СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭНТЕРОСОРБЕНТА ДЛЯ ЖИВОТНЫХ

Изобретение относится к биотехнологии и кормопроизводству, а именно к способу получения кормовой добавки-сорбента для профилактики токсикозов у сельскохозяйственных животных, вызванных избыточным содержанием тяжелых металлов в кормах и воде.

Способ предусматривает подготовку концентрата глауконита (перевод в натриевую форму), приготовление болюсов, удобных для дозирования и скармливания сорбента животным.

Среди задач по сохранению продовольственной независимости России одно из ведущих мест занимает получение чистой в экологическом аспекте продукции. Сдерживающим звеном в этом являются болезни, нарушения обмена веществ, которые проявляются в результате ухудшения экологической обстановки и насыщения окружающей среды токсическими элементами. При антропогенном загрязнении почвы тяжелыми металлами их содержание в кормовых растениях может стать выше значений максимально-допустимого уровня (МДУ) [1]. Необходимость в сохранении здоровья населения предусматривает использование экологически чистой продукции, что может быть достигнуто нормированием содержания токсичных веществ, в частности тяжелых металлов, в кормах для сельскохозяйственных животных. Например, для профилактики нарушений пищеварения у молодняка крупного рогатого скота следует использовать безопасные для их организма сорбенты и биологически активные добавки, которые могут способствовать выведению из организма тяжелых металлов и других токсикантов.

В мировой практике для экологической охраны объектов биосферы успешно используются природные алюмосиликаты (бентониты, цеолиты, глаукониты и др.). В сельском хозяйстве их используют в производстве комбикормов, в качестве кормовой добавки для повышения продуктивности животных и птицы, вывода токсинов, а также снижения уровня токсичного воздействия тяжелых металлов и радионуклидов на организм животных [2]. Одним из таких веществ является глауконит - широко распространенный глинистый природный минерал с уникальными сорбционными свойствами [3]. Глаукониту присуща высокая ионообменная способность, т.е. обменные катионы одного ряда могут заменяться катионами другого ряда. Ярко выраженную адсорбционную способность всех подобных глинистых минералов определяют малые размеры частиц с высокой удельной поверхностью. В отличие от цеолитов, глаукониты (природные алюмосиликаты осадочного происхождения) имеют не каркасное, а слоистое строение. Часть внутримолекулярных сил не уравновешена взаимодействием с расположенными в полости одного такого слоя ионами химических элементов. Эти силы могут вступать во взаимодействие с ионами химических веществ, содержащихся в растворах или в воздухе. В результате, они скапливаются на поверхностях пластиночек, составляющих общий кристалл. Таким образом, площадь активной поверхности данного минерала увеличивается и в этом, возможно, основное различие биологического действия глауконита по сравнению с цеолитами

В животноводстве природные глины, в том числе глаукониты, применяются в качестве кормовой добавки для профилактики и лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, а также в качестве влагоудерживающего агента в составе комбикормов. Известен способ повышения эффективности лечения телят, больных диспепсией [4]. Телятам вводят внутрь взвесь глауконита в водном растворе агара. Известен рецепт комбикорма для телят с включением концентрата (50%) глауконита в количестве 1,5 масс. % [5]. Использование комбикорма в рационах обеспечивало снижение заболеваемости пищеварительной системы телят. Однако эти составы не предназначены для непосредственно сорбции металлов-поллютантов из организма сельскохозяйственных животных.

Известна кормовая добавка для животных, содержащая комбикорм и сорбенты радионуклидов и токсичных элементов [6]. В качестве сорбента использован цеолит - ирлит-1 из месторождения на территории РСО-Алания. Эффективность добавки проверяли на лабораторных крысах. Степень детоксикации животных от кадмия, свинца, цезия-137 и стронция-90 оценивали по результатам анализа мышечной ткани. Однако отсутствуют сведения по количеству и характеру выведения данных металлов-поллютантов из желудочно-кишечного тракта животных, в том числе используемых в сельскохозяйственном производстве.

Кроме того, во всех вышеприведенных составах кормовых добавок и комбикормов предусмотрено введение минерала (глауконита, цеолита или других аллюмосиликатов) в натуральном, природном виде путем механического размешивания, что в силу физической особенности глины (размер частиц) не обеспечивает равномерность ее распределения в общей массе получаемого продукта.

