Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ С ЦЕЛЛЮЛОЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ ДЛЯ ПТИЦЫ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к технологиям получения кормов из побочных продуктов растениеводства с применением биоконверсии.

Известен способ обработки соломы на корм для производства кормов сельскохозяйственных животных. Способ включает обработку соломы диоксидом серы с последующим пропариванием в автоклаве при давлении 3-4 атм. и температуре 130-140°С (патент РФ №2133098, кл. А23К 1/12, 1999, бюл. №20).

Однако данный способ предусматривает автоклавирование при жестких режимах, что не только приводит к гидролизу грубых компонентов, но и карамелизации гидролизованных углеводов. Добавление же диоксида серы и последующее автоклавирование обеспечивает образование неорганической кислоты в газообразном состоянии, которая оказывает отрицательное влияние на самочувствие рабочих, занятых на производстве и вызывает снижение питательной ценности и вкусовых качеств продукта.

Известен способ приготовления корма из растительного сырья для использования в сельском хозяйстве включающий с себя измельчение соломы в диспергаторе, отжатия твердой фазы и введения в ее состав пивной дробины и питательной смеси, состоящей из пивных дрожжей, остаточного белка, сусла пивного охмеленного с последующей стерилизацией при температуре 120°С в два этапа, первоначальный в течение 60-65 мин, вторичный в течение 40-45 мин и инокулированием массы гриба Pleuretus osteatus (Fr) Kummer, культивированием в течение 7-9 суток (патент РФ №2127065, кл. А23К 1/12, 1999, бюл. №7).

Однако в известном способе требуется добавление к целлюлозолигниновому сырью ценных субстратов, которые обеспечивают значительное увеличение себестоимости конечного продукта. Кроме того, автоклавирование как и в предыдущем аналоге может приводить к частичной карамелизации гидролизованных сахаров.

Известен способ использования в составе корма для животных и птицы целлюлозосодержащего сырья - пшеничных или ржаных отрубей и других отходов растениеводства. Величина их ввода для кур составляет до 10% рациона, а для цыплят-бройлеров, индеек, перепелов и фазанов их вводить не рекомендуют (Рекомендации для кормления сельскохозяйственной птицы, Сергиев Посад: изд-во ВНИИТИП, 2000. С.42.).

Однако в известном способе очень ограничен ввод необработанных отрубей и других отходов растениеводства или их вводить не рекомендуют, что связано с высоким содержанием клетчатки в сырье. Эти отходы растениеводства содержат мало минеральных веществ и при их использовании в корме требуется дополнительно вносить минеральные соли. Кроме того, они не содержат полезных микроорганизмов, необходимых животным для правильного питания (хорошего усвоения клетчатки и сопротивления патогенам). Они богатые витаминами вещества и поэтому у них высокая обсемененность токсинообразующими грибами. Поэтому эти отходы нуждаются в дополнительной обработке для улучшения их питательных свойств.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ получения кормовой добавки из отрубей включает предварительную обработку отрубей кислой фракцией электроактивированной воды в течение 1,5-2,0 ч при соотношении на 1 т сырья 10-20 л воды и перемешивание отрубей с раствором, содержащим каустическую соду, известковое тесто и воду, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: отруби 95-96; каустическая сода 0,2-0,3; известковое тесто 0,6-0,8; вода - остальное, при этом состав перемешивают в течение 20-30 мин, далее выдерживают 24-36 ч и смешивают с питательной добавкой; содержащей глауберову соль и трикальций фосфат, в следующих соотношениях компонентов, мас.%: глауберова соль 0,2-0,3; трикальций фосфат 0,5-0,7; состав - остальное, далее вносят пробиотическую культуру микроорганизмов в концентрации 0,18-0,22% и гранулируют. (Патент РФ №2266682 А23К 1/16 Опубл. 27.12.2005 - прототип).

