Обоснование применения хитина и хитозана для псевдокапсулирования рыбных комбикормов

Ограничения используемых в промышленности технологий производства комбикормов для ценных пород рыб с использованием рыбной муки и рыбьего жира не позволяют обеспечить высокие темпы развития аквакультуры. Среди наиболее перспективных направлений технологий при производстве кормов для аквакультуры эксперты называют применение альтернативных источников протеина, в т. ч. растительного происхождения. В дальнейшем можно ожидать сокращения использования в кормах рыбной муки до 10% sпри увеличении растительного протеина до 69%, а новых компонентов – до 10% [9].

Современные технологии производства аквакомбикормов для ценных пород рыб основаны на использовании экструзионной обработки многокомпонентной смеси для придания различной плавучести и регулируемой скорости погружения получаемого комбикорма. Экструзионная технология позволит вводить в продукт большое количество жира – до 35–40%, достичь высокого (до 90%) уровня расщепления крахмала. Экструдированный продукт имеет высокую водостойкость, сохраняет свою форму [3]. Применение более глубокой гидробаротермиче-ской обработки совместно с вакуумным эмульгированием жидких компонентов и жира позволит выйти на создание комбикормов с программируемыми свойствами, максимально адаптированные для разных пород ценных рыб [2, 9].

В своей работе Parker R. [13] проанализировал влияние включения побочных продуктов животного происхождения в комбикорма для атлантического лосося. Автор пришел к выводу, что такое использование ресурсов может способствовать снижению экологической нагрузки в аквакультуре, однако одновременно влияет и на качество конечной продукции. Величина этого эффекта зависит от метода распределения, выбранного для обработки продуктов и побочных продуктов в системах кормления. Производство австралийского лосося ( Salmo salar ) характеризуется возможностью широкого включения в корма побочных продуктов животного происхождения (птицеводства и мясного скотоводства), что предлагает решения для снижения экологической нагрузки, связанной с утилизацией этих ресурсов.

Ученые [11] представили исследования, в которых оценивалась возможность кормления готового корма для молодых озерных осетровых Acipenser fulvescens и определялась оптимальная скорость подачи мягко-влажного корма на показатели роста и состав всего тела рыбы. Оптимальные скорости кормления, основанные

Коллективом под руководством Liland N.S. [12] исследовали влияние пищевых растительных масел на накопление липидов в кишечнике у атлантического лосося. Рыбу кормили комбикормом с высоким содержанием растительного белка и рыбьего жира, заменяемого оливковым маслом, рапсовым маслом, либо соевым маслом. Были отмечены задержки переноса липидов в рапсовом масле, возможно, вызванные высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот.

В научной литературе представлены данные [10] об изучении влияния плодов шиповника и сафлора (Rose hip ( Rosa canina ) и Safflower ( Carthamus tinctorius )) на показатели роста, гематологические, биохимические параметры и врожденный иммунный ответ у молодой белуги Huso huso. Рыбы (26,3 ± 0,4 г) выделялись в 15 резервуаров (20 рыб на один резервуар), а трижды группы получали контрольную диету или диеты, содержащие 1 и 2% лекарственных трав, соответственно. Коэффициент конверсии корма (FCR), удельный темп роста (SGR) и коэффициент состояния (CF) не выявили значительных различий (P> 0,05) у рыб при травяных диетах. Значительные различия наблюдались в отношении количества лейкоцитов (WBC) и гемоглобина (Hb) среди диетических методов лечения. Уровни сывороточной аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ) были значительно ниже в дозированных группах диеты по сравнению с контролем. Врожденные иммунные реакции (активность лизоцима и ACH50) были значительно выше у 2% рыбы, питавшейся сафлором, по сравнению с другими группами. Полученные данные свидетельствуют о том, что включение лекарственных трав в рацион может служить эффективной кормовой добавкой, положительно влияющей на физиологическое состояние и усиливаемой иммунный ответ у персидского осетра.

