Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОКОМПОЗИТНОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦЫ

Состав и способ получения биокомпозитной кормовой добавки для сельскохозяйственных животных и птицы относится к сельскому хозяйству, а именно – кормовой промышленности, и могут быть использованы для профилактики заболеваний желудочно-кишечного тракта и интоксикаций различной этиологии у сельскохозяйственных животных и птицы за счет связывания микотоксинов.

Одним из важнейших факторов повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы является обеспечение хозяйства качественными кормами. Малоценные грубые корма, отходы пищевой и сельскохозяйственной промышленности, используются в качестве кормовой базы, что позволяет сэкономить высококачественное зерно. Но в то же время именно грубые корма наиболее часто подвергаются гниению, воздействию на них плесневой микрофлоры, выхлопных газов, остаточной химизации от удобрений и т.д. Вследствие таких явлений в корма попадают условно-патогенные и патогенные микроорганизмы, токсические продукты жизнедеятельности грибков – микотоксины, ионы тяжелых металлов, радионуклиды, продукты полураспада органических фенолов, что негативно влияет на здоровье животного или птицы. Таким образом, необходимо присутствие сорбента в качестве биологической добавки для кормления животных грубыми кормами.

В настоящее время применяют различные природные минеральные сорбенты, которые последовательно измельчают в дробилках, шаровых, планетарных и вибромельницах для достижения мелких размеров частиц с целью увеличения поверхности сорбции.

Известны антибактериальные свойства монтмориллонит содержащих глин месторождения Белгородской области, которые в концентрациях 12,5; 25-50 и 50-100 мг/мл подавляют рост Escherichia coli и Salmonella enteritidis (Буханов В.Д., Везенцев А.И., и др. Антибактериальные свойства монтмориллонитсодержащих сорбентов // Научные ведомости БелГУ. Серия естественные науки. – 2011. – №21(116) – Выпуск 17. – С. 57-63). Также, доказано, что сочетанное применение модифицированной монтмориллонитсодержащей глины с энтрофлоксацином и тимолом, обеспечивает местную детоксикацию, обладает антиадгезивным действием по отношению к патогенной микрофлоре кишечника и, тем самым, сокращает сроки лечения больных животных (Зуев Н.П., Буханов В.Д. и др. Эффективность композиционных препаратов на основе наноструктурных монтмориллонитсодержащих глин при эшерихиозе птиц // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2018г. – №1. (17). – С. 169 – 175.).

Известна кормовая добавка для лактирующих коров, которая состоит из бентонитовой глины, поваренной соли, преципитата, окиси магния. Добавку готовят путем механического смешивания и скармливают в зависимости от величины суточного удоя молока. Кормовую добавку можно скармливать не только с концентрированными кормами, но и с силосом, сенажом и зеленой массой (патент РФ 2081611 от 1997.06.20)

Известна кормовая добавка для повышения резистентности и продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы (Патент № 2294648 от 2007.03.10), которая включает эфирное масло душицы (орегано) и бентонит при следующем соотношении компонентов, мас.%: эфирное масло душицы (орегано) 3,0-7,0; бентонит остальное. Кормовая добавка обладает высокой эффективностью, позволяет повысить резистентность и продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы.

Известна кормовая добавка «Селебен» (Патент № 2432774 от 2011.11.10), включающая диацетофенонилселенид и бентонит в соотношении от 8 г до 13 г бентонита на 1 мг - 3 мг диацетофенонилселенида, при этом используют бентонит Тарн-Варского месторождения Республики Татарстан. Использование изобретения позволяет активизировать белковый, углеводный, минеральный и витаминный обмены, увеличить количество общего белка и глюкозы в крови, повысить естественную резистентность организма за счет усиления фагоцитарной активности лейкоцитов. Скармливание добавки способствует активизации репродуктивной функции у животных, обеспечивает увеличение прироста живой массы у животных, зверей и птицы, а также сохранность поголовья.