Для использования в хозяйственных целях глинистые природные минералы обычно предварительно очищают и обрабатывают физическими способами (отмучиванием, центрифугированием, измельчением с помощью ультразвука и другими) или химическими (растворами солей, щелочей). Например, перевод природной глины в Na-форму повышает ее ионообменные свойства, способность к диспергированию в воде, а также дополнительно очищает от примесей неглинистых частиц [7, 8],

Известен способ подготовки глауконита, который заключается в измельчении породы, отбора фракции 1,0-10 мкм, приготовления 40-80% суспензии глауконита в воде, которую затем обрабатывают ультразвуком с частотой 15-25 кГц в течение 2-5 минут [9]. В результате получают энтеросорбент, представляющий собой 40-80% суспензию в воде фракции 1,0-10 мкм глауконита. Однако отсутствуют данные по способу введения такого энтеросорбента в рационы и эффективности его использования у животных, а также доказывающие заявленную длительность нахождения в пищеварительном тракте (24 часа).

Задачей изобретения является подготовка глауконита для скармливания сельскохозяйственным животным в качестве эффективного энтеросорбента удобного для дозирования при производстве нормативной животноводческой продукции путем адсорбирования и выведения избыточного количества металлов-поллютантов из их организма в течение короткого времени.

Технический результат достигается в использовании концентрата (40-95%) глауконита в качестве энтеросорбента для сельскохозяйственных животных в виде болюсов округлой формы, удобных для применения. Кроме того, с точки зрения санитарно-ветеринарных требований использование подготовленного глауконита в кормлении животных предпочтительнее, чем его необработанной формы.

Для достижения технического результата концентрат глауконита с содержанием породы 40-95% подвергают обработке 0,1М раствором NaOH в соотношении по массе глауконит/раствор 1:20 в течение 20 мин, затем отмывают от щелочи дистиллированной водой, далее обрабатывают 0,1М раствором НСl в течение 20 мин с последующей отмывкой от кислоты, далее глауконит переводят в Na-форму в 3,0М растворе NaCl в течение 1 ч с последующей промывкой от ионов хлора, затем подготовленный концентрат глауконита смешивают с зерновой мукой в виде 10%-го водного раствора и сахаром в виде 50%-го водного раствора в соотношении частей 75:1:24, нагревают до полного растворения ингредиентов, из полученной однородной массы формируют болюсы с содержанием концентрата глауконита 75% и подсушивают при температуре окружающей среды до испарения избыточной влаги.

Пример 1.

Подготовленный предлагаемым способом концентрат (50%) глауконита Бондарского месторождения (ТУ-2164-002-03039858-08) использован в рационах крупного рогатого скота в качестве энтеросорбента. В виде болюсов весом примерно 1,5±0,02 г его вводили в состав концентрированных кормов (зерновая смесь, комбикорм) в дозе 0,2 г на 1 кг живой массы. Один болюс содержал 1,12±0,005 г концентрата глауконита.

Согласно нормам в кормах и сырье для кормов сельскохозяйственных животных общее число грибов должно составлять не более 5⋅10⁴ КОЕ/г, а общая бактериальная обсемененность - не более 5⋅10⁵ КОЕ/г [10]. Микробиологические исследования образцов глауконита, проведенные по методам ГОСТ 10444.15-94, ГОСТ 10444.12-88, ГОСТ ISO 7218-2015, показали (табл.1), что в результате предварительной подготовки (промывки) количество микроорганизмов (КМАФАнМ), находящихся в массе глауконита, уменьшилось на порядок, содержание плесневых грибов - в три раза.

Болюсы (из расчета 0,2 г глауконита на 1 кг живой массы) вместе с концентрированными кормами добавляли в основной рацион теленку один раз в сутки в дневное кормление. Концентрация различных металлов в образцах кала определялась методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием спектрометра «Спектроскан Макс-GV», газожидкостной хроматографии на хроматографе «Кристаллюкс 4000 м». Обработка хроматограмм - с использованием программного обеспечения «NetChrom 2.1».