Однако в известном способе используют только отруби, которые из всех побочных продуктов перерабатывающей промышленности наиболее дороги. Кроме того, использование электроактиваторов для получения кислой фракцией электроактивированной воды усложняет технологический процесс и делает его уязвимым с точки зрения электробезопасности. Внесение пробиотической культуры повышает качественные характеристики кормовой добавки, однако практически не влияет на усвояемость грубых компонентов корма, входящих в состав исходного сырья. Отсутствие в ее составе азотистых компонентов не обеспечивает должной питательности для роста микроорганизмов, что сводит к значительным потерям качества углеводной составляющей добавки.

Известные способы не позволяют эффективно получать кормовую добавки с целлюлолитической активностью для птицы из побочных продуктов пищевой промышленности с высокой питательной ценностью за счет разрушения целлюлозолигнинового комплекса сырья, содержащей полезные микроорганизмы, обогащенные микробиологическим белком, продуцирующие целлюлозолитические ферменты с сохранением витаминов в сырье и низкой обсемененностью вредными микроорганизмами.

Техническим результатом является интенсификация разрушения целлюлозолигнинового комплекса сырья за счет более полного гидролиза и повышение питательности корма, повышение содержания белка, сохранения витаминов уничтожение вредных микроорганизмов и обогащении ее целлюлозоразрушающими ферментами, что обеспечивает при использовании в птицеводстве повышение зоотехнических показателей.

Технический результат достигается тем, что в способе получения кормовой добавки с целлюлолитической активностью для птицы, включающий перемешивание предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья с питательными добавками, внесение микроорганизмов, выдерживание и последующую обработку, причем в качестве целлюлозосодержащего сырья используют лузгу подсолнечника и рисовую мучку предварительная обработка целлюлозосодержащего сырья выполняется экструдированием при температуре 110-130°С, полученный экструдат измельчают с последующим 5-10 минутным перемешиванием и внесением в него воды и питательной добавки в виде дрожжевого автолизата, при этом исходные компоненты взяты в следующем соотношении, масс, %:

затем в полученную смесь вносят микроорганизмы Trichoderma viride шт. F-98 в количестве 1-2% от массы смеси и выдерживают в течение 6-8 суток при температуре 26-30°С с периодическим перемешиванием, полученную влажную смесь сушат до влажности 10-12% при температуре 40-50°С и измельчают.

Заявленный способ получения кормовой добавки с целлюлолитической активностью для птицы отличается видом сырья, иными параметрами режима обработки и вводимым видами микроорганизмов, обеспечивая интенсификацию процесса гидролиза сырья, обогащения кормовым белком, целлюлозолитическими ферментами, сохранением витаминов сырья.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию «новизна».

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение поставленной задачи и не выявлены при изучении данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Способ осуществлялся следующим образом. Проводили перемешивание предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья с питательными добавками, внесение микроорганизмов, выдерживание и последующую обработку, причем в качестве целлюлозосодержащего сырья используют лузгу подсолнечника и рисовую мучку предварительная обработка целлюлозосодержащего сырья выполняется экструдированием при температуре 110-130°С, полученный экструдат измельчают с последующим 5-10 минутным перемешиванием и внесением в него воды и питательной добавки в виде дрожжевого автолизата, при этом исходные компоненты взяты в следующем соотношении, масс, %: рисовая мучка - 35-40; лузга подсолнечника - 55-57,5; дрожжевой автолизат - 0,3-0,4; вода остальное, затем в полученную смесь вносят микроорганизмы Trichoderma viride шт. F-98 в количестве 1-2% от массы смеси и выдерживают в течение 6-8 суток при температуре 26-30°С с периодическим перемешиванием, полученную влажную смесь сушат до влажности 10-12% при температуре 40-50°С и измельчают.

Используемый штамм гриба Trichoderma не является генетически модифицированным и относится к микроорганизмам непатогенным для человека, согласно классификации микрооганизмов, приведенной в Санитарных правилах СП 1.2.731-99. Работа со штаммом не требует специальных мер предосторожности.

