана(СН<sub>4</sub>), моль/л
1
0,02±0,002
2
0,036±0,002*
3
0,062±0,002*
4
0,018±0,001***
Примечание: * - Р≤0,05; *** - Р≤0,001.