Побочные продукты пивоварения в качестве кормовой добавки для роста африканского клариевого сома

Африканские клариевые сомы ( Clarias gariepinus ) - один из видов разнообразных усатых рыб, высокорентабельный объект промышленного рыбоводства. В природе они населяют пресные, преимущественно теплые воды Африки, Юго-Восточной и Малой Азии. В Россию для культивации в неволе были завезены в 1994 году. Африканские сомы - хищники. Однако известно, что они хорошо растут на кормах с невысоким содержанием животного протеина (рыбная, мясокостная мука)

в результате замены их в рецептах кормов другими видами близкими по содержанию питательных веществ [2-4], для нормализации структуры кишечного микробиоценоза в корма добавляют пробиотики [5, 6].

На полигонах предприятий пивоваренной промышленности России ежегодно скапливается большое количество солодовой дробины, которая ценна тем, что содержит высокое число пищевых волокон (оболочку и нерастворимую часть зерна), сухих веществ с высоким уровнем протеина (12-15%) [7-9].

Сырая дробина без дополнительной обработки применяется в качестве корма для жвачных животных. Известен способ переработки растительной матрицы дробины в условиях ферментативного гидролиза, с помощью применения специально выделенных культур микроорганизмов (Bacillussubtilis) и коммерческих ферментных препаратов [10, 11]. Ферментативное воздействие является наиболее щадящим способом переработки вторичных ресурсов. Такое воздействие используется для разрыхления клеточной стенки клетчатки солодовой дробины, гидролиза крахмала, тем самым повышается ее пищевая ценность: клетчатка, белок и продукты их гидролиза становятся доступными.

Не менее ценными отходами пивоварения являются отработанные дрожжи преимущественно Saccharomyces cerevisiae , но также и другие виды, которые могут быть пробиотическими, прежде всего за счет содержащихся в них ферментов, незаменимых аминокислот, витаминов, легко усвояемого белка и микроэлементов [12]. В составе отработанных дрожжей могут присутствовать бактерии, дикие дрожжи, молочнокислые микроорганизмы, перешедшие из сырья или окружающей среды, формируя сложный микробный профиль, ценный для производства кормов [13].

Установлено, что в присутствии молочнокислых бактерий повышается мальтазная активность дрожжей, один из основных факторов, характеризующих их биохимическую продуктивность [14], что способствует возможности для повторного их культивирования с целью ферментации растительного сырья для комбикормов.

Цель работы – раскрыть возможность переработки солодовой дробины с помощью отработанных дрожжей и использования ее в качестве кормовой добавки, обеспечивающей питание и рост африканского клариевого сома.

Условия, материалы и методы. Изучение кормовой добавки проведено на основании трех групп исследований: физико-химических, микробиологических и биологических. Физикохимические исследования свойств водного раствора солодовой дробины в процессе ее ферментации микроорганизмами отработанных дрожжей были проведены в Институте пищевых производств и биотехнологии ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».

Навеску дробины 200 г взвешивали и гомогенизировали в миксере, делили на две равные части. К каждой части поочередно добавляли картофельный крахмал (25 г) и заливали дистиллированной водой в избытке (1:4), выдерживали в течение суток.

Приготовление закваски на основе отработанных дрожжей проходило в два этапа: приготовление стартера и собственно закваски. Для приготовления стартера к закваске в емкость, содержащую свежеприготовленный остывший до комнатной температуры крахмальный клейстер (50 мл воды на 25 г крахмала), добавляли 10 г отработанных дрожжей, смесь выдерживали в течение 2-3 часов, после добавляли ее к первой части раствора солодовой дробины. Процесс брожения раствора дробины продолжался 2-3 суток. За это время наблюдалось постепенное выделение пузырьков газа, свидетельствующее о приспособлении микроорганизмов в отработанных дрожжах к среде и их размножении.

Для приготовления закваски использовали осадок продукта (гущу), полученного на первом этапе ферментации дробины. К осадку (10 г)

также добавляли клейстер, выдерживали смесь в течении 2-3 часов и соединяли со второй частью водного раствора солодовой дробины. Процесс брожения раствора дробины продолжался одни сутки.

Часть водного раствора в процессе ферментации дробины отбирали через определенные равные промежутки времени (1 ч), фильтровали и термостатировали.

