Вологодский функциональный кормовой продукт
Богатырёва Елена Валерьевна, старший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Вологодский научный центр Российской академии наук» (ВолНЦ РАН), bogatyreva35@mail.ru
Фоменко Полина Анатольевна, старший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Вологодский научный центр Российской академии наук» (ВолНЦ РАН)
Куренкова Людмила Александровна, к.т.н., ассистент кафедры технологии молока и молочных продуктов, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
(ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА)
Забегалова Галина Николаевна, к.т.н., доцент кафедры технологии молока и молочных продуктов, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
(ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА)
Полянская Ирина Сергеевна, к.т.н., доцент кафедры технологии молока и молочных продуктов, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
(ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА)
· название статьи на английском языке - по центру;
· фамилия, имя, отчество (полностью), ученая степень, ученое звание, должность на английском языке;
· полное наименование организации (места работы) автора на английском языке;
· ключевые слова на английском языках (не более 7);
· аннотация на русском и английском языках;
Ключевые слова: функциональное кормление, функциональные кормовые продукты (ФКП), вторичное молочное сырьё, молочная сыворотка, биоэлементы
Аннотация. Недостатком известных функциональных кормовых продуктов для сельскохозяйственных животных является сложный или дорогой способ приготовления и применения препарата, или недостаточные функциональные свойства. Например, дрожжевые добавки для сельскохозяйственных животных имеют, как правило, высокую себестоимость, так как для их производства используется относительно дорогостоящее сырье: жмых, послеспиртовая барда, отруби и др. Публикация посвящена отработке опытной технологии производства функциональный кормовой продукт (ФКП) для сельскохозяйственных животных «Вологодский» и в частности изучению химического состава ФКП.
Вологодская область в сельскохозяйственном отношении является ведущей областью Европейского севера, одной из ведущих – по России. Старейший в России регион молочного животноводства, в котором производство молока сохраняет первостепенное значение, в настоящее время характеризуется снижением производства продуктов животноводства на фоне ухудшения кормовой базы [1]. При этом отечественные используемые кормовые добавки не могут нивелировать наиболее биологически эффективным и экономически целесообразным способом недостатки рационов, а зарубежные – существенно повышают стоимость статьи расходов кормление животных, и соответственно, себестоимость получаемого молока [2].
Кормление влияет не только на уровень продуктивности животных, но и на состояние здоровья, определяя продолжительность хозяйственного использованe.obкормление, включающее ФКП, помимо обычного питательного эффекта и обеспечения высокого уровня продуктивности, оказывает положительное влияние на физиологические процессы и функции организма, повышает иммунный статус животного и приспособленность его к внешним неблагоприятным факторам среды, обеспечивает быструю адаптацию животных к технологиям и стрессоустойчивость [2].
Наблюдающееся снижение качества кормов, включая их энергетическую и протеиновую питательность. Практически все виды используемых кормов относятся к группе низкопротеиновых, поэтому обеспеченность белком (в частности для КРС) не превышает 85 г, вместо 108 г. по нормам, что является одной из важнейших причин низкой продуктивности животных, повышенного расходов кормов на единицу продукции и ее высокой себестоимости.
В ведущих хозяйствах для устранения возрастающих требований к уровню балансирования рационов с повышением уровня молочной кормовые продуктивности коров, основывающемся на высоком качестве кормов, в рационах используют добавки отечественного и импортного производства.
Недостатоки используемых в хозяйствах Вологодской области ФКП-аналогов:
- высокая стоимость исходного сырья (зерна, отруби, сечка - 7-10 руб/кг; жмыхи, шроты – 17-34 руб/кг; спиртовая барда – 7-8 руб/кг)
- необходимость дополнительного использования премиксов.
Нами поставлена задача разработать функциональный кормовой продукт по себестоимости сопоставимый с наиболее дешёвыми аналогами: «Белтонин» (Россия); «Аквивист» (Китай); «Лаллеманд» (Украина); по эффективности превосходящую дорогие импортные аналоги, например, «И-Сак» (Великобритания).
