Использование некондиционного зерна в технологии комбикорма повышенной питательной ценности

На современном уровне развитая промышленности, в производстве комбикормов огромное значение придается экономии материальных ресурсов, снижению их себестоимости и выпуску комбикормов высокого качества. В Казахстане при производстве комбикормов существует проблема обеспечения комбикормовых предприятий в достаточном количестве качественным сырьем, позволяющим производить разнообразные комбикорма, сбалансированные по питательным веществам в соответствии с физиологическими потребностями сельскохозяйственных животных и птиц. Многие отрасли пищевой промышленности, перерабатывая сельскохозяйственное сырье, образуют отходы, большинство из которых являются вторичными сырьевыми ресурсами [1, 2].

Из всего многообразия сырья [3-8], используемого в промышленных технологических процессах, растительное сырье на сегодняшний день является перспективным возобновляемым ресурсом, который может быть использован в качестве субстрата для выращивания микроорганизмов и производства закваски. Вместе с тем, для биоконверсии могут использоваться не только сельскохозяйственные культуры, но и отходы растительного происхождения (шелуха, лузга, отруби), а также побочные продукты переработки сельскохозяйственного сырья (барда спиртовых заводов, меласса, рафинадная патока, жмыхи, отходы крахмалопаточных и сахарных заводов). В этом случае возможно утилизировать отходы, загрязняющие окружающую среду.

Возобновляемое растительное сырье представляет большой интерес для промышленной биотехнологии в кормопроизводстве [9].

На севере Казахстана основные источники возобновляемого сырья – возделываемые зерновые культуры. Являясь крупнейшей зерновой державой, Казахстан засевает большие территории гектаров зерновыми культурами, из них 70% отведено под пшеницу. В южных районах Казахстана выращивают подсолнечник, кукурузу, сою, рапс, рис, сахарную свеклу, многие овощи и фрукты. Казахстан имеет огромные ресурсы растительного сырья, что особенно способствует развитию биотехнологии. В силу чрезвычайной распространенности и восполняе-мости растительные углеводы могут служить прекрасным сырьем для целого ряда производств, в том числе и для микробиологических [10].

Поскольку Северный регион Казахстана находится в зоне рискованного земледелия, при существующей организации сельского хозяйства урожай на 80% зависит от погодных условий [1]. Дефицит продовольственных ресурсов, связанный со значительными колебаниями качественных и количественных показателей производимого зерна, приводит к необходимости приемки и переработки зерна, не соответствующего стандартам качества.

В то же время опыт работы предприятий, перерабатывающих зерно, свидетельствует о сравнительно низком уровне использования некондиционного зерна пшеницы, других злаковых и бобовых культур на продовольственные цели. Надо отметить, что традиционный подход к переработке поступающего на предприятие зерна заключается в предварительном доведении его качества до требований нормативной документации, с последующим направлением на переработку. Однако доведение качества зерна до требований стандартов не всегда технологически эффективно и экономически целесообразно, поэтому значительная часть некон- диционного зерна направляется на комбикормовые и технические цели.

Материалы и методы исследований

В качестве материалов для исследований использовали пшеницу фуражную, бобы соевые, шрот соевый, раствор лактозы.

Для выполнения работы использовали стандартные, общепринятые органолептические, физико-химические методы исследований.

Химические показатели сухих растительных ингредиентов и кормов: содержание азота и сырого протеина, воды, сырого жира, клетчатки, золы, фосфора, кальция, показатели качества жира определяли в соответствии с требованиями стандартов, применяемых в комбикормовой промышлен-ностипо ГОСТ 13496.4-93, 13496.3-92, 13496.15-97, 13496.2-91, 26226-95, 26657-97, 26570-95, 13496.18-85, 26593-85, 13496.1292; определение редуцирующих веществ по ГОСТ 12575-2001.

Результаты и их обсуждение

Разнообразие видов растительного сырья, которое может быть использовано для производства комбинированных кормов, диктует необходимость дифференцированного подхода к решению проблемы его биоконверсии, исходя из химических и физических свойств сырья, его локализации и экономических предпосылок.

В связи со сложившейся ситуацией все более актуальным в животноводстве становится расширение кормовой базы, в частности, использование нетрадиционных энергетических и белковых источников, т.е. повышение питательности малоценного кормового сырья и растительных отходов различных видов, в том числе и некондиционного зерна как недефицитного отхода полеводства.

Для исследований было выбрано сельскохозяйственное сырье, в частности некондиционное зерно пшеницы и отходы сои. Данный выбор обоснован утилизацией отходов сельскохозяйственного производства и актуальными проблемами кормового белка в Казахстане.

Посевы сои в нашей стране невелики, но постоянно расширяются. В мировом хозяйстве среди бобовых культур соя занимает первое место [11].

Существуют три основных способа переработки малоценного растительного сырья: физический, химический и биоло- гический [12-14]. Последний способ открывает для кормопроизводства неограниченные возможности.