Известна минерально-жировая кормовая добавка для крупного рогатого скота (Патент № 2500174 от 2013.12.10), характеризующаяся тем, что она включает следующие компоненты, %: бентонит донгузского месторождения - 18,5, фуз подсолнечный - 13,3, селенит натрия - 0,002, отруби пшеничные - 8,498, электроактивированная вода - католит с рН 9,0-9,5 и редокс-потенциалом - 400-500 мВ - 59,7. В изобретении представлено, что в тушах опытных бычков группы мяса высшего сорта было больше на 0,5 и 1,8 кг (1,9; 9,1%), первого сорта на 1,8 и 6,5 кг (1,9; 7,1%). Однако, введение в состав фуза подсолнечного будет блокировать сорбционные и адгезионные свойства бентонита в ЖКТ животных.

Известна кормовая добавка для сельскохозяйственных животных и птицы (Патент № 2579219 от 2016.04.10), содержащая пчелиный подмор, биомассу и культуральную жидкость, полученную при культивировании чайного гриба Medusomyces Gisevii Lindau, бифидобактерин, экстракт коры сосны и осины, опоку, бентонит и травяную муку. Использование изобретения позволит стимулировать обменные процессы, а также выводить тяжелые металлы и микотоксины из организма животных. Недостатком, является то, что она имеет сложный состав, включающий значительные количества ценных лекарственных веществ, таких как экстракт коры сосны и осины, опоку, а также бифидобактерин, что увеличивает себестоимость композиции.

В практике кормления в Российской Федерации широко используется отечественный комплексный препарат «Фунгистат». Из описания к патенту РФ №2420565 (опубликован 10.06.2011) способ получения биопрепарата «Фунгистат» для устранения микотоксинов из пищевого и кормового сырья предусматривает смешивание в соотношении 5:1 сорбента, выбранного из алюмосиликатов, и сорбента, выбранного из слоистых сорбентов, соединение полученной смеси с рибоксином, лецитином, L-карнитином, органической кислотой, выбранной из группы, включающей янтарную кислоту и пропионовую кислоту, или их солью, смесью олигофруктозы и инулина (30:70) и ферментным протеолитическим препаратом на основе культуральной жидкости бактерий Bacillus subtilis.

Известна кормовая добавка «Карбитокс» (Лиман Е.С., Резниченко Л.В. Эффективность сорбционной способности Карбитокса по отношению к различным микотоксинам //Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумена. 2013. –С. 237 - 241), который представляет собой фитоминеральный адсорбент микотоксинов с пробиотическим действием. Добавка включает в себя минеральные сорбенты (цеолиты, бентониты, оксиды кремния, опал), ферментированную смесь моно-, олигосахаридов, пектина, а также пробиотический компонент, иммобилизованный на фитосорбенте (3 штамма Bacillus subtillis, 1 штамм Bacillus licheniformis). Недостатком данного сорбента является включение большого количества аморфного кремнезема (цеолиты, опал), которые снижают сорбционную способность на единицу массы корма и препятствуют связыванию микотоксинов.

За прототип выбран сорбент Микосорб компании Alltech и способ его получения, описанные в патенте US 6045834 (опубликован 2000-04-04). В патенте указано, что нейтрализация таких микотоксинов как афлотоксин, зэаралеон, фумонизин, вомитоксин, охратоксин и Т2–токсин, обеспечивается за счет синергетического действия минеральной глины и биологического материала, а именно, модифицированного дрожжевого экстракта клеточной стенки дрожжей, выбранных из группы, состоящей из Saccharomycetes, Candida , Kluveromycetes, Torulaspora или их комбинации. Эффективность препарата Микосорб доказана в экспериментах in vitro.

В состав сорбента Микосорб входит от около 1% до около 10% минеральной глины, состоящей из цеолита, бентонита, алюмосиликата или их смесей, и от около 90% до около 99% дрожжевого экстракта клеточной стенки.