Существующие разработки функционального кормового продукта из молочной сыворотки, в частности, разработанные на кафедре прикладной биотехнологии СевКавГТУ [3] разработаны с использованием пробиотиков, выделенных в других регионах, т. к. микробиоценоз каждого региона специфичен. Биологическое разнообразие лежит в основе биоценоза каждого региона. Уникальность Вологодской области как сельскохозяйственного животноводческого региона обусловлена редким разнотравьем сельскохозяйственных угодий. Сохранить эту уникальность – подзадача сохранения имиджа области как производителя высококачественной животноводческой продукции и натуральных молочных продуктов в частности. Заливные луга – наиболее полноценный источник питания высокопродуктивного КРС. Несомненно, микробиоценоз заливных лугов также имеет свою специфичность по составу пробиотической микробиоты.
Использование в животноводстве препаратов из пробиотических культур, выделенных из растений местных природных источников и от здоровых животных – дополнительный экологический фактор улучшения здоровья и продуктивности сельскохозяйственных животных.
Решение проблемы состоит в:
- системной селекции штаммов пробиотиков регионального биоценоза [4, 5];
- подборе консорциумов пробиотических микроорганизмов (дрожжей, пропионовокислых, молочнокислых культур и др.), симбиотически обеспечивающих максимальный пробиотический эффект на всех возможных уровнях иммуномодуляции и положительного влияния на здоровье и продуктивность животных;
- совершенствовании технологии наращивания их биомассы на дешевом местном сырье – молочной сыворотке;
- микробиальном переводе недорогих неорганических элементов в более усвояемые органические биоэлементы.
Ожидаемый результат - повышение рентабельности животноводства, производство молока-сырья сравнительно более высокого качества.
Технология позволяет получить функциональный кормовой продукт ФКП из отходов переработки молока, в частности молочной сыворотки, в условиях как мелких, так и крупных цехов по переработке сыворотки, а также непосредственно в животноводческих хозяйствах, обладающий свойствами широкого спектра функционального действия, связанного со свойствами биологически активных веществ, пробиотическим воздействием
Базовая технология заключается в:
- селекции штаммов пробиотиков биоценоза Вологодской области, накоплении их биомассы на питательной среде, полученной на основе молочной (творожной, подсырной) сыворотки с переводом неорганических элементов в органические биоэлементы;
- работе по созданию и испытанию известных дрожжевых пробиотиков
и селекции производственно-ценных мезофильных штаммов флоккулирующие дрожжей верхового брожения;
- системном скармливании полученных пробиотических кормовых добавок КРС и мониторинге животных, получающих разработанные функциональные продукты кормления (ФПК) для систематического совершенствования региональных ФПК.
Табллица 1. Экономические показатели проекта
| Показатели | Препарат «Белтотин» (Россия, Волжский гидролизный завод) | Препарат «И-Сак» (Великобритания) | Разработанный ФКП «Вологодский» |
| Норма выдачи кормовой добавки на голову КРС в сутки | 100 гр. | 10 гр. | 50 гр. |
| Стоимость 1 кг кормовой добавки | 16 руб | 600 руб | 28 руб |
| Удорожание суточного рациона КРС | 1,6 руб | 6 руб | 0,56 руб |
Объем рынка кормового белка Вологодской области - около 500 тонн в год. Планируемый охват КРС Вологодской обл. 40 тыс. голов.
Планируемая средняя суточная раздача кормовой добавки 20-50 г. Годовой объем производства и продаж - 240 тн. Это примерно 50% доли продаж по Вологодской области и меньше 1% в доле существующего рынка России. Себестоимость кормовой добавки 8 руб/кг. При торговой наценке 40%, цена продажи 28 руб/кг. Годовой объем реализации (на 3-й год реализации проекта) составит 6 720 000 тыс. руб. Ценовая политика и преимущества по сравнению с дешёвыми российскими аналогами, а так же политика импортозамещения, позволит расширить производство для потребителей других регионов. -70% прибыли планируется направить на развитие производства.
Исторический экскурс показывает, что кормовые дрожжи выпускались отечественной гидролизной промышленностью ещё с середины 1930-х годов, в качестве исходного сырья использовали также солому, кукурузные кочерыжки, опилки, очищенные парафины, сыворотку и др. Целесообразно использование этого опыта на современном витке становления животноводства.