Было установлено [14], что включение в рацион рапсового и сафлорового масел влияет на показатели роста и профиль жирных кислот русского осетра (Acipenser gueldenstaedtii). При этом они заменили 50% рыбьего жира (FO) рапсовым маслом (СО) и сафлоровым маслом (SFO) в рационах русского осетра. Были составлены две изопротеиновые (48%) и изолид-ные (12%) диеты, объединяющие два источника масла (50% рыбьего жира + 50% рапсовым маслом или 50% рыбьего жира + 50% сафлорового масла). Диеты скармливали трем группам рыб в течение 15 недель дважды в день. При этом значимых различий между группами, получавшими рапсовое (СО) и сафлоровое (СФО) масла, по таким показателям, как прирост массы, удельная скорость роста, коэффициент конверсии корма и коэффициент эффективности белка, выявлено не было. Таким образом, частичная (50%) замена рыбьего жира на СО или СФО в рационе осетровых не оказывает негативного влияния на их рост, эффективность использования корма и жирнокислотный состав мышечной ткани.

Вышеприведенный анализ показывает, что доминирующим направлением повышения качества и усвояемости комбикормов для рыб является относительно высокое содержание липидов. Однако, для предотвращения прогоркания жиров необходимы технологии нанесения защитных оболочек, которые сводили к минимуму процессы окисления жиров, увеличивая тем самым продолжительность их хранения.

Предлагаемые многими исследователями [2–4, 6–8, 13, 14] научно-обоснованные полноценные рецептуры комбикормов для рыб имеют серьезный недостаток: содержащие в них питательные компоненты, минеральные и биологически активных веществ легко растворимы в воде. При их внесении в воду такие компоненты относительно быстро растворяются, переходя в жидкую фазу и снижая тем самым их количество, необходимое для полноценного питания рыб.

Отсутствие сбалансированных, высокоусвояемых комбикормов для ценных пород рыб создает трудности для воспроизводства и выращивания популяций ценных видов рыб – осетровых, сиговых, лососевых и других [2]. Получение псевдокапсулированных комбикормов предотвращает перенос водорастворимых веществ из корма в воду и обеспечивает их поступление в желудочно-кишечный тракт рыб [4, 5].

Анализ приведенных данных показывает, что недостаточное изучение общих закономерностей процессов получения псевдокапсулиро-ванных кормов рыб сдерживает использование новых, перспективных способов и разработку на их основе эффективных технологий, позволяющих увеличить не только усвояемость комбикормов, но и существенно повысить сроки их хранения. Поэтому важное значение приобретают задачи серьезного решения вопросов разработки научно обоснованных режимов осуществления технологических процессов и аппаратурного оформления технологий получения псевдокапсулированного комбикорма.

Материалы и методы

Выполненный аналитические исследования позволили выявить и обосновать выбор в качестве инертного носителя хитина – высокомолекулярного аминополисахарида, который является основным компонентом наружного скелета (панцирь и клешни) членистоногих и входит в состав клеточных стенок грибов, ряда бактерий и сине-зелёных водорослей.

Хитин (C 8 H 13 NO 5 ) n – биополимер группы азотсодержащих полисахаридов из остатков N-ацетилглюкозамина, связанных между собой β-(1→4)-гликозидными связями. Его отличительными особенностями являются: нерастворимость в воде из-за высокой степени кристалличности и прочной системы водородных связей, механическая прочность, термостойкость (устойчивость к высоким температурам), химическая инертность (он устойчив к воздействию кислот и щелочей при умеренных температурах), неток-сичность и биоразлагаемость, а также он обладает противомикробными свойствами [7].

При гидролизе хитина с концентрированной щелочью (NaOH) образуется хитозан, который представляет собой линейный полимер, состоящий из звеньев D-глюкозамина и оставшихся звеньев N-ацетилглюкозамина, соединённых β-(1,4)-гликозидными связями [8].

Чтобы получить хитин в чистом виде, из содержащих его органических веществ удаляют белок, кальций и другие минералы, переводя их в растворимую форму. В результате получается хитиновая крошка. Из-за способности хитина к абсорбированию покрытие из него предотвращает потерю влаги. Снижение активности воды на поверхности гранул комбикорма увеличивает время его хранения. Кроме того, хитозановая пленка понижает скорость распространения микробов в комбикорме, подавляет появление бактерии золотистого стафилококка и повышает продолжительность хранения, пленка из хитозана является практически прозрачной упаковкой.