К факторам, обуславливающим получение кормовой добавки с целлюлолитической активностью для птицы с оптимальными свойствами, относится процентное соотношение между компонентами, входящими в ее состав, а также параметры обработок сырья. Для получения качественной заявляемой добавки в качестве компонентов используются целлюлозолигниновое сырье: рисовая мучка и лузгу подсолнечника, которые после смешивания подвергаются экструзии.

При этом содержание рисовой мучки должно составлять 35-40% от общей массы компонентов. Если внести в композицию меньше 35% мучки, то не обеспечит углеводный состав кормовой добавки, нужного содержания витаминов, а значит и заявленное качество, что приведет к низкой эффективности при ее использовании. Если внести более 40%, то это приведет к удорожанию кормовой добавки, снизит относительное содержание других компонентов и не приведет в увеличение ее эффективности при использовании, а и поэтому нет необходимости вводить больше этого компонента. Для того чтобы содержание витаминов и легкоусвояемых углеводов в добавке было наилучшее оптимальной количество рисовой мучки в смеси для экструдирования должно составлять 37,5% от общей массы.

Содержание лузги подсолнечной должно составлять 55-57,5% от общей массы компонентов. Если внести в композицию меньше 55% лузги подсолнечной, то не обеспечит углеводный состав кормовой добавки, необходимое содержания стимуляторов для культивирования триходермы и необходимой пористости смеси, а значит и заявленное качество, что приведет к низкой эффективности при ее использовании. Если внести более 57,5%, то это приведет к снижению содержания витаминов за счет низкой доли в смеси рисовой мучки и уменьшит содержания в кормовой добавке углеводов характерных для рисовой мучки, что снизит качество кормовой добавки. Для обеспечения нужной пористости смеси, необходимого содержания стимулирующих микроорганизм веществ, удовлетворительной себестоимости кормовой добавки наилучшее оптимальной количество лузги подсолнечной в смеси для экструдирования должно составлять 56,25% от общей массы.

Подготовленное таким образом сырье увлажняли паром или водой до влажности 16-18%. Если влажность сырья будет менее 16%, то приведет к ухудшению полисахаридов в сахара и декстрины, а значит, снизит качество продукта, так как триходерма будет на этом субстрате плохо развиваться, а кроме того необработанные полисахариды плохо усваиваются птицей, которым предназначена добавка. Если влажность гранул будет более 18%, то она не позволит проводить обработку такой массы в экструдере. Оптимальная влажность сырья 17%.

Подготовленную таким образом смесь, подавали в экструдер для специальной тепловой обработки. В не зависимости от конструкции экструдера процесс включает в себя три этапа: термическая обработка под давлением, механическая деформация и ударное разряжение, в результате которого происходит, так называемый, взрыв продукта. В результате технологической обработки нашего сырья повышается качество продукта: изменяется структура сырья на молекулярном уровне, что облегчает процесс переваривания, происходит выработка ароматических веществ, повышающих вкусовые качества корма с включением добавки, нейтрализуются токсины, и уничтожаются их продуценты.

Процесс экструдирования осуществляли при температуре продукта на выходе 110-130°С. Если температура будет менее 110°С, то снижается производительность экструдера и не обеспечивает нужной глубины обработки сырья, ухудшается структура продукта (теряется пористость), что приводит к низкому качеству конечного продукта. Если температура будет более 130°С, то при обработке происходят негативные изменения в структуре и составе продукта (часть питательных веществ разрушается), что приводит к низкому качеству заявляемой добавки. Таким образом, оптимальный температурный режим продукта на выходе составляет 120°С.

В результате технологической обработке сырье приобретало вспученную пористую структуру (экструдат), затем его охлаждали до температуры, не превышающей температуру более 40-50°С, что необходимо для дальнейшего технологического процесса. Полученый экструдат дополнительно измельчали, перемешивали в течение 5-10 минут в шнековом смесителе до однородной массы.