Способ получения сорбента включает модификацию маннанолигосахаридной (MOS) части клеточной стенки дрожжей, выбранных из группы, состоящей из Saccharomycetes, Candida, Kluveromycetes, Torulaspora или их комбинации, путем воздействия от около 5% до около 20% алкоголя на дрожжевой организм во время роста, например, во время ферментации, что приводит к утолщению клеточной стенки дрожжей и увеличению площади поверхности, доступной для связывания микотоксинов в полученном экстракте клеточной стенки. Согласно изобретению может быть использован любой из ряда стандартных коммерчески доступных спиртов, включая, но не ограничиваясь этим, метил, этиловые и изопропиловые спирты. Полученный экстракт клеточной стенки дрожжей несколько раз промывают центрифугированием для удаления внутриклеточных компонентов и концентрирования экстракта. Полученный концентрат экстракта может быть высушен любым из ряда способов, известных в данной области техники, включая распылительную сушку или барабанную сушку, с образованием гигроскопичного, растворимого в воде порошка, который смешивают с порошкообразной глиной в заявленном соотношении, т.к. физической формой препарата Микосорб является сухой сыпучий порошок, подходящий для непосредственного включения в корм для животных или в качестве добавки к общему смешанному рациону

Недостатком сорбента Микосорб и способа его получения является необходимость использования модифицированного дрожжевого экстракта клеточной стенки дрожжей и сложность осуществления способа модификации стенки дрожжей.

Задачей группы изобретений является расширение ассортимента сорбентов, используемых в виде кормовой добавки для связывания микотоксинов, которая может быть использована при профилактике заболеваний желудочно-кишечного тракта и интоксикаций различной этиологии у сельскохозяйственных животных и птицы, а также разработка способ получения сорбента в виде биокомпозитной добавки.

Техническим результатом поставленной задачи является решение поставленной задачи.

Задача по разработке состава сорбента для связывания микотоксинов решается путем предложенной биокомпозитной добавки, в состав которой входит минеральная глина и биологические материалы, в который внесены следующие новые признаки:

- в качестве минеральной глины используют седиментационно обогащенную и активированную соляной кислотой 10% монтмориллонитсодержащую глину (далее МСГ) в количестве от 10 до 20 масс. %, при этом в состав глины может входить иллит, кварц, мусковит. Свыше 20 % МСГ использовать не целесообразно, т.к. это отрицательно влияет на работу пищеварительного тракта животных, вызывая запоры;

- в качестве биологического материала используют кормовые дрожжи, как правило, получаемые в виде отходов пищевого производства, например, выбранных из Pichia pastoris, Faex medicinalis, , Saccaromicete spp, или их комбинации, в количестве от 80 до 90 масс.%.

Способ получения биокомпозитной кормовой добавки, включающий смешивание минеральной глины и биологического материала для сельскохозяйственных животных и птицы содержит следующие новые признаки:

- Проводят седиментационное обогащение монтмориллонит содержащей глины в воде для чего сначала выдерживают суспензию в течение 24 часов, взмучивают в течение одной минуты и вновь отстаивают суспензию в течение 20 минут, затем отбирают надосадочную суспензию с размером глиняных частиц менее 10 мкм из верхнего 10-сантиметрового слоя, отстаивают еще 10 минут и после седиментации суспензии декантируют осветленную воду, затем сушат осадок обогащенной МСГ в сушильном шкафу при 70-105°С. После обогащенную МСГ измельчают до однородной консистенции;

- обогащенную МСГ активируют соляной кислотой 10%, после чего промывают очищенной дистиллированной водой до нейтральной среды, сушат при температуре не более 105°C и измельчают на шаровой мельнице до размеров частиц не более 10 мкм;

- биологический материал в виде биомассы кормовых дрожжей Pichia pastoris, Faex medicinalis, , Saccaromicete spp, или их комбинации, заливают дистиллированной водой, перемешивают и обрабатывают в ультразвуковом генераторе при 1500 Гц (Криамид, Россия) по 10 минут 4 раза, охлаждая систему в течение 5 минут после каждой обработки, затем центрифугируют и супернатант сливают. Такая обработка дает увеличение площади поверхности клеток дрожжей, т.е. увеличение адсорбционной емкости биомассы;

- затем остаток обработанной биомассы нагревают до 40°C и постепенно добавляют МСГ при постоянном механическом перемешивании в заявленном соотношении;

- смесь тщательно перемешивают в течение не менее 40 минут;

- затем подвергают мягкой сушке t=65°С до влажности не более 30% и перемалывают до тонкодисперсной однородной среды.