Физико-химические свойства раствора изучали с помощью кондуктометра Xiaomi Mi TDS Pen (Китай) и электронного pН-метpа c ATC (Россия). Для определения окислительновосстановительного потенциала (ОВП) жидкостей использовали портативный электронный ОВП-метр. Все измерения проводили после выдерживания жидкостей в течение 5 мин в условиях термостатирования пpи 25±0,1°C. Относительные ошибки измерения рН и ОВП растворов не превышали 15%, электропроводности - 20%.

Микробиологические исследования проводили в Институте пищевых производств и биотехнологии ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» на кафедре пищевой биотехнологии по методике Е. В. Петухова ( Петухова Е. В., Крыницкая А. Ю., Канарская З. А. Пищевая микробиология: учебное пособие. Казань: КНИТУ, 2014. 117 с. ).

Полученный продукт исследовали на изменение органолептических (внешний вид, запах, вкус, консистенция) свойств, оцениваемые органами чувств (зрение, обоняние, вкус, осязание).

Биологические исследования были проведены в рамках научно-исследовательской работы кафедры физиологии, фармакологии и токсикологии института «Казанская академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана» Казанского ГАУ.

Рецептуру кормовой добавки составляли на основании существующих технологий производства ферментированных рыбных кормов для сомовых рыб. К выдержанной в течении времени смеси на основе дробины и отработанных дрожжей подмешивали рыбную муку, масла, гранулировали ее с помощью небольшой мясорубки и снова оставляли при комнатной температуре на один час, после высушивали в термостате при 50 ºC. Гранулы охлаждали при комнатной температуре и хранили в холодильнике.

Для выяснения влияния полученной (опытной) кормовой добавки на интенсивность роста и питания африканских клариевых сомов были выполнены эксперименты в условиях бассейна при температуре 24-25 °С при добавлении в суточный рацион в дозе 2% от массы рыбы в течении 60 суток. Стартовая масса посадочного материала составляла 160-180 г, общее количество экспериментальных рыб было 60 шт., по 30 особей в двух бассейнах (группах). В качестве контроля использовали экструдированный продукционный корм диаметром 6 мм для сомовых рыб «Биско» (Россия). Экспериментальную рыбу для исследований из бассейна отбирали случайным образом и взвешивали. В конце исследования были определены параметры интенсивности роста.

Результаты и обсуждение. Изучение физико-химических свойств водного раствора солодовой дробины в процессе ферментации с помощью закваски на основе микроорганизмов из отработанных дрожжей показало, что данный процесс завершается примерно за 12 часов, что свидетельствует о нарастании кислотности водного раствора до значения около 4,5-4,7 ед. (кривая 1), увеличения удельной электропроводности (χ) (кривая 2) и снижения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) (кривая 3) в данном интервале времени (рис. 1).

Рисунок 1 - Зависимость физико-химических свойств: рН (1), удельной электропроводности ( х ) (2), ОВП (3) водного раствора солодовой дробины в среде отработанных пивных дрожжей от времени выдержки, 25 °С

Пониженное значение ОВП (около 60 мВ) раствора дробины в среде микроорганизмов отработанных пивных дрожжей после 12 часов выдержки, свидетельствует о способности последних усиливать антиоксидантные свойства раствора. Наши данные коррелируют с данными исследования Л. Г. Креккера, Е. В. Колосовой (2020), показавших, что антиоксидантная активность в результате размножения микрофлоры связана с количеством водорастворимых пептидов, образуемых в процессе созревания кисломолочных продуктов, синтезом комплекса витаминов, увеличением доли белка, и как следствие спектра заменимых и незаменимых аминокислот [15].

Удельная электропроводность ( χ ) раствора солодовой дробины в процессе ее ферментации в течении первых 8-10 ч выдержки достигает более 6500 мкСм/см, что доказывает наличие большого количества ионов (минеральных солей, микроэлементов), перешедших из сырья в раствор.

Выдержка дробины в среде микроорганизмов отработанных дрожжей более двенадцати часов приводит к небольшому повышению кислотности среды (кривая 1) (вероятно, происходит постепенное накопление уксусной кислоты вместо молочной) и дальнейшему понижению окислительно-восстановительного потенциала (кривая 3) (рис. 1), что может свидетельствовать о накоплении антиоксидантов в виде полифенолов органических кислот, полученных из сырья в процессе ферментации.