Согласно данным таблицы 2 количество никеля и свинца в кале было различным в зависимости от продолжительности нахождения глауконита в пищеварительном тракте животного и, вероятно, его накопления там. Результаты статистического анализа показали, что полученные значения по уровню свинца однородны (коэффициент вариации < 33%), то есть не являются случайными. При этом отмечена неоднородность показателей содержания никеля, что, вероятно, связано с небольшими концентрациями этого элемента в тканях животных и растений.

Биологическая роль никеля заключается в структурной организации ДНК, РНК, белков и клеточной мембраны. Он участвует в гормональной регуляции организма, активации некоторых ферментативных реакций, усвоении железа, синтезе гемоглобина, обмене жиров и витаминов B₁₂ и С. Никель не нормируется в рационах, так как потребность в нем вполне покрывается содержанием в кормах, однако, при избыточном поступлении в организм животных и в последующем в организм человека соединения никеля весьма токсичны [11].

Загрязнение окружающей среды свинцом также оказывает влияние на состояние здоровья животных и людей. Свинец в больших концентрациях является высокотоксичным металлом для живых организмов. Способен замещать кальций в костях, что приводит к их повышенной хрупкости. Одновременно с этим свинец является необходимым для организма элементом, поскольку влияет на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генетический аппарат, участвует в обменных процессах костной ткани.

По результатам эксперимента установлено, что выделение свинца из организма теленка в повышенном количестве началось спустя сутки от первой дачи болюсов с сорбентом вплоть до 4-го дня кормления. Уровень содержания свинца в пробах, взятых в конце учетного периода (пробы 8-11 на фигуре 1), был ниже на 7-22% по отношению к начальному уровню (проба 1 на фигуре 1). Это может быть связано как с колебаниями концентрации свинца в растительных кормах, так и с выводом его избыточного количества из организма теленка в результате скармливания глауконита.

Выделение свинца из организма в повышенном количестве началось спустя сутки от первой дачи болюсов с сорбентом вплоть до 4-го дня кормления. Максимальный уровень содержания свинца в кале отмечен на 3-й день (проба 4 на фигуре 1), разница со средним значением за все дни наблюдений составила 36%. В среднем содержание свинца в пробах, взятых в период скармливания глауконита (пробы 2-7 на фигуре 1), было выше на 32,56 мкг/г СВ по отношению к периоду без него (пробы 1 и 8-11 на фигуре 1), что составило 14,7%.

Наибольшая разница отмечена по содержанию никеля - на 60,0% (р≤0,05). Максимальное содержание никеля отмечено на 3-4 дни скармливания сорбента (пробы 4 и 5 на фигуре 2). В этот период разница со средним значением за все дни наблюдений составила 48%.

Пример 2.

Эксперимент проведен на двух группах 6-9 месячных телочек черно-пестрой породы (контрольная и опытная) аналогичных по происхождению, живой массе и генетическому потенциалу продуктивности. Кормление молодняка осуществлялось согласно детализированным нормам [12]. Основной рацион состоял из силоса кукурузного (5 кг), сенажа разнотравного (3 кг), сена кострецового (3 кг), зерновой смеси (1,1 кг) и патоки кормовой (0,2 кг). Болюсы (из расчета 0,2 г концентрата (50%) глауконита на 1 кг живой массы) добавляли в основные рационы вместе с концентрированными кормами один раз в сутки в дневное кормление. В период эксперимента использовались минеральные и витаминные подкормки (соль поваренная 25 г и премикс П-62-1 100 г).

Средние значения содержания никеля (фигура 3) за весь учетный период составили 34,81±2,58 мкг/г в опыте (коэффициент вариаций - 24,5) и 33,85±1,83 мкг/г в контроле (коэффициент вариаций - 23,7) (р>0,05). Средние значения в период скармливания глауконита - 35,50±2,15 мкг/г в опыте (коэффициент вариаций - 25,6) и 32,60±1,83 мкг/г в контроле (коэффициент вариаций - 23,6) (р>0,05).

Средние значения содержания свинца за период учета (фигура 4) - 100,5±18,7 мкг/г в опыте (коэффициент вариаций - 61,6) и 81,3±9,4 мкг/г в контроле (коэффициент вариаций - 38,2) (р>0,05). В период скармливания глауконита - 84,2±6,8 мкг/г в опыте и 87,2±7,3 мкг/г в контроле (р>0,05), коэффициенты вариаций - 34,3 и 35,5 соответственно.

