ПЕРЕРАБОТКА ЗЕРНА НА КОРМОВЫЕ САХАРА ДЛЯ ЖИВОТНЫХ

ЖИВОТНОВОДСТВО
И КОРМОПРОИЗВОДСТВО
НТП:
НТП:
ЖИВОТНОВОДСТВО
И КОРМОПРОИЗВОДСТВО
УДК 619:613.3:579.62.636.4.
ПЕРЕРАБОТКА ЗЕРНА НА КОРМОВЫЕ САХАРА
ДЛЯ ЖИВОТНЫХ
К.Я. МОТОВИЛОВ, член-корреспондент РАСХН,
директор
Сибирский НИИ переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии
Н.А. ШКИЛЬ, доктор ветеринарных наук, зам. директора
ИЭВСиДВ Россельхозакадемии
В.В. АКСЕНОВ, кандидат химических наук,
Сибирский НИИ переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии
А.И. АДОНИН, директор
НПФ «Станица»
Г.Ф. ПИДЕНКО, главный зоотехник
ЗАО Племзавод «Ирмень»
А.Ю.РАМАЗАНОВ, директор
ООО «Центр вихревых технологий»
Д.Н. ЛУКЬЯНЕНКО, директор
ООО «Агроинновации»
Резюме. В рационах крупного рогатого скота на животноводческих фермах России устойчиво фиксируется недостаток
легкоусвояемых углеводов в пределах 40…50 % от нормы.
Это приводит к нарушению всех физиологических процессов
в организме животных, снижению молочной продуктивности
и ряду других негативных последствий. Цель наших исследований – разработка и научное обоснование технологических
параметров переработки зернового сырья на кормовые патоки
с высоким содержанием глюкозы и мальтозы. В предлагаемой
технологии используются инновационные технические решения с элементами нанобиотехнологий (кавитация, ионизация и
ферментация). Такая переработка зернового сырья (пшеницы,
ржи , тритикале, голозерных овса и ячменя) приводит к полной
биоконверсии зернового крахмала с получением в зависимости
от вида сырья легко усвояемых углеводов в пределах 16…32 %.
Введение в рацион лактирующих коров зерновой кормовой добавки способствовало повышению молочной продуктивности на
8…11 %, увеличению содержания жира с 2,96 до 3,20...3,29 %,
лактозы – с 2,84 до 3,24 %, снижению затрат корма на производство молочной продукции на 8,1 %. У животных, в рационы
которых вносили зерновую патоку, значительно улучшились
биохимические показатели сыворотки крови. Таким образом,
использование технологических комплексов по переработке
собственного зернового сырья на кормовые патоки ведет к повышению рентабельности животноводческой отрасли .
Ключевые слова: инновационные технологии переработки
зерна, кормовые патоки, рационы, лактирующие коровы, рентабельность производства.
Одно из условий увеличения производства продукции животноводческой отрасли и реализации
генетического потенциала животных – полноценное
сбалансированное кормление.
В затратах на производство продукции животноводства стоимость кормов составляет 65…70 %, поэтому
их рациональное использование важно для снижения
себестоимости продукции и повышения рентабельности производства.
Современное состояние кормопроизводства и кормоприготовления во многих российских хозяйствах не в
полной мере удовлетворяют потребностям эффективного и научно-обоснованного ведения животноводческой
отрасли. Особо важно полноценное сбалансированное
кормление для высокопродуктивных животных.
На сегодняшний день ученые страны разработали
детализированные нормы, соблюдение которых предусматривает учет 25…30 показателей в зависимости от
Достижения науки и техники АПК, №10-2012
индивидуальных особенностей животного, уровня его
продуктивности и условий содержания.
В кормлении высокопродуктивных жвачных животных важны все компоненты питания, однако особая роль
принадлежит белкам (протеинам) и сахарам. Сахаропротеиновое соотношение в рационах животных может
колебаться в широких пределах – 1,1...1,7:1,0 (сахар :
протеин) по молекулярной массе.
Если потребность в протеине в большинстве животноводческих предприятий удовлетворяется почти
полностью, то дефицит легкоусвояемых углеводов носит
устойчивый характер и во многих российских хозяйствах
достигает 40…50 %. Годовая потребность в сахарах в рационах КРС в целом по РФ, по мнению экспертов, превышает 1 млн т и будет возрастать с увеличением поголовья
и молочной продуктивности животных (рис.1).
Рис. 1. Потребность лактирующих коров в сахарах, г на
голову в сутки.
Традиционные источники восполнения сахаров в
рационах КРС – корнеклубнеплоды (свекла, картофель,
морковь, турнепс и др.), сахарная меласса и гидролизные патоки.