Были проведены микробиологические исследования. В образце раствора солодовой дробины в среде отработанных дрожжей обнаружено большое количество заквасочной микрофлоры и пробиотических микроорганизмов, встречающихся в окружающей среде вместе с дрожжами. Присутствие патогенных и токсигенных микроорганизмов не обнаружено. По данным исследованиям можно предположить, что при ферментации солодовой дробины закваской на основе микроорганизмов отработанных дрожжей, происходит одновременно процесс спиртового и молочнокислого брожения.

По результатам органолептической оценки отмечен чистый, свойственный исходному сырью аромат ферментированного продукта, отсутствие посторонних запахов, хорошая насыщенность углекислым газом естественного происхождения.

Наблюдения за поведением рыб в период кормления кормовой добавкой на основе ферментированной солодовой дробины показали, что опытная группа сомов интенсивно его потребляла. Рыбы были активными, в воде наблюдался выброс твердых фекальных масс, свидетельствующий о нормальной работе кишечного микробиоценоза. К концу опыта конечная масса африканских клариевых сомов увеличилась в 2 раза, среднесуточный прирост массы тела рыб составлял 2,5% за первые 30 дней кормления и 2,2% - за вторые 30 дней кормления. (табл. 1).

Таблица 1 - Показатели продуктивности африканских клариевых сомов

Показатель	Контрольная	Опытная
1 сутки опыта
Живая масса рыбы, г	172,0 ± 10,4		171,8 ± 10,1
Среднесуточный прирост, г	1,2 ± 0,6		1,0 ± 0,4
Выживаемость рыб, %	100,0		100,0
30 сутки опыта
Живая масса рыбы, г	309,6 ± 10,2		299,4 ± 10,4*
Израсходовано корма, г	110,0 ± 4,8		100,8 ± 10,6
Среднесуточный прирост, г	4,58 ± 0,2		4,33 ± 0,2
Абсолютный прирост веса, г	137,6 ± 10,6		127,6 ± 10,4
Выживаемость рыб, %	100,0		100,0
Коэффициент конверсии корма	0,80		0,79
60 сутки опыта
Живая масса рыбы, г	500,6 ± 10,2		495,4 ± 11,2
Израсходовано корма, г	185,7 ± 6,4		200,0 ± 10,6
Среднесуточный прирост, г	6,36 ± 0,5		6,53 ± 0,3
Абсолютный прирост веса, г	191 ± 10,5		196 ± 10,8
Выживаемость рыб, %	100		100
Коэффициент конверсии корма	0,97		1,02

Примечание: * - р < 0,05

Затраты корма на один килограмм прироста рыбы составили 0,79-1,02 кг, что свидетельствует о высокой эффективности использования корма. Не исключено, что более высокий коэффициент конверсии корма во 2-й половине опыта обусловлен физическими свойствами гранул: низкой водостойкостью. Однако для двух этапов эксперимента коэффициент конверсии корма получился около единицы, что определяет его высокую экономическую эффективность.

Выводы. В результате проведенных исследований доказана возможность использования осадка из отработанных дрожжей пивоваренного производства в процессе гидролиза солодовой дробины. Микроорганизмы в составе отработанных дрожжей оказывают энергичное воздействие на ферментацию солодовой дробины, способствуют увеличению содержания в ней минеральных солей и микроэлементов, проявлению антиоксидантных свойств сырья. В зависимости от времени культивирования ферментирующая способность отработанных дрожжей возрастает до определенного предела, а затем снижается. Установлено, что оптимальное время ферментации солодовой дробины в среде оста- точных пивных дрожжей составляет 8-10 часов.

Совместное применение отработанных дрожжей и солодовой дробины в качестве кормовой добавки отвечает физиологическим потребностям африканских клариевых сомов, оказывает положительное влияние на показатели роста.

На основании сравнения двух способов кормления установлено, что сомы, получавшие новую ферментированную добавку на основе солодовой дробины, имели живую массу, сопоставимую с контрольным аналогом (коммерческим ферментированным кормом), при практически одинаковом расходовании кормов. Конверсия корма была около 1 ед., сопоставима с контрольными значениями.

Приведенные в работе результаты создают предпосылки для разработки технологии переработки отходов пивоваренной промышленности и внедрения ее на производстве новых видов рыбных комбикормов для африканских кларие-вых сомов. Основные преимущества предлагаемой технологии: создание новых источников дешевых высокопитательных кормов, в котором так нуждаются рыбоводные предприятия.