В процессе перемешивания в экструдат дополнительно вносили дрожжевой автолизат и воду из расчета, что в 100 кг смеси будет содержаться автолизат 0,3-0,4% и воды остальное.

Если внести во влажный экструдат меньше 0,3% дрожжевого автолизата, то не будет происходить активный рост микробной биомассы продуцента и накопления ферментов. Если внести более 0,4%, то эффект прироста биомассы не увеличивается, а повышается стоимость кормовой добавки и поэтому нет необходимости вводить больше автолизата. Для того чтобы достаточное содержание питательных элементов из дрожжевого автолизата для роста и биосинтеза целевых ферментов микроорганизмом триходермой в составе кормовой добавки его оптимальное количество должно составлять 0,35% от общей массы.

Соотношение дрожжевого автолизата и экструдата, содержащего легкодоступные углеводы и их концентрация подобраны таким образом, чтобы не только максимально увеличить биосинтез ферментов триходермой и синтез биомассы, но и обеспечить низкую себестоимость заявляемой кормовой добавки.

Добавление дрожжевого автолизата важный технологический этап, который обеспечивает поступление в состав добавки питательных веществ для роста микроорганизма - продуцента ферментов, микробного белка витаминов и других БАВ. Дрожжевой автолизат содержится, %: сухого вещества - 91,6, обменной энергии 291 ккал/100 г, сырого протеина - 64,12, сырого жира - 2,54, сырой клетчатки - 0,34, кальция - 0,45, фосфора - 1,89, доступного фосфора - 1,55, натрия - 0,21, линолевой кислоты - 0,12, лизина - 8,95, метионина - 1,74, метионина + цистина - 1,79, триптофана - 0,65, аргинина - 2,39, гистидина - 2,19, лейцина - 4,49, изолейцина - 3,96, фенилаланина - 2,76, тирозина - 2,12, треонина - 2,60, валина - 3,95, глицина - 3,96. Благодаря наличию в нем углеводов, а также витаминов, аминокислот и минеральных элементов в легко ассимилируемых формах является мощным стимулятором роста триходермы и увеличивает ее способность синтезировать целевые ферменты.

На следующем технологическом этапе получения кормовой добавки в полученную смесь вносят микроорганизм Trichoderma viride шт. F-98 в виде жидкой маточной культуры, полученной на ферментере в количестве 1-2% от массы смеси. Если засевная доза культуры микроорганизмов будет менее 1%, то этого количества микроорганизмов будет недостаточно для активного наращивания биомассы и накопления ферментного комплекса, а значит и биотрансформации целлюлознолигниновых компонентов субстрата. Если засевная доза культуры микроорганизмов будет более 2%, то это приведет к удорожанию добавки без увеличения ее эффективности и качественных характеристик. Поэтому оптимальной засевной дозой культуры микроорганизмов является 1,5%.

Эффективность процесса получения кормовой добавки с заданными свойствами обеспечивается путем выдерживания влажной смеси иннокулированной продуцентом при температуре 26-30°С в течение 6-8 суток при равномерном перемешивании.

Если время культивирования микроорганизма составит менее 6 суток, то качество добавки будет низкое из-за высокого содержания клетчатки, которая не подверглась разрушению, активность ферментов будет низкая и малое содержание кормового белка. Если время культивирования микроорганизма составит более 8 суток, то увеличивает время технологического процесса, а, кроме того, снижается качество добавки, так как обработанная зеленая масса становится пластилинообразной, что затрудняет ее ввод и равномерное распределение по добавке. Таким образом, оптимальным временем культивирования микроорганизма Trichoderma viride является 7 суток.

Температурой культивирования продуцента является интервал 26-30°С. Если температуру снизить ниже 26°С, то рост микроорганизма будет медленный, биосинтез будет снижен, и он не достигнет необходимого титра за 7 суток. Если температура культивирования окажется выше 30°С, то рост продуцента также будет снижаться, а ее дальнейшее повышением может привести к гибели микроорганизмов. Поэтому для достижения необходимой биомассы гриба и высокой активности целевых ферментов оптимальной температурой культивирования является температура 28°С.