По результатам скармливания концентрата (50%) глауконита 6-9-месячным телятам в течение 9-ти дней наибольший сорбционный эффект отмечен в отношении Ni (+8,9% по сравнению с контролем). У молодняка с полностью сформировавшейся пищеварительной системой (преджелудками) частицы глауконита задерживаются на длительный период - максимальный уровень свинца (+23,6% относительно контроля) отмечен сразу после прекращения скармливания глауконита (проба 11 на фигуре 4).

Практическая значимость предлагаемого способа подготовки энтеросорбента на основе глауконита состоит в повышении его сорбционной способности и в форме, удобной для дозирования и смешивания с другими кормами. Скармливание сельскохозяйственным животным энтеросорбента, приготовленного предлагаемым способом, способствует выведению из их организма металлов-токсикантов, в избыточном количестве попадающих с кормами и водой, что обеспечивает получение экологически безопасной продукции животноводства, необходимой для питания населения.

Предлагаемый способ подготовки концентрата глауконита - перевод в натриевую форму с целью его очистки и повышения ионообменной способности, приготовление болюсов, удобных для дозирования, смешивания с кормами и скармливания животным - обладает новизной и не имеет аналогов среди известных энтеросорбентов и кормовых добавок, в составе которых присутствуют природные минералы.

Заявителю неизвестны технические решения, в которых с таким же эффектом в такой же форме скармливания и способе приготовления использовался бы глауконит, и в таких же количествах способствовал выведению металлов-поллютантов из организма животных в течение короткого времени скармливания, поэтому он считает, что заявляемый им способ соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ приготовления сорбента для животных может широко использоваться в животноводстве, в частности, в кормопроизводстве и потому соответствует критерию «промышленная применимость».

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Ильин, В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение / В.Б. Ильин. - Новосибирск: Наука, 1991. - 151 с.

2. Челюцев, Н.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья / Н.Ф. Челюцев. - М.: Недра, 1987. - 176 с.

3. Атлас нетрадиционных видов агрохимического минерального сырья СССР/Мин-во геологии СССР; Всесоюз. науч.-исслед. ин-т геологии и нерудных полезных ископаемых; сост.: П.О. Абламитов, А.И. Буров, И.С. Гузиев и др.: Под ред. У.Г. Дистанова, А.С. Филько, В.Ф. Семенова. - М.: Недра, 1989, 64 с.

4. Патент РФ №2188652, А61К 35/02, А61К 35/78, А61Р 1/14. Способ лечения телят, больных диспепсией. Опубл. 10.09.2002

5. Патент РФ №2577357. А23К50/10, А23К10/30, А23К 20/28. Стартерный комбикорм для телят.Опубл. 20.03.2016. Бюл. №8.

6. Патент РФ №2374896, А23K 1/00, А23K 1/175. Кормовая добавка для животных. Опубл. 10.12.2009. Бюл. №34.

7. Тарасевич, Ю.И. Адсорбция на глинистых минералах / Ю.И. Тарасевич, Ф.Д. Овчаренко. - Киев: Наукова думка, 1975. - 352 с.

8. Тарасевич, Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды / Ю.И. Тарасевич. - Киев: Наукова Думка, 1981. - 208 с.

9. Патент РФ №2545711, А61К 33/06, А61К 33/26, А61К 9/107, А61Р 1/100. Энтеросорбент и способ его получения. Опубл. 10.04.2015.

10. Ветеринарные правила и нормы по безопасности кормов, кормовых добавок и сырья для производства кормов. ВетПиН 13-5-01/0101. - URL: http://docs.cntd.ru/document/471811502

11. Экология / Под ред. проф. В.В. Денисова. - М.: ИКЦ "МарТ", 2006. - 768 с.

12. Рекомендации по детализированному кормлению молочного скота: справочное пособие / А.В. Головин, А.С. Аникин, Н.Г. Первов, Р.В. Некрасов, Н.И. Стрекозов, В.М. Дуборезов, М.Г. Чабаев, Ю.П. Фомичев, И.В. Гусев. - Дубровицы, ВИЖ им. Л.К. Эрнста, 2016. - 242 с.