Имеющиеся источники кормовых сахаров не дают
возможность полностью ликвидировать дефицит
углеводов в рационах животных и не отвечают современным требованиям, предъявляемым к технологиям
кормления.
Например, на одну корову в год необходимо от 1 до 7
т свеклы с содержанием сахаров 14…16 % в зависимости
от продуктивности животного. Выращивание этой культуры связано с высокими энергетическими и трудовыми
затратами. Кроме того, в процессе хранения содержание
сахаров в ней ежедневно снижается на 0,1 %.
Также следует отметить, что все корнеклубнеплоды,
как правило, аккумулируют нитраты, которые в организме
животных превращаются в нитриты и далее в нитрозоамины. Нитрит-ионы в количестве 1 мг блокируют 2000 мг
гемоглобина, а нитрозоамины – канцерогенные соединения, вызывающие раковые заболевания. Для хранения
корнеклубнеплодов нужны значительные площади, и их
часто складируют под открытым небом, что приводит
к сильной микробиологической обсеменённости этих
кормов и снижению их качества.
Сахарная меласса – отход сахароперерабатывающей
промышленности, предприятия которой сосредоточены
главным образом в Европейской части России. За Уралом
они практически отсутствуют. Доставка мелассы связана
со значительными транспортными расходами и другими издержками. В 1 кг сахарной мелассы содержится
43
НТП: ЖИВОТНОВОДСТВО И КОРМОПРОИЗВОДСТВО
1,7…8,6 г нитратов, что неблагоприятно сказывается на
ем критерия Стьюдента с доверительным интервалом
здоровье животных.
Р≥0,95.
Гидролизные сахара – побочный продукт целлюлозоРезультаты и обсуждение. Мы разработали и заперерабатывающей промышленности. Их практически
патентовали принципиально новую технологию глубокой
не используют сегодня, а производство приближено к
переработки зерновых крахмалоносов с использованием
крупным ЦБК. Иногда в развитых странах практикуют
элементов нанобиотехнологий в кормовые сахаропроиспользование кристаллических сахаров. Так, в Израиле
дукты с содержанием легкоусвояемых сахаров от 16 до
на одну лактирующую корову (годовой надой 12 000 кг)
32 % [1…3].
дают ежедневно до 3 кг кристаллической глюкозы. В РФ
Впервые в России для деполимеризации крахмала в
собственное производство кристаллической глюкозы
сахар применены процессы комплексного воздействия:
пищевого и кормового назначения отсутствует.
кавитации, ионизации и ферментации, что позволило
В мировой и отечественной практике комбикормового
значительно сократить время ее проведения, снизить запроизводства существуют различные способы и технотраты и получить экологически безопасную продукцию без
логии обработки зернового сырья с целью повышения
использования минеральных и органических кислот.
его питательной ценности: замачивание (с проращиваПредложены и обоснованы с фундаментальных понием); поджаривание; экструдирование; пропаривание
зиций с использованием элементов нанотехнологий
и плющение; «взрыв» в кипящем слое; микронизация;
направленные способы биоконверсии крахмалосодерэкструзия; экспандирование (кондиционирование под
жащего сырья в условиях физических воздействий с
давлением).
получением углеводов заданного состава.
Перечисленные технологии обладают рядом важных
При получении кормовых сахаров из зернового сырья
недостатков и высокими энергозатратами.
необходимо учитывать его вид, так как это оказывает
Практически все они идут при высокой температуре,
большое влияние на ход технологического процесса,
в результате чего биологически активные компоненты
содержание углеводов в патоке и, как следствие, на казерна (витамины, ферменты) частично или полностью
чество и стоимость получаемой продукции.
инактивируются, а белки денатурируются.
Технология биоконверсии зерна на кормовую патоку
Но самое главное – все упомянутые способы обравключает следующие основные этапы: подготовка зерна
ботки зерна обеспечивают незначительное превращение
(дробление или замачивание) и воды (электродиализная
крахмала в легко перевариваемые углеводы (сахара).
обработка), желатинизация и ферментативное разжижеНапример, экструдирование приводит к повышению
ние (проводятся в условиях кавитационных воздействий),
перевариваемости сухого вещества только на 2,1 %,
ферментативное осахаривание крахмалов (при газоорганического вещества – на 1,9, сырого протеина – на
вихревом перемешивании).
4,5, сырого жира – на 3,8 %. Кроме того, перечисленные
Измельчённое зерно порциями вносят в роторнотехнологии не сведены в единый процесс и не имеют
пульсационный аппарат с подготовленной водой, имеюбазового обеспечения надёжными техническими средщей рН 4,5…5,5. Соотношение между зерном и водой заствами.