Для оценки физико-механических свойств псевдокапсулированных комбикормов определяли следующие показатели: отбор проб – по ГОСТ 13496.0; объемную массу и угол естественного откоса – по ГОСТ 28254, гранулометрический состав частиц – по ГОСТ 13496.8. массовую долю белка в комбикорме методом Кьельдаля – по ГОСТ 13496.4–93, массовую долю сырого жира в комбикорме – по ГОСТ 13496.15–2016; определение запаха – по ГОСТ 13496.13; определение массовой доли влаги – по ГОСТ 13496.3; определение крошимости – по ГОСТ 28497; определение водостойкости – по ГОСТ 28758, наличие патогенной микрофлоры (ГОСТ 31708, 31878).

Твердость псевдокапсулированных гранул ( H ) определялась по отношению максимальной силы ( F ), разделенной на средний диаметр анализируемой гранулы ( d ). Полученные значения твердости аппроксимировались средними значениями по всем проведенным опытам.

Плавучесть псевдокапсулированных гранул определялась следующим образом. В стеклянный сосуд диаметром 200 мм с 4 л воды осторожно помещались пятьдесят гранул. Плавающие гранулы были подсчитаны после 30 с. В зависимости от полученной количества плавающих гранул образцы классифицировались следующим образом: если количество плавающих гранул было менее 30%, то считали, что это тонущие гранулы, если от 30% до 70% – то полуплавающие гранулы и если более 70% – то плавающие гранулы.

Для определения прочности 350 г псевдо-капсулированных гранул были просеяны на рассеве с размером отверстий от 1,0 мм до 7,1 мм. Во всех опытах измельченные гранулы составляли менее 0,1% от начальной массы образца.

Результаты

Технология производства псевдокапсу-лированного аквакорма для ценных пород рыб, позволяющая получать тонущие, медленно тонущие и плавающие корма, включала следующие основные операции: формирование исходной смеси компонентов комбикорма в соответствие с заданной рецептурой, смешивание, влаготепловая обработка в кондиционере-пропаривателе, экструдирование, высушивание-охлаждение экструдированных гранул с влажностью 20–25% до влажности 8%. Затем гранулы помещались в вакуумный напылитель, в котором создавался вакуум 200–300 mbar. После этого на поверхность гранул наносились жидкие компоненты: (белково-витаминно-липидный комплекс, улучши-тели, ароматизаторы, и т. д.), в количестве до 40%. Далее в вакуумный напылитель подавался воздух, под давлением которого жидкие компоненты проникают в поры гранул. При этом поверхность гранул комбикорма покрывается маслом, которое поступают по капиллярам вглубь гранул [3]. Вакуумная пропитка гранул маслом придает им эстетичный вид с однородной выровненной поверхностью, более эластичной оболочкой, лучше защищенной от истирания.

На завершающем этапе вводились инертные оболочки для нанесения их на наружную поверхность гранул. Нанесение инертных оболочек

Объектом исследования являлись псевдо-капсулированные комбикорма для осетровых рыб: стартовый для рыб массой от 5 г до 100 г [1] и продукционный для рыб массой от 100 г и более. За основу были взяты рецепты рыбных комбикормов, разработанные проф. Пономаревым С.В. [9], которые были доработаны в соответствие с технологией вакуумного напыления [2, 3].

При корректировке состава рецептов псе-докапсулированных комбикормов использовали известные данные о потребности рыб в протеине, липидах, углеводах, минеральных веществах, а также в незаменимых аминокислотах [9].

Были проведены исследования по определению эффективности скармливания псевдо-капсулированных комбикормов в кормлении осетровых рыб на крестьянском фермерском хозяйстве (КФХ) Малахов А.Е, которые показали, что их применение способствует снижению затрат корма на единицу произведённой продукции на 8–12% за счет лучшей переваримости питательных веществ, повышает усвояемость рыбами комбикормов на 10–12% и привесы рыб на 10–12% и снижают конверсию корма на 15%.

В зависимости от стадий развития осетровых рыб использовались стартовый комбикорм, предназначенный для молоди массой около 5 г, обладающих к началу активного питания пищеварительной системой, и продукционный комбикорм для рыб массой свыше 100 г.