Сопоставительный анализ предлагаемой группы изобретений показывает, что основным отличием от прототипа в заявляемом составе и способе является то, что в качестве сырья используют не модифицированный дрожжевой экстракт клеточной стенки дрожжей, а сами дрожжевые микроорганизмы Pichia pastoris или Faex medicinalis, или Saccaromicete spp, или их комбинации, предварительно обработанные в ультразвуковом генераторе. Использование обогащенной и активированной соляной кислотой монтмориллонитсодержащей глины в сочетании с кормовыми дрожжами позволяет получить комплекс положительных эффектов: минимизировать побочное влияние монтмориллонита на сорбцию питательных веществ в корме, нормализовать метаболизм в желудочно-кишечном тракте животных, повысить сорбцию микотоксинов, а также увеличить введение микробиологического белка и витаминов за счет кормовых дрожжей. Следовательно заявленная группа изобретений расширяет ассортимент композиционных сорбентов на основе МСГ, которые могут быть использованы в качестве кормовых добавок, способствующих нейтрализации микотоксинов в кормах и улучшению перистальтики желудочно-кишечного тракта, при этом не оказывая аллергическое, местнораздражающее, кумулятивное, мутагенное, тератогенное и канцерогенное действие.

Состав предложенной биокомпозитной добавки может включать, но не обязательно, дополнения в виде аминокислот аланина и/или лейцина, витаминов, микроэлементов типа гематита, кальцита, эссенциальных жирных кислот, и других биологически-активных веществ.

Изобретение характеризуют следующие графические материалы:

Фиг. 1 Сравнительная характеристика сорбционной способности по поглощению красителя метиленовый голубой.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами его конкретного осуществления.

Пример 1

Проводят седиментационное обогащение монтмориллонит содержащей глины в воде путем выдержки суспензии в течение 24 часов, взмучивают в течение одной минуты и отстаивают суспензию в течение 20 минут, затем отбирают надосадочную суспензию с размером глиняных частиц менее 10 мкм из верхнего 10-сантиметрового слоя, отстаивают еще 10 минут и после седиментации суспензии декантируют осветленную воду, затем сушат осадок обогащенной МСГ в сушильном шкафу при 70-105°С. При наличии соответствующего оборудования процесс сушки можно проводить при температуре до 900°С, что сокращает длительность процесса, но повышает его энергоемкость. После обогащенную МСГ измельчают до однородной консистенции. Затем МСГ активируют соляной кислотой 10%, в соотношении 1 часть глины на 2 части кислоты при комнатной температуре до прекращения выделения пузырьков газа, после чего промывают очищенной дистиллированной водой до нейтральной среды, сушат при температуре не более 105°C и измельчают на шаровой мельнице до размеров частиц не более 10 мкм.

Пример 2

Получение биокомпозиции с содержанием 20% МСГ

Биомассу дрожжей Pichia pastoris 500 г. заливают дистиллированной водой 100 – 300 мл в зависимости от степени уплотнённости биомассы и перемешивают до однородной массы с помощью магнитной мешалки в течение 15 мин. Затем обрабатывают в ультразвуковом генераторе при 1500 Гц (Криамид, Россия) по 10 мин. 4 раза, после каждой обработки охлаждают систему в течение 5 мин. Обработанную биомассу центрифугируют при 15000 об/мин, супернатант сливают, осадок биомассы нагревают до 40°C и при постоянном механическом перемешивании добавляют 125 г обогащенной МСГ. Смесь тщательно перемешивают в течение не менее 40 минут и подвергают мягкой сушке t=65°С до влажности не более 30%. Затем измельчают на шаровой мельнице до размеров частиц не более 10 мкм

Пример 3

Получение биокомпозиции с содержанием 15% МСГ.

