СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВОЙ ДОБАВКИ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к технологиям производства кормов из растительного сырья 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°C (патент РФ №2133098, кл. A23K 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°C 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. A23K 1/12, 1999, бюл. №7).

Однако в известном способе требуется добавление к целлюлозо-лигниновому 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. 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 ВНИИ-ТИП, 2000. С.42.).

Однако в известном способе очень ограничен ввод необработанных отрубей или их вводить не рекомендуют, что связано с высоким содержанием клетчатки в сырье. Сами отруби 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). Отруби богатые витаминами вещества и поэтому у них высокая обсемененность токсинообразующими грибами. Поэтому отруби 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 A23K 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 добавку 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 животноводстве повышение зоотехнических показателей.

Технический результат достигается тем, что в способе производства кормовой добавки, включающий перемешивание предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья с питательными добавками, внесение микроорганизмов, выдерживание и последующую обработку, причем в качестве целлюлозосодержащего сырья используют лузгу подсолнечника и отруби предварительная обработка целлюлозосодержащего сырья выполняется экструдированием при температуре 110-130°C, полученный экструдат измельчают с последующим 5-10 минутным перемешиванием и внесением в него воды и питательной добавки в виде кукурузного экстракта, при этом исходные компоненты взяты в следующем соотношении, масс. %: отруби - 25-30; лузга подсолнечника - 65-67,5; кукурузный экстракт - 0,2-0,4; вода остальное,

затем в полученную смесь вносят микроорганизмы Trichoderma viride шт. F-838 в количестве 1-2% от массы смеси и выдерживают в течение 6-8 суток при температуре 26-30°C с периодическим перемешиванием, полученную влажную смесь сушат до влажности 10-12% при температуре 40-50°C и измельчают.

Заявленный способ производства кормовой добавки 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 отруби предварительная обработка целлюлозосодержащего сырья выполняется экструдированием при температуре 110-130°C, полученный экструдат измельчают с последующим 5-10 минутным перемешиванием и внесением в него воды и питательной добавки в виде кукурузного экстракта, при этом исходные компоненты взяты в следующем соотношении, масс. %: отруби - 25-30; лузга подсолнечника - 65-67,5; кукурузный экстракт - 0,2-0,4; вода - остальное, затем в полученную смесь вносят микроорганизмы Trichoderma viride шт. F-838 в количестве 1-2% от массы смеси и выдерживают в течение 6-8 суток при температуре 26-30°C с периодическим перемешиванием, полученную влажную смесь сушат до влажности 10-12% при температуре 40-50°C и измельчают.

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

К факторам, обуславливающим получение кормовой добавки с оптимальными свойствами, относится процентное соотношение между компонентами, входящими в ее состав, а также параметры обработок сырья. Для производства качественной заявляемой добавки в качестве компонентов используются целлюлозо-лигниновое сырье: отруби и лузгу подсолнечника, которые после смешивания подвергаются экструзии.

При этом содержание отрубей должно составлять 25-30% от общей массы компонентов. Если внести в композицию меньше 25% отрубей, 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 30%, 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 отрубей в смеси для экструдирования должно составлять 27,5% от общей массы.

Содержание лузги подсолнечной должно составлять 65-67,5% от общей массы компонентов. Если внести в композицию меньше 65% 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 67,5%, то это приведет к снижению содержания витаминов за счет низкой доли в смеси отрубей и уменьшит содержания в кормовой добавке углеводов характерных для отрубей, 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 66,25% 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 животными и 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°C. Если температура будет менее 110°C, 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°C, 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°C.

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

В процессе перемешивания в экструдат дополнительно вносили кукурузный экстракт и воду из расчета, что в 100 кг смеси будет содержаться растительного сырья 97,5 кг, а экстракта 0,2-0,4% и воды - остальное.

Если внести во влажный экструдат меньше 0,2% кукурузного экстракта, 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 экстракта. Для того чтобы достаточное содержание питательных элементов из кукурузного экстракта для роста и биосинтеза целевых ферментов микроорганизмом триходермой в составе кормовой добавки его оптимальное количество должно составлять 0,3% от общей массы.

Соотношение кукурузного эсктракта 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 экстракта важный технологический этап, который обеспечивает поступление в состав добавки питательных веществ для роста микроорганизма - продуцента ферментов, микробного белка витаминов и других БАВ. Кукурузный экстракт благодаря наличию в нем витаминов (рибофлавин, биотин, тиамин, никотиновая кислота, пантотеновая кислота), аминокислот (аланин, глутаминовая кислота, изолейцин, лейцин, лизин и др.) и минеральных элементов в легко ассимилируемых формах является мощным стимулятором роста триходермы и увеличивает ее способность синтезировать целевые ферменты.

На следующем технологическом этапе производства кормовой добавки в полученную смесь вносят микроорганизм Trichoderma viride шт. F-838 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 целлюлозно-лигниновых 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 производства кормовой добавки с заданными свойствами обеспечивается путем выдерживания влажной смеси иннокулированной продуцентом при температуре 26-30°C 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°C. Если температуру снизить ниже 26°C, то рост микроорганизма будет медленный, биосинтез будет снижен, и он не достигнет необходимого титра за 7 суток. Если температура культивирования окажется выше 30°C, 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°C.

На заключительном этапе полученный продукт с помощью стационарной барабанной сушилки обезвоживают при температуре 40-50°C до влажности 10-12%. Если температура обработки будет менее 40°C, 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°C, 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°C.

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 производства кормовой добавки в ООО «Биопрод», Абинского района Краснодарского края.

Целлюлозосодержащее компоненты заявляемой кормовой добавки (отруби пшеничные 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 (отруби пшеничные и лузгу подсолнечника) дозируют в объемных и весовых дозаторах в следующем соотношении: отруби пшеничные 550 кг и лузга подсолнечника 1325 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°C; нагрузка основного двигателя - 55 А при напряжении 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°C.

Полученный экструдат дополнительно перемешивали в течение 5-10 минут в шнековом смесителе до однородной массы и увлажняли оптимальной влажности, и дополнительно добавляя кукурузный экстракт в количестве 6 кг. Такое соотношение сухих и влажных компонентов обеспечивают оптимальную влажность. Кроме того, добавление кукурузного экстракта оптимизирует содержание в смеси азотистых соединений необходимых для роста и развития микробной составляющей кормовой добавки.

На следующем технологическом этапе в полученную смесь вносят микроорганизм Trichoderma viride шт. F-838 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°C 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°C.

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 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 высокую сохранность, 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°C, в боксе 29-30°C. 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 рост 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, расход кормов снижается и сохранность выше 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.

Переваримость питательных веществ корма происходит благодаря обогащению ее целлюлозоразрушающими ферментами, 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 производства 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.