При этом стартовые комбикорма должны содержать не менее 45–50% сырого протеина, 11–15% жира, 15–20% безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ), клетчатки не более 2%, 10–12% минеральных веществ и 12–15 тыс. кДж переваримой энергии на 1 кг корма, а продукционные корма – не менее 40–45% протеина, 7–15% жира, 20–25% БЭВ, не более 3% клетчатки, 10–15% минеральных веществ и не менее 10–12 тыс. кДж переваримой энергии на 1 кг кормосмеси [9].

Всем этим требованиям удовлетворяют псевдокапсулированные комбикорма для осетровых рыб, рецептуры которых приведены в таблице 1.

Качество псевдокапсулированных комбикормов для ценных пород рыб оценивали по микробиологическим показателям (таблица 2).

Таблица 1.

Рецепты и основные показатели псевдокапсулированных комбикормов, %

Table 1.

Recipes and main indicators of pseudo-encapsulated compound feeds, %

Компоненты | Ingredients	Рецепт комбикорма для осетровых | Recipe
	стартовых | start	продукционных | production
Мука рыбная | Fishmeal	42	37
Мука мясокостная | Meat and bone meal	12	3,4
Мука кровяная | Blood meal	2	5
Мука водорослевая | Seaweed meal	–
Обрат сухой | Dried whey	–
Дрожжи кормовые | Feed yeast	10	9
Пшеница мелкого помола | Finely ground wheat	10	12,8
Шрот соевый | Soybean meal	10	19,2
Витазар | Vitazar	5	5
Рыбий жир | Fish oil	–	3
Масло растительное | Vegetable oil	–	3
Глютен | Gluten	12
Фосфатиды | Phosphatides	–
Премикс ПФ-2В | PF 2B premix	1,0	1,0
Хитозан | Chitosan	1,0	1,6
Содержание основных питательных веществ, % | Content of essential nutrients, %
Сырой протеин | Crude protein	45,5	44,3
Сырой жир | Crude fat	9,7	10,0
Сырая клетчатка | Crude fiber	22,9	32,4
БЭВ | Natural extracts	2,2	1,4
Лизин | Lysine	2,5	2,4
Метионин+цистин | Methionine + cystine	1,3	1,2
Триптофан | Tryptophan	14,3	13,8
Обменная энергия, МДж/кг | Metabolizable energy, MJ/kg	45,5	44,3

Таблица 2.

Микробиологические показатели псевдокапсулированных комбикорма

Table 2.

Microbiological parameters of pseudo-encapsulated compound feed

Показатель	Допустимые значения	Образец
КМАФАнМ, КОЕ/г, не более | QMAFAnM, CFU/g, no more than	1×1Е4	0,4×1Е4
масса продукта (г), в которой не допускаются: | Product weight (g), in following are not allowed:
БГКП (колиформы) | Coliforms	1,0	–
Патогенные, в т. ч. сальмонеллы | Pathogenic, including Salmonella	25	–
Bcereus | Bcereus	0,1	–
Плесени, КОЕ/г, не более | Molds, CFU/g, no more than	50	–

Анализ данных, приведенных в таблице 2 показывает, что предлагаемый псевдокапсули-рованный комбикорм экологически чистый, имеет улучшенное санитарное состояние.

Заключение

• 1.    Использование в качестве инертного носителя для псевдокапсулирования гранул комбикорма хитина и хитозана показало, что они нерастворимы в воде имеют высокую механическая прочность, устойчивость к высоким температурам, нетоксичность и биоразлагаемость, и обладают противомикробными свойствами. Установлено, что хитиновая пленка понижает скорость распространения микробов в комбикорме, подавляет

• 2.    Проведенные исследования по определению эффективности скармливания псевдо-капсулированных комбикормов в кормлении осетровых рыб показали, что их применение способствует снижению затрат корма на единицу произведённой продукции на 8–12% за счет лучшей переваримости питательных веществ, повышает усвояемость рыбами комбикормов на 10–12% и привесы ценных пород рыб на 10–12% и снижают конверсию корма на 15%.

• 3.    Предлагаемый псевдокапсулированный комбикорм экологически чистый, имеет улучшенное санитарное состояние.

появление бактерии золотистого стафилококка и повышает продолжительность хранения.