Таким путем получается углеводнобелковый корм на основе малоценного растительного сырья, имеющий самое главное – высокую питательность [15]. В поисках более независимого и дешевого пути получения углеводно-белкового корма из некондиционного зерна в исследованиях было предложено вместо ферментных препаратов использовать специально разработанную закваску на основе соевой муки и шрота. Некондиционное зерно обрабатываем биологическим, то есть естественным способом с помощью специальных микроорганизмов, содержащихся в закваске, небольшое количество которой достаточно для обработки большого количества некондиционного зерна. При этом питательность зерна повышается более чем в 2 раза. Так 1 килограмм обработанного закваской некондиционного зерна по питательной ценности можно сравнить с 2-мя килограммами продовольственного зерна.

Некондиционное зерно – это материал, который обладает высоким содержанием углеводов – 70% и низким содержанием белка – 10-15% [15]. Кроме того, зерно в чистом виде плохо поедается скотом и имеет сравнительно низкую перевариваемость питательных веществ (табл. 1)[16].

Таблица 1 – Химический состав, переваримость и питательность некондиционного зерна [16]

Показатели	Пшеница фуражная
	Содержание, %
Сухого вещества	85,2
Протеина	12,3
Жира	2,3
Клетчатки	4,4
Сахаров	1,5
Золы	2,4
	Энергетическая ценность
Кормовые ед./кг	1,16
МДж/кг	11,4
	Содержание в 1 кг
Переваримого протеина, г	108,0
Аминокислот, г
лизина	3,9
метионина+цистина	4,1
триптофана	1,8
Макроэлементов, г:
кальция	1,9
фосфора	3,0
натрия	0,1
Микроэлементов, мг
меди	3,2
железа	41,0
йода	0,2

Плохая разрушаемость в желудочнокишечном тракте клетчатки и низкое содержание питательных веществ не позволяют кормить животных некондиционным зерном в больших количествах. Рационы, насыщенные некондиционным зерном, не обеспечивают высокую продуктивность животных. Разработка экологически безопасных биотехнологических процессов конверсии этого вида сырья способствует получению ценного корма направленного действия [17].

Для эффективной деструкции углеводного комплекса некондиционного зерна была использована закваска на основе соевой муки и соевого шрота.

Со слов ученого Шаблина П.А. [16]: молочнокислые бактерии многоштаммовых биопрепаратов пробиотического направле- ния оздоровят, «вылечат» почву, увеличат на 300-500% урожайность здоровых растений и повысят иммунитет человека за счет питания до такого уровня, чтоб он не нуждался в помощи врача.

Для возбуждения молочнокислого брожения используют не только чистые культуры определенных штаммов молочно-кислых бактерий, но и «спонтанное брожение», при котором соединение муки с водой активирует жизнь микроорганизмов (молочнокислых бактерий, дрожжей, плесени и др.), населяющих муку, а также ферменты муки. Возникающие биотехнологические процессы всего лишь требуют направить их в нужную сторону.

Для высокой сбраживающей способности закваски должны обладать достаточным количеством витаминов группы В, Е, РР, моносахаридов, микроэлементов, аминокислот, в том числе незаменимых, и другими биологически активными веществами. До- бавление в питательную среду измельчен -ной, пророщенной пшеницы, смеси пшеничной муки второго сорта и ржаной обой -ной в разных количествах и другие комби -нации питательной среды с большим содержанием отрубянистых частиц, богатых полисахаридами, микроэлементами, витаминами и аминокислотами, улучшало биосин -тетическую и кислотообразующую активность микрофлоры заквасок [16].

Для направленного культивирования полезной микрофлоры (дрожжей, молочнокислых бактерий) в питательных средах из муки различных сельскохозяйственных культур была принята соя, лидирующая по наличию незаменимой аминокислоты лизина, магния, железа, калия и суммы незаменимых аминокислот. На рис.1 представлена сравнительная диаграмма содержания важных элементов в различных злаковых и бобовых культурах (в мг/100г) [16].

Незаменимая аминокислота

Железо

Кремний

Магний

Калий

Сумма незаменимых аминокислот

Рисунок 1 - Содержание важных элементов в различных культурах [16]

Для приготовления закваски бобы сои очищали от сорной примеси, мыли под проточной водой, высушивали до влажности не более 15%, размалывали на лабораторной мельнице, просеивали через сито размером ячеек 0,6х0,6 мм.

Введение закваски осуществляли при рН 5,1-5,2 с внесением 0,5% раствора лак- тозы для активации молочнокислых бактерий, способных разрушить лактозу. К субстрату, состоящему из 1 части размола (0,6 части соевой муки и 0,4 части соевого шрота) и 2 части воды, нагретой до температуры 90-1000С, добавляли микробиологический препарат из расчета 0,1г на 1 кг субстрата и 0,5% раствора лактозы из расчета 100 г на 1 кг субстрата. Полученную таким образом закваску оставляли для созревания на 6 ч, а без лактозы на 12 часов при комнатной температуре.

