Корм на основі целюлозолітичної сировини і спосіб його готування

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к кормам для жвачных животных и способам их приготовления Особенностью кормления жвачных животных является использование целлюлозосодержащих кормов, таких как солома, полова и другие Эти корма без предварительной обработки плохо поедаются, имеют очень низкую переваримость, усвояемость и питательность С целью повышения общей питательности их необходимо подвергать глубокой обработке, которая существенно изменяет их клеточную и химическую структур у. К такой обработке относится экструдирование зернового фуража, а целлюлозосодержащий материал, как правило, не экструдируется. Таким образом, в настоящее время целлюлозолитические корма без специальной подготовки не экструдируются. Известен аналог корма: 1) Целлюлозолитический корм и способ его приготовления, представляющий собой измельченную солому, запаренную с карбамидом и диаммоний фосфатом в количестве 2,4 - 2,5 и 4,9 - 5,6 кг на 500 кг сырья (Свеженцов A.I, Ренсевич О.О. Нетрадиційні способи підготовки кормів ІТх використання. Київ, "Урожай", 1990, с 9 - 11, 50 - 70). В качестве компонентов корма также применяют: 2) Шлам кофейный сухой, содержащий более 45% клетчатки, получаемый из измельченных кофейных зерен после экстракции растворимыми веществами и высушенный до влажности 6 - 14% (Левицкий Α., Кочетова Α., Станкевич Г. и др. Отходы пищевой промышленности. - "Комбикормовая промышленность", 1991, № 6, с. 25 - 27); 3) Зерно соевое увлажненное пророщенное - ценный высокобелковый корм для всех видов животных (Левицкий А.П., Егоров Б.В., Шерстобитов В.В. и др. Те хнологические приемы и оборудование сои при производстве комбикормов. Одесса, 1984, с. 3, 4, 66. 67); 4) Карбамид - синтетическое азотистое вещество, содержащее 46% азота, имеющее нейтральную реакцию, используют при тер-моамидной обработке зерна и аммонизации целлюлозолитического сырья (Барта Я., Бергнер Г., Бучко Л. и др. Перевод со словацкого Э.Г. Филипович "Нетрадиционные корма в рационах сельскохозяйственных животных". М.: "Колос", 1984, с. 73). В качестве прототипа корма принято известное решение (патент СССР № 1836031, кл, 5 А 23 К 1/12, 1993). Корм на основе целлюлозолитического сырья, содержащий исходное растительное сырье, ферментные препараты - целловиридин ГЗх и пектофоетидин ГЗх, поваренную соль, мочевину, дрожжи и аммонийную соль, отличающийся тем, что в качестве исходного целлюлозолитического сырья содержит верховой торф, а в качестве аммонийной соли - диаммоний фосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%: верховой торф - 40 - 45; пектофоетидин ГЗх - 0,1 - 0,2; целловиридин ГЗх - 0,7 - 0,8; дрожжи - 0,6 - 0,7; диаммоний фосфат - 0,2 - 0,25; карабмид -5-6; поваренная соль - 5 - 6; вода - остальное. В корме прототипа недостаточно нарушена первоначальная физико-химическая структура и форма, что не способствует высокой его питательности и переваримости. Кроме этого, входящий в состав корма верховой торф накапливает из окружающей среды различные токсиканты такие как радионуклиды, тяжелые металлы, гербициды, пестициды, удобрения и другие вещества, вредные для животного организма. Известны способы обработки целлюлозолитического сырья: 1) Измельчение, увлажнение, запаривание, гранулирование, обработка синтетическими азотсодержащими веществами и другие физико-химические способы (см. выше аналог 1 - корма). 2) Растительное сырье - зерно, как компонент комбикорма, подвергается замачиванию, проращиванию, обработке карбамидом, высушиванию и измельчению под общим названием термоамидной обработки зерна (Левицкий А.П., Чайка И.К., Шерстобитов В.В., Фесенко Е.А. Термоамидная обработка зерновых компонентов комбикормов. М., 1987, с. 3-19). 3) В настоящее время применяется экструзионная обработка зернофуража (Орлов А.И., Подгорнова Н.