На заключительном этапе полученный продукт с помощью стационарной барабанной сушилки обезвоживают при температуре 40-50°С до влажности 10-12%. Если температура обработки будет менее 40°С, то этого будет недостаточно для эффективной сушки в оптимальные сроки до требуемой влажности, кроме того, воздействие этой температуры приведет к инактивации ферментного комплекса. Если температура сушки будет более 50°С, то высокие энергозатраты будут значительно увеличивать стоимость продукта. Кроме того, при высоких температурах будет происходить потери усвояемого животными микробного белка, и инактивируется ферментный комплекс. Поэтому оптимальной температурой обработки является 45°С.

Если конечная влажность продукта будет менее 10%, то это экономически не обосновано из-за перерасхода энергоносителей на высушивание и данная добавка гигроскопична и будет поглощать влагу воздуха, а значит, необходимость такой низкой влажности не имеет необходимости. Если влажность продукта будет более 12%, то в процессе хранения ферментный комплекс будет инактивироваться, а сама добавка легко инфицироваться микроорганизмами и может стать источником токсикозов животных. Поэтому оптимальной влажностью кормовой добавки является влажность 11%.

Пример конкретного осуществления способа получения кормовой добавки с целлюлолитической активностью для птицы в ООО «Биопрод», Абинского района Краснодарского края.

Целлюлозосодержащее компоненты заявляемой кормовой добавки (рисовая мучка и лузгу подсолнечника) из накопительных бункеров пропускали через магнитную колонку, сепаратор для отбора металломагнитных и сорных примесей и далее направляли в бункер. Из него указанные компоненты посредством питателя (дозатора) направляют в смеситель.

Причем подготовленные компоненты (рисовая мучка и лузгу подсолнечника) дозируют в объемных и весовых дозаторах в следующем соотношении: рисовая мучка 750 кг и лузга подсолнечника 1125 кг. Смешивание компонентов после дозирования осуществляли в смесителе непрерывного действия при объемном дозировании или в смесителе периодического действия при весовом дозировании. Требуемое качество смешивания обеспечивается при работе смесителя в паспортном режиме. В подготовленное таким образом сырье увлажняли. Эту операцию проводили или водой или паром до влажности 17%. Технически это проводили с использованием в составе линии увлажнительной машины ЗУМ-2 или БУВ-10.

Подготовленную таким образом смесь подали посредством питателя (дозатора), смонтированного непосредственно на экструдере на экструдирование, которая осуществляется в экструдере КМЗ-2. Процесс экструдирования осуществляли в следующем оптимальном режиме: температура продукта на выходе - 120°С; нагрузка основного двигателя - 55 А при напряжение в сети двигателя питателя - 125 В.

В шнеке экструдера устанавливают шайбы диаметром 117,5 мм и 125 мм. Производительность экструдера составляет 250-300 кг/ч. Разогрев экструдера и вывод его на рабочий режим осуществлялась с применением пшеницы, так как она экструдируется без затруднений. Выходящий из экструдера при его нормальной работе продукт в виде гранул длиной 20-30 мм имеет вспученную пористую структуру. Объемная масса заявляемой кормовой добавки составляла 300-320 кг/м².

На следующем этапе обработанное на экструдере сырье направлялась в охладитель. Охлаждение экструдата производится до температуры, не превышающей температуру 40-50°С. Полученный экструдат дополнительно перемешивали в течение 5-10 минут в шнековом смесителе до однородной массы и увлажняли водопроводной водой до оптимальной влажности, и дополнительно добавляя дрожжевой автолизат в количестве 7 кг. Такое соотношение сухих и влажных компонентов обеспечивают оптимальную влажность. Кроме того, добавление дрожжевого автолизата оптимизирует содержание в смеси Сахаров и азотистых соединений, необходимых для роста и развития микробной составляющей кормовой добавки.