Полученный таким образом посевной материал использовали при засеве некондиционного зерна. Для этого, в камеру объемом 3000 мл поместили измельченную пшеницу, увлажнили ее до содержания влаги 60% и добавили посевной материал. Ферментацию проводили в течение 3 суток (72 ч) в анаэробных условиях при температуре 250С с начальным рН 5,1-5,2. Спустя 36 часов в конце экспоненциальной фазы роста микроорганизмов для активации биосинтеза ферментов в субстрат вносили 0,5% раствора лактозы дискретно (из расчета 100 г на 1 кг сырья). Эффективность деструкции комплекса пшеницы оценивали по накоплению редуцирующих веществ в ферментолизате (табл. 2).

Таблица 2 – Эффективность процесса биодеструкции некондиционного зерна по накоплению редуцирующих веществ

Условия микробиологической обработки	Содержание редуцирующих веществ, %
	время микробиологической обработки, ч
	12	24	36	48	60	72
Без внесения раствора лактозы	2, 09+0,10	3,10+0,06	4,03+0,08	5,60+0,20	7,19+0,11	8,4+ 0,08
С внесением раствора лактозы через 36 часов ферментации	2, 09+0,10	3,10+0,06	5,03+0,06	6,40+0,09	9,10+0,01	9,40+0,09

Через 72 часа ферментации разрушилось 51% клетчатки зерна. Содержание сырого протеина составило 12,8%, что на 4% больше, чем в нативной форме зерна пшеницы. Содержание редуцирующих веществ с внесением раствора лактозы на 23,3% больше, чем без внесения этого компонента.

Результаты исследования послужили основой для разработки технологической схемы получения кормового продукта с использованием закваски на основе соевой муки и шрота (рис. 2).

Рисунок 2 – Технологическая схема кормового продукта путем переработки некондиционного зерна с использованием закваски на основе соевой муки и шрота

Таким образом, обработка некондиционного зерна (пшеницы) закваской на основе соевой муки и соевого шрота снижает содержание клетчатки в среднем на 51%, увеличивает сырой протеин на 4%. Биодеструкция некондиционного зерна эффективна при внесении 0,5% раствора лактозы. Содержание редуцирующих веществ в продукте выше на 23,3%.

Результатом исследования является получение кормового продукта, богатого биологически активными пребиотическими, пробиотическими компонентами.

Полученные экспериментальные данные определяют основные направления переработки некондиционного зерна пшеницы микробиологической закваской на основе соевой муки и соевого шрота для получения осахаренного объемистого корма для дальнейшего применения в качестве кормового продукта в животноводстве.

Заключение, выводы

Проведенный анализ литературы показал, что несоблюдение условий уборки и хранения зерна приводит к образованию большого количества некондиционного зерна (пшеницы) с повышенным содержанием клетчатки и низким содержанием в нем сахара.

Ключевым вопросом для молочного животноводства также является проблема нехватки протеина.

В исследованиях обоснована возможность использования некондиционного зерна в качестве сырья для получения корма повышенной питательной ценности и утилизации отходов переработки сои в применяемой в технологическом цикле закваски.

Важной задачей стал поиск активных штаммов микроорганизмов, способных перерабатывать клетчатку, обладающую высокой устойчивостью к разложению микрофлорой.

Максимальный выход редуцирующих веществ явился основным показателем эффективности процесса деструкции клетчатки зерна пшеницы. При указанных условиях отмечено максимальное содержание белка в ферментолизатах. Глубинные биоферментации осуществлялись при режиме: pH 5,2 и температуре среды 25°С, что позволило считать данные параметры оптимальными.

Установлено, что при обработке закваской, приготовленной на основе соевой муки и шрота, некондиционного зерна пше- ницы возможно получение белково-угле-водных кормовых продуктов для животноводства с содержанием сырого протеина до 12,8%. Используемая закваска снижает содержание клетчатки в некондиционном зерне в среднем на 51% и увеличивает сырой протеин на 4%.

Целенаправленное использование микроорганизмов способствует получению кормов стабильного качества. Технологическое действие микроорганизмов связано с образованием специфических биологически активных компонентов: органических кислот, бактериоцинов, ферментов, витаминов и пр., что способствует улучшению санитарно-микробиологических, органолептических показателей готового продукта.

Такие ферменты, как протеаза, амилаза, целлюлаза и их комбинации гидролизуют белки, крахмал, клетчатку и способствуют лучшему усвоению их организмом животных, усиливают и нормализуют процессы пищеварения.

Таким образом, используя микроорганизмы в качестве продуцентов ферментов и кормового белка, решены задачи исследований – переработка некондиционного зерна пшеницы в производстве корма, получение белковой массы, утилизация соевого шро-та(отхода производства), которые могут быть источниками загрязнения окружающей среды.

Работа выполнена в 2020-2021 годах в рамках темы АР08956521 «Обоснование использования некондиционного зерна и побочных продуктов переработки растительного сырья в технологии приготовления комбинированного корма с повышенной питательной ценностью», финансируемой Министерством образования и науки Республики Казахстан.