М. Производство комбикормов с применением экструзионной технологии. М., 1990, с. 1 - 5). В качестве прототипа-способа принято известное решение (патент СССР № 1836031, 1993). Способ приготовления корма на основе целлюлозолитического сырья, включающий измельчение исходного растительного сырья, его увлажнение, запаривание, смешивание с карбамидом, дрожжами, ферментными препаратами - целловиридином ГЗх и пектофоетидином ГЗх, поваренной солью и аммонийной солью, отличающийся тем, что в качестве исходного растительного сырья используется верховой торф, а в качестве аммонийной соли - диаммоний фосфат, причем перед запариванием вводят раствор мочевины и диаммоний фосфа та и поваренную соль, а запаривание проводят при 87 — 117°С в течение 30 - 50 мин, после запаривания массу продувают газовой смесью, поддерживают ее влажность 30 -40% при 42 - 52°С в течение 40 - 60 мин, из указанных ферментов готовят гелеобразный раствор с относительной плотностью 30 -55% и вводят его в запаренный верховой торф, продуваемый газовой смесью в течение 90-120 мин до влажности 45-55% с доведением температуры массы до 27 -32°С, а дрожжевание кормовой смеси проводят также с продуванием ее газовой смесью в течение 90-120 мин до влажности готового корма 65-70%. Запаривание и ферментолиз целлюлозолитического сырья глубоко не измеряют физико-химическую структур у, а отсюда существенно не повышается его питательность, переваримость и биологическая ценность. Кроме того, в прототипе не обезвреживаются многие токсиканты, попадающие в исходное сырье из окружающей среды. Задача, на решение которой направлено изобретение - создать корм для жвачных животных на основе целлюлозолитического сырья с высокой питательностью, переваримостью, биологической ценностью и высоким содержанием протеина. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения-корма - повышение питательности, переваримости, биологической ценности и содержания протеина заявленного корма путем обогащения сырым и переваримым протеином, витаминами, аминокислотами, ферментами и другими биологически активными веществами за счет пророщенных бобов, обработанных карбамидом. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения-способа - повышение глубины изменения физико-химической структуры и формы корма, в частности, клеточной и химической структуры его полимеров и клетчатки, путем аминирования пророщенных бобов и аммонизации целлюлозолитического сырья вследствие обработки карбамидом и последующего экструдировэ-ния. Существенные признаки изобретения-корма, общие с прототипом: корм на основе целлюлозолитического сырья, содержащий исходное растительное сырье и карбамид. Существенные признаки изобретения-корма, отличительные от прототипа: в качестве исходного сырья используется измельченная солома, кофейный шлам сухой и соевые бобы при следующем соотношении компонентов (мас.%): бобы - 8 - 10, карбамид 4-5, измельченная солома - не более 45%, кофейный шлам сухой - остальное. Существенные признаки изобретения-способа приготовления корма на основе целлюлозолитического сырья: - общие с прототипом: увлажнение исходного сырья, смешивание с карбамидом и его тепловая обработка. - отличительные от прототипа: в качестве исходного сырья используется измельченная солома, кофейный шлам сухой и соевые бобы, причем бобы предварительно проращиваются в течение 12 - 48 часов при комнатной температуре, после чего добавляется карбамид, сначала в количестве 2% от исходной массы бобов, а затем через 5-6 часов его содержание доводят до 50% от исходной массы бобов и выдерживается 0,5 - 3 часа, после чего полученную массу перемешивают с измельченной соломой и кофейным шламом до однородного состояния, а через 0,5 - 1 час проводится экструдирование полученной смеси. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом. - Корма: Соевые бобы используются в кормлении всех видов сельскохозяйственных животных и представляют собой наиболее ценный протеиновый корм с высоким содержанием белка (30 - 40%). лизина (2.19%), жира (20%) и других питательных веществ. Специальная тепловая обработка сои необходима для инактивации ингибитора трипсина, пектинов, уреазы, липоксидазы, антивитаминов и других антипитательных веществ (см. выше аналог 3 - корма). Кроме этого, бобы, проро-щенные и обработанные карбамидом, обогащены протеином, аминокислотами, витаминами и другими биологическими активными веществами, повышающими общую питательность, биологическую ценность, переваримость и содержание протеина заявленного корма. - Кофейный шлам сухой применяется в кормлении коров для повышения продуктивности и жирности молока, представляет собой отход кофейного производства, содержащий 16-19% жира, 8-12% протеина, 4249% клетчатки и другие ве щества. Кроме кормового достоинства кофейный шлам обладает хорошими технологическими свойствами, способствующими приготовлению заявленного корма (см. выше аналог 2). - Карбамид широко используется в кормлении жвачных в качестве компонента комбикорма (до 3%) или полнорационных кормовых смесей (до 1%). Он относится к синтетическим азотистым веществам и представляет собой амид угольной кислоты, содержащий 46 - 65% азота. 