Однако кормовые добавки и препараты не всегда включали в состав биологически важные элементы с учетом нутрициологического обеспеченности. Их биоэлементоз порождает функциональные заболевания. Также в составе препаратов допускается одновременное обогащение биоэлементами, находящимися в антагонистических отношениях [7]. При исследовании метаболизма 15 макро- и микроэлементов выявлено существование около 105 двусторонних и 455 трехсторонних отношений синергизма и антагонизма, которые необходимо учитывать для того, чтобы избежать потери одних элементов при обогащении продуктов другими.
В предложенном варианте ФКП найдены способы получения экономически и биологически эффективного препарата с повышенными пробиотическими, профилактическими и функциональными, в том числе иммуномодулирующими свойствами:
- замена дорогостоящего сырья на более дешёвое местное сырье: молочную (творожную, подсырную) сыворотку [8];
- использование консорциума из мезофильных рас дрожжей, не ферментирующих лактозу сыворотки, но дающих повышенный выход биологически полноценных протеинов и рас лактатсбраживающих дрожжей местного биоценоза, а также пропионовокислых микроорганизмов [9, 10];
- перевод недорогих неорганических форм элементов в более усвояемые и неантагонистичные по отношению друг к другу органические формы посредством микробиологической трансформации [11, 12];
- использование безмембранного метода концентрирования сыворотки [13].
Известно, что процент обеспеченности сельскохозяйственных животных биоэлементами от нормы в Вологодской области составляет (в %): цинк (30,8-45,7), сера (47,4-48,3), железо (153,1-156,2); йод (47,3-72,7), кобальт (16,9-28,3), медь (23,6-40,0) [14].
Проведенные нами исследования показали [14], что при ферментировании обогащённой творожной сыворотки биоэлементами: цинк, сера, йод, кобальт, медь; а также селеном в физиологичных концентрациях наблюдается многокомпонентный синергизм за счёт включения биоэлементов в метаболизм используемых рас дрожжей и пробиотических культур Propionibacterium, для биоэлементов кальциевой группы необходим подбор другого консорциума пробиотических штаммов.
Включение биоэлементов в метаболизм микроорганизмов опосредовано подтверждено более интенсивным развитием консорциума пробиотиков при обогащении среды биоэлементами: снижеие рН среды в контрольной выработке (в питательную среду не добавлены биоэлементы) составило 0, 14 ед рН, тогда как в опытном варианте выработки (все биоэлементы добавлены в половинном количестве от максимально возможного, см. ниже пример 1) – снижение рН составило 0,27 и накопление биомассы дрожжей было выше в 3-4 раза, чем в контроле.
Достоверно установлено, что дрожжи непосредственно оказывают положительное влияние на рост индигенных рубцовых бактерий. При скармливании дрожжевых пробиотических препаратов у опытных коров, по сравнению с контрольными, наблюдается более быстрое достижение максимального уровня надоя. Повышенное содержание сырого протеина в составе дрожжевых пробиотиков, некоторых витаминов и биоэлементов влияют на качество получаемого молока в рационе КРС, способствует возрастанию молочной продуктивности коров, в том числе за счёт стимулирования роста микроорганизмов рубца, переваривающих клетчатку, повышения поедаемости и усвоямости основных кормов. [15, 16].
Пропионовокислые бактерии Propionibacterium - восстанавливают нормобиоту кишечника. Они устойчивы к действию желчных кислот, выдерживают высокую кислотность, и образуют наибольшее число биологически активных соединений – летучих или короткоцепочечных жирные кислот КЦЖК и их солей (бутирата, пропионата), которые стимулируют рост бифидобактерий в толстом кишечнике [16]. В многочисленных экспериментах установлено: КЦЖК и их соли относятся к метаболитам, ответственным за энергообеспечение биопленки эпителия, активацию местного клеточного иммунитета и др.
Использование в ФКП пропионовокислых микроорганизмов в сочетании с кормовыми дрожжами обеспечивает большую эффективность, чем культуры в отдельности. Соотношение выбранных культур обеспечивает единство функциональных, в том числе пробиотических свойств готового продукта. Конкретный штаммовый состав может улучшаться в дальнейшем в сторону потенцирования локального иммунитета, антибиотических свойств (антагонизма по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам), в том числе посредством бактериоцинов; жизнеспособности в условиях кишечного микроокружения, адгезии к эпителию слизистой; увеличения полезного воздействия на микробиоту кишечника, и др. функциональных эффектов [17-19].