висит от вида сырья и находится в диапазоне 1…1,5:3.
В связи с изложенным в животноводческой отрасВ ходе обработки водно-зерновая суспензия разоли остро назрела необходимость в таких технологиях,
гревается и гомогенизируется. Проведение ферментакоторые позволяли бы перерабатывать имеющееся в
тивной биоконверсии зерновых крахмалов в условиях
хозяйствах зерно в продукт, содержащий значительные
кавитационных воздействий способствует ускоренной
количества сахаров и делать это малозатратным и экоэрозии крахмальных гранул [4].
логически безопасным способом.
На стадии желатинизации температура поддерЦель наших исследований разработать и научно
живается в пределах 55…70°С в зависимости от исобосновать технологические параметры глубокой
ходного зернового сырья. Для разжижения добавляют
переработки зернового крахмалосодержащего сырья
мультиэнзимные композиции (МЭК-1). После этого
в кормовую патоку в условиях гидродинамических и
смесь перемещают в газо-вих ре вой ферментер и
электрофизических воздействий, а также исследовать
добавляют МЭК-2 с целью осахаривания крахмала.
влияние внесения патоки в рационы на продуктивность
Продолжительность этой стадии составляет около 4 ч.,
и здоровье животных.
температура – 60…65°С.
Условия, материалы и методы. Исследования проВ результате в условиях гидромеханических возводили с 2006 по 2011 гг. на одном из лучших российских
действий удается эффективно реализовать ферментаживотноводческих предприятий – ЗАО Племзавод «Иртивную биоконверсию зерновых крахмалов в продукт с
мень» (Новосибирская обл.). Основные экономические
содержанием легкоусвояемых углеводов до 28,84 % (см.
показатели оценивали на стаде 2400 коров чёрно-пёстрой
табл.). Наилучшее сырье для такой переработки – дропороды. Анализ проводили по молочной продуктивности
бленое зерно, при использовании которого отмечается
за 305 дн. лактации, массовой доле жира (по ГОСТ 5867)
самый высокий выход сахаров. Такая ситуация, на наш
и белка (по ГОСТ 25179 и по
Таблица. Химический состав кормовой патоки из ржаного и пшеничного
ГОСТ 23327) в молоке.
сырья, %
Биохимический анализ
Рожь
Пшеница
сыворотки крови животных
зерно зерно
зерно зерно
выполняли на приборе Star
замо- дроблё- мука отруби замо- дроблё- мука отруби
ченное
ное
ченное
ное
Fax 1904 по 18 показателям.
75,19
71,09
75,41
80,72
66,05
60,67
63,54
75,62
Использовали стандартные Влага
Сумма
кюветы с длиной оптического сахаров
6,12
19,32
18,36
5,84
6,96
28,84
27,69
9,45
пути 12 мм.
Крахмал
0,61
1,64
0,54
2,86
25,96
–
–
1,62
Весь материал обрабаты- Клетчатка 1,42
1,38
0,18
3,93
1,22
1,19
0,06
3,75
2,86
2,69
1,96
3,63
4,14
4,26
4,68
4,11
вали методом вариационной Протеин
0,42
0,49
0,19
0,11
0,66
0,86
1,12
0,12
статистики с использовани- Жир
44
Достижения науки и техники АПК, №10-2012
НТП: ЖИВОТНОВОДСТВО И КОРМОПРОИЗВОДСТВО
фосфора, калия, железа,
магния, белка, глюкозы (рис.
2), аланинаминотрасферазы,
общего билирубина, щелочной фасфатазы, холестирина
соответствовало физиологической норме (11 показателей
из 18 исследованных).
При этом, например, содержание глюкозы в контрольной группе соответствовало норме только у 50 %
животных, белка – у 70 %,
фосфора – у 60 %.
Таким образом, скармливание зерновой патоки
благоприятно повлияло на
Рис. 2. Динамика уровня глюкозы в сыворотке крови коров:
– опытная группа;
– состояние обмена веществ
контрольная группа.
у коров.
Стоимость сахаров, произведенных по новой
взгляд, связана с тем, что при использовании муки, часть
технологии в 3 раза дешевле, чем у полученных из
крахмала «уходит» с отрубями, а при замачивании зерна
корнеплодов. Внедрение новой технологии с учетом
легкорастворимые углеводы переходят в воду. Даже
положительных изменений комплекса таких показапри переработке в роторно-пульсационном аппарате
телей, как удой, жирность молока и содержание в нём
отрубей удается зафиксировать заметные количества
лактозы, позволит ежегодно получать прибыль по Но(от 5,84 до 9,45%) сахаров, что делает возможным их
восибирской области – 600 млн руб., по СФО – более
использование в качестве сахаровосполняющих добавок
5 млрд, а по России – более 42 млрд руб.