На следующем технологическом этапе в полученную смесь вносят микроорганизм Trichoderma viride шт. F-98 в виде жидкой маточной культуры, полученной на ферментере в количестве 30 кг для биотрансформации предварительно эксрудированого целлюлозолигнинового комплекса растительного сырья, синтеза витаминов и антибиотических факторов и обогащение смеси микробным белком. Этот процесс обеспечивается путем выдерживания влажной смеси при температуре 28°С в течение 7 суток. Для ускорения процесса биотрансформации сырье периодически перемешивают.

Полученную таким образом массу при необходимости добавка досушивалась до влажности в среднем 11% с помощью стационарной барабанной сушилки (марки СЗСБ-8А) при температуре 45°С. На заключительном этапе кормовую добавку для обеспечения требуемой крупности подвергали измельчению на валковом измельчителе и расфасовывали в крафт-мешки по 15 кг.

Промышленная эффективность предлагаемой кормовой добавки с целлюлолитической активностью для птицы иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Научно-хозяйственный опыт на цыплятах-бройлерах кросса «СК Русь-4». Условия проведения экспериментов (микроклимат, освещенность, вода и другие факторы) и все технологические показатели (плотность посадки птицы, фронты кормления и поения и т.д.), не являющиеся предметом изучения при проведении исследований, поддерживали в соответствии с общепринятыми и действующими на период проведения опытов. Схема опыта представлена в таблице 1.

В конце опыта было установлено влияние заявляемой кормовой добавки на рост и сохранность цыплят-бройлеров (табл.2).

Как видно из представленных данных, применение заявляемой добавки в комбикормах для цыплят-бройлеров обеспечивает не только высокие значения сохранности, но и высокие среднесуточные приросты и низкий расход кормов.

Пример 2. Для проверки эффективности предлагаемой кормовой добавки проведен эксперимент на перепелах. Были сформированы две группы: опытную и контрольную (по 80 голов) из птиц породы Фараон яично-мясного направление продуктивности (табл.3). Птицу опытных и контрольных групп содержали в одинаковых стандартных условиях. До 25-дневного возраста перепелов выращивали на глубокой подстилке в отдельных специализированных боксах площадью 6 м², которые оборудованы брудерами для локального обогрева (каждая группа была в отдельном боксе).

Зоогигиенические параметры (температура, влажность, концентрации аммиака, динамика освещенности) соответствовали норме. Температура под брудером 33-34°С, в боксе 29-30°С. В 23 дня часть перепелов из каждой группы отсадили в отдельные клетки (по 40 голов в каждую). Фармакологических обработок не проводили, вакцин не применяли. Результаты экспериментов по влиянию заявляемой кормовой добавки на роста и сохранность перепелов и расход кормов представлены в таблице 4.

Как видно из представленных данных, применение заявляемой добавки в комбикорме для перепелов обеспечивает увеличение суточного прироста на 8,4%, расход кормов снижается на 16,1% и сохранность выше на 9,2% в сравнении с контролем, где не применялась добавка. Высокая сохранность объясняется тем, что в процессе производства добавки происходит уничтожение вредных микроорганизмов - продуцентов токсинов и возбудителей заболеваний. Высокие зоотехнические показатели в опытах на птице объясняются хорошей переваримостью питательных веществ корма, которая обеспечивается благодаря обогащению ее целлюлозоразрушающими ферментами (активность 50-55 ед./г.), содержащихся в добавке. Наличие белка и витаминов в составе добавки позволяют получить увеличение значений живой массы в сравнении с контролем.

Таким образом, промышленное применение заявляемой добавки в комбикормах позволило установить ее высокую эффективность применения. Кроме того, заявленный способ получения кормовой добавки позволяет получить экологически безопасную, биологически полноценную, содержащую микробный белок, витамины и ферментный комплекс добавку, введение которой в комбикорм позволяет получить высокие хозяйственные результаты.