Ниже приведены варианты реализации изобретения [20].
Пример 1. В творожную сыворотку с содержанием 5,0 % сухих веществ добавляют минеральные компоненты:
карбамид в количестве 10 г /л,
натрий фосфорнокислый двузамещенный в количестве 2,5 г/л,
калий фосфорнокислый однозамещенный в количестве 2,0 г/л,
сернокислая медь пятиводная в количестве 0,5 г/л,
диоксид марганца в количестве 0,4 г/л,
сернокислый магний в количестве 0,2 г/л,
сернокислый цинк в количестве 0,1 г/л,
хлористый кобальт в количестве 10,0 мг/л,
йодид калия в количестве 2,0 мг/л,
селенит натрия в количестве 1,0 мг/л.
Сыворотка пастеризуется при (75+1) оС в течение 2 мин; охлаждается до (70+1) оС, добавляется сухой пектин в количестве 0,06%, 1 %-ный раствор хитозана в 2 %-ом растворе аскорбиновой кислоты в количестве 10 % от массы смеси и выдерживается при (70+1) оС, 10 мин., (70+1) оТ, затем охлажлается до (30+1) оС.
Засевают бактерии Lactobacillus casei и проводят процесс аэробной ферментации. При снижении pH среды на 1,0 единицу проводят засев молочной сыворотки культурой Propionibacterium freudenreichii и консорцимом кормовых дрожжей. Дальнейшее культивирование проводят в течение 36-48 ч при более интенсивной аэрации, поддерживая уровень растворенного кислорода 10% от насыщения.
Затем биомассу охлаждают до 10 оС, проводят отстаивание с последующей контаминацией пермеата, фильтрацию или сепарирование на сепараторе-творогоотделителе до массовой доли сухих веществ 47-50%.
В полученный белковый концентрат может быть добавлен консервант (в частности, цитрат натрия) с последующей расфасовкой в герметичную тару.
Пример 2. Белковый концентрат, полученный по Примеру 1 (без добавления консерванта) высушивают сублимационной сушкой с получением готового белкового продукта в виде порошка с массовой долей сухих веществ 80%.
Результаты исследования химического состава полученного по опытной технологии ФКП приведены в табл. 2.
Таблица 2 Показатели химического состава ФКП «Вологодский»
| Вид корма | Массовая доля сухого вещества, % | Массовая доля белка, % | Массовая доля углеводов, % |
| Кормовая добавка в пастообразной форме | 20,44 + 0,09 | 7,56 + 0,05 | 2,42 + 0,05 |
| Сыворотка (пермеат) | 6,36 + 0,02 | 1,40 + 0,05 | 1,85 + 0,04 |
Необходимо дальнейшее изучение как состава, в частности биоэлементного, так и биодоступности нутриентов пастообразного и сухого вариантов опытного продукта. Для пермеата необходима реализация дальнейшей переработки, как достаточно ценного вторичного сырья, содержащего белок и углеводы в количествах, превышающих «следовые».
Полученная кормовая добавка может рассматриваться как функциональный кормовой продукт по следующим признакам (по аналогии с функциональными пищевыми продуктами, которые включают не менее 15 % суточной дозы) по белку при рекомендуемой суточной норме скармливания белка КРС при массовой доли сухого вещества в продукте 80% - 50 г ФКП «Вологодский» в сутки. Необходимы исследования по уменьшению нормы скармливания разработанного ФКП для различных категорий КРС в связи с явлением улучшения перевариваемости основных кормов под действием ФКП.
Литературные источники
1. О Стратегии социально-экономического развития Вологодской области на период до 2030 года Проект. Постановление Правительства Вологодской области. 2018 г. [электронный ресурс] https://www.sokoladm.ru/sites/default/files/attachment/strategiya_2030_vologodskaya_oblast.pdf. - Заглавие с экрана.
2. Горшков В.В. Разработка научных основ функционального кормления крупного рогатого скота с использованием сельскохозяйственного и вторичного сырья, подвергнутого комплексным технологическим переработкам [Текст] / В.В. Горшков // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - № 9 (155), 2017. - С. 125-128.