в рационах животных.
Выводы. Разработанная учеными СИБНИИП и ИЭВСкармливание лактирующим коровам кормовой патоСиДВ ресурсосберегающая, экологичная технология
ки из зерна пшеницы способствовало повышению жирпереработки зерновых крахмалоносов (ржи и пшеницы)
ности молока с 2,96 до 3,20...3,29 %, содержания лактозы
на кормовую патоку с содержанием легко переварив молоке – с 2,84 до 3,24 %, снижению затрат кормов на
ваемых сахаров от 16 до 32 % позволяет восполнить
производство продукции на 8,1 %. Среднесуточный придефицит сахаров в рационах лактирующих коров.
рост живой массы телят, получавших кормовую патоку,
Общую биоконверсию зернового сырья на углеводные
был выше, по сравнению с контролем, у бычков на 16,4 %,
добавки целесообразно осуществлять поэтапно. Самые
у телочек – на 13,2 %.
энерогозатратные стадии: клейстеризацию и разжижеРазработанная технология производства кормовой
ние – в кавитаторе, а самую продолжительную – осахапатоки из зерна в ЗАО «Племзавод «Ирмень» используетривание – в газо-вихревом ферментере.
ся более 6 лет. Хозяйство не выращивает корнеплоды и не
Применение кормовых паток из зернового сырья в разакупает мелассу, а потребность в сахарах удовлетворяет
ционах высокопродуктивных животных дает возможность
путем переработки собственного зерна.
увеличить молочную продуктивность, содержание жира и
Анализ результатов биохимических исследований
лактозы в молоке, а также привести в норму большинство
свидетельствует, что в сыворотке крови 90…100 %
биохимических показателей сыворотки крови.
животных, получавших кормовую патоку, содержание
Литература.
1. Способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья. Патент РФ №228725 /Аксёнов В.В., Порсев Е.Г., Незамутодинов В.М., Мотовилов К.Я.
2. Способ получения глюкозо-мальтозо-амино-кислотной кормовой добавкииз зерна злаковых культур пшеницы и ржи.
Патент РФ № 2346461 / Мотовилов К.Я., Мотовилов О.К., Аксёнов В.В.
3. Способ получения сахаристых продуктов из ржаной пшеничной муки. Патент РФ №2340681 / Аксёнов В.В., Порсев Е.Г.,
Мотовилов К.Я.
4. Аксёнов В.В. Системный подход к интенсификации процессов биоконверсии нативных крахмалов и крахмалосодержащего сырья // Вестник КрасГАУ. –2008. – № 5. – С.315-320.
5. Кердяшов Н. Н. Эколого-зоотехнические аспекты применения отходов сахарного и кондитерского производств в питании
молодняка животных в составе новых кормовых добавок//Нива Поволжья. – 2011. – № 3 (20). – С. 84-89
INNOVATIVE TECHNOLOGIES FOR GRAIN PROCESSING INTO SUGAR-CONTAINING FEED
ADDITIVES
K.Ya. Motovilov, V.V. Aksenov, N.A. Shkil, G.F. Pidenko, V.A. Volkov, Ya. A. Ramazanov, D.N. Lukyanenko
Summary. In the cattle-breeding farms of Russia, the cattle rations lack highly digestible carbohydrates within 40--50% of the norm.
This leads to disturbance of all physiological processes in the animal organism and to some other negative consequences, including
the lowering of the milk producing ability. The goal of this study was to develop and substantiate the technological parameters of grain
processing into molasses with high glucose and maltose contents. The suggested technology uses innovative technical solutions
with elements of nanobiotechnologies: cavitation, ionization, and fermentation. Processing of grain raw materials such as wheat,
rye, triticale, and naked oats and barley by this procedure led to complete bioconversion of grain starch, forming readily digestible
carbohydrates within 16–32 % depending on the type of the raw material. The introduction of feed additives in the ration of lactating
cows increased the milk productivity by 8-11%, fat content by 8-11%, and lactose content by 14.1% and lowered the cost of milk
production by 8.1%. The biochemical characteristics of blood serum in animals whose ration contained additives of grain molasses
were considerably improved. Thus the introduction of technological systems for processing grain raw materials into feed molasses
increases the efficiency of ani-mal breeding.
Key words: gain processing technologies, cow rations, sugar-containing feed additives, milk producing ability.
Достижения науки и техники АПК, №10-2012
45