Биомассу дрожжей Faex medicinalis 500 г заливают дистиллированной водой 100 – 300 мл в зависимости от степени уплотнённости биомассы и перемешивают до однородной массы с помощью магнитной мешалки в течение 15 мин. Затем обрабатывают в ультразвуковом генераторе при 1500 Гц (Криамид, Россия) по 10 мин. 4 раза, после каждой обработки охлаждают систему в течение 5 мин. Обработанную биомассу центрифугируют при 15000 об/мин, супернатант сливают, осадок биомассы нагревают до 40°C и при постоянном механическом перемешивании добавляют 88 г обогащенной МСГ. Смесь тщательно перемешивают в течение не менее 40 минут и подвергают мягкой сушке t=65°С до влажности не более 30%. Затем измельчают на шаровой мельнице до размеров частиц не более 10 мкм

Пример 4

Получение биокомпозиции с содержанием 10% МСГ.

Биомассу дрожжей Saccaromicete spp 500 г заливают дистиллированной водой 100 – 300 мл в зависимости от степени уплотнённости биомассы и перемешивают до однородной массы с помощью магнитной мешалки в течение 15 мин. Затем обрабатывают в ультразвуковом генераторе при 1500 Гц (Криамид, Россия) по 10 мин. 4 раза, после каждой обработки охлаждают систему в течение 5 мин. Обработанную биомассу центрифугируют при 15000 об/мин, супернатант сливают, осадок биомассы нагревают до 40°C и при постоянном механическом перемешивании добавляют 55,5 г обогащенной МСГ. Смесь тщательно перемешивают в течение не менее 40 минут и подвергают мягкой сушке t=65°С до влажности не более 30%. Затем измельчают на шаровой мельнице до размеров частиц не более 10 мкм

Пример 5.

Исследование адсорбционной эффективности биокомпозиции, приготовленной по способам 2, 3 и 4, а также препарата Микосорб по прототипу, проводили по методике, описанной в ГОСТ 4453-74. На фиг.1 представлена сравнительная характеристика адсорбционной способности заявленной композиции по поглощению красителя метиленовый голубой. Видно, что биокомпозиция, приготовленная по примерам 2, 3 и 4 обладает адсорбционной способностью в отношении красителя метиленового голубого почти в два раза большей, чем у прототипа.

Пример 6

Для определения сорбционной способности предложенного биокомпозита была использована стандартная методика – Метод In Vitro, описанный в источнике (Малков М.А., Богомолов В.В., Данькова Т.В., Краснов К.А. Микотоксины – стратегия устранения их влияния на организм сельскохозяйственных животных и птицы // Ценовик. 2012. – №1(181) – С.74–89). Согласно этому методу по разнице между величиной адсорбции токсинов за время нахождения в желудке и величиной десорбции токсина, освобожденного из сорбента за время нахождения корма в кишечнике, определяют практический коэффициент полезного действия (ПКПД), который является критерием оценки качества микосорбента. ПКПД имеет процентное выражение. Чем он выше (Net Efficiency), тем эффективнее адсорбция, и следовательно количество дезактивированного и связанного микотоксина возрастает. Сорбция микотоксинов определяется количественно путем изменения рН, что позволяет имитировать смену кислотности среды в пищеварительном тракте животных.

Для проведения исследований микотоксины фумонизин, Т-2 токсин и зеараленон, были получены в лабораторных условиях путём направленной контаминации в асептических условиях подсолнечного и соевого шрота токсигенными штаммами плесневых грибов родов Aspergillus ochraceus, Penicillium viridicatum, Fusarium graminearum с последующей их экстракцией и идентификацией с помощью методов ИФА.

Результаты определения ПКПД в отношении сорбционной эффективности заявленного биокомпозита, полученного по примерам 2, 3, 4 в сравнении с нативной глиной и прототипом приведены в таблице 1

Табл. 1.

Результаты исследования, приведенные в табл.1, показали, что ПКПД в отношении сорбционной эффективности заявленной биокомпозиции, полученной по примерам 2, 3 и 4, гораздо выше в сравнении с Микосорбом и нативной глиной.

Таким образом, поставленная задача по расширению ассортимента сорбентов и разработке биокомпозиции для использования в виде кормовой добавки для связывания микотоксинов, которая может быть применена при профилактике заболеваний желудочно-кишечного тракта и интоксикаций различной этиологии у сельскохозяйственных животных и птицы, а также способа ее получения, достигнута.