3. Панова Н.М. Функциональные кормовые добавки на основе сыворотки [Текст] / Н.М. Панова, А.Г. Храмцов, О.В. Меркулова // Молочная промышленность. - 2012. - №7. – С. 70
4. Вологодский в программах предакселерации GenerationS [электронный ресурс] / Селекция пробиотиков биоценоза Вологодской области для нужд сельского хозяйства и разработка технологий наращивания их биомассы на среде с использованием молочной сыворотки с микробиальным переводом неорганических биоэлементов. https://economy.gov35.ru/press-centre/news/Vologodskiy_Biznes-inkubator_obespechit_prodvizhenie_treh_proektov_vologodskih_predprinimateley_v_pr_2441// - Заглавие с экрана.
5. Берсенёва Т. А.. Пробиотики для животных в общем биоценозе // Достижения современной науки. – 2016. – С. 92-95.
6. Берсенёва Т.А. Способ производства функционального кормового продукта для КРС [Текст] / Т.А. Берсенёва, Е.Ю. Неронова, Е.Н. Закрепина, А.С. Тераевич, рук. И.С. Полянская // Инновационные научные исследования: теория, методология, практика. - 2017. – С. 107-112.
7. Патент RU № 2287302. Способ обогащения минеральными веществами пищевого продукта.
8. Корюкина М.В., Тераевич А.С., Берсенёва Т.А.; рук. Полянская И.С. Среда для пропионовокислых бактерий // INTEGRATION PROCESSES IN SCIENCE IN MODERN CONDITIONS. 2016 г. С. 130-134
9. Берсенёва Т. А.. Пробиотики для животных в общем биоценозе // Достижения современной науки. – 2016. – С. 92-95
10. Корюкина М.В., Закрепина Е.Н., Полянская И.С., Воробьёва Е.А. Селекция чистых культур пробиотиков. Естественный отбор // Science Time. 2016. № 6 (30). С. 158-164.
11. Тераевич А.С., Полянская И.С., Симанова И.Н., Бадеева О.В. Кормовая добавки для КРС на основе дрожжевого белка, обогащенная биоэлементами кальциевой группы // Электронный научный журнал. 2016. № 1 (4). С. 59-67.
12 Полянская И.С., Закрепина Е.Н. Оптимизация состава питательной среды для пробиотиков на основе сыворотки // Электронный научный журнал. 2016. № 2 (5). С. 32-36.
13. Бакулин А.В., Лопатин С.А., Щербинина Т.С., Варламов В.П., Курченко В.П., Ботина С.Г., Агаркова Е.Ю., Харитонов В.Д.Удаление ẞ-глобулина из молочной сыворотки с помошью хитозана // Молочная промышленность. 2012. № 11. С. 62-64.
14. Тераевич А.С., Полянская И.С., Серебряков И.А. Обогащение биоэлементами группы цинка и меди рационов КРС // Science Time. 2016. № 1 (25). С. 491-495.
15. Смирнова Л.В., Механикова М.В., Хоштария Е.Е. Кормовые дрожжи в рационах молочных коров. Вологда-Молочное. 2014. 104 с.
16. Тераевич А.С., Полянская И.С., Закрепина Е.Н. Аллохтонные пробиотики в животноводстве // Электронный научный журнал. 2016. № 7 (10). С. 38-42.
17. Полянская И.С., Тераевич А.С., Новокшанова А.Л., Забегалова Г.Н. Нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические основы разработки и производства продуктов с пробиотиками. Вологда-Молочное. ИЦ ВГМХА. 2013. 200 с.
18. Полянская И.С., Топал О.И., Новокшанова А.Л., Тераевич А.С. Зависимость пробиотического эффекта от конкретного вида и штамма пробиотика //ACHIEVEMENT OF HIGH SCHOOL. 2013. С. 25-30.
19. Тераевич А.С., Полянская И.С., Корюкина М.В. Эффективные пробиотики в животноводстве. Подбор, получение и применение / /Saarbrucken, 2016.
20. Патент RU 2652155 Способ производства функционального кормового продукта для сельскохозяйственных животных