1 кг карбамида эквивалентен 2,9 г сырого протеина или 2,6 г переваримого. Он хорошо растворим в воде и имеет нейтральную реакцию, обогащает заявленный корм сырым и переваримым протеином (см. выше аналог 4). - Солома применяется в кормлении жвачных животных в качестве грубого корма после соответствующей подготовки (измельчение, увлажнение, запаривание) для обеспечения оптимальных условий жизнедеятельности микрофлоры и ферментации в рубце. Клетчатка соломы и любого целлюлозолитического сырья, то есть грубого корма, нормализует пищеварение, способствует слюноотделению, активизирует ферменты тонкого (амилазу, трипсин) и толстого отделов кишечника, ингибирует активность уреазы содержимого слепой кишки, обеспечивает нормальную моторику желудочно-кишечного тракта, что повышает эффективность использования корма (см. выше аналог 1). Применение компонентов заявленного корма в соотношении (мас.%): бобы - 8 -10. карбамид - 4 - 5, солома - не более 45 и кофейный шлам - остальное, обогащенных сырым и переваримым протеином, витаминами, аминокислотами, ферментами и другими биологически актирными веществами, в результате глубокой переработки и изменения физико-химической структуры по заявленному способу существенно повышает питательную и биологическую ценность заявленного корма. - Способа: Проращивание представляет собой процесс, обратный созреванию семян, в результате которого происходит распад в эндосперме и семядолях высокомолекулярных физиологически малоактивных ве ществ при участии воды под действием ферментов. Глубокие биохимические изменения происходят в биокомплексах. Активирующие протеолитические ферменты гидролизуют белки с образованием полипептидов и аминокислот. Соевый ингибитор трипсина при этом теряет свою активность. Увлажнение и проращивание семян вызывает частичное превращение крахмала в сахар, повышают активность многих ферментов, в том числе α-амилазы, энзимов орнитинового цикла, ди- трикарбоновых кислот Кребса и липидного комплекса. При расщеплении триглицеридов содержание жира уменьшается, а уровень свободных жирных кислот повышается. Продукты расщепления липидов используются в основном на образование органических кислот и Сахаров. При проращивании бобов происходит интенсивное образование витаминов, органических кислот, Сахаров, аминокислот, что улучшает сахаропротеиновое отношение и кормовую ценность заявленного корма. Добавление к пророщенным бобам карбамида в количестве 2% от массы исходных бобов обеспечивает аминирование их органических веществ, а именно непосредственное прямое присоединение карбамида к орнитину с образованием незаменимой аминокислоты аргинина и связывание аммиака, образовавшегося из карбамида под действием уреазы сои, с органическими кислотами, приводящее к синтезу аланина, валина, лейцина, глютаминовой, аспараги-новой и других аминокислот. Происходит этот процесс в течение 5-6 часов. Аммиак при этом резервируется в виде образующи хся амидов - аспарагина и глютамина. В результате повышается общее содержание полноценного протеина бобов, незаменимой аминокислоты аргинина, первой лимитирующей аминокислоты лизина и других кислот, что существенно улучшает кормовые качества заявленного корма. Доведение в среде проращивания количества карбамида от 2 до 50% от массы исходных бобов позволяет в течение 0,5 -3 часов получить значительное количество аммиака из карбамида под действием уреазы сои для аммонизации в дальнейшем целлюлозосодержащего сырья. Перемешивание измельченной соломы и кофейного шлама в среде с аммиаком приводит в течение 0,5 1,0 часа к набуханию и растворению инкрустирующи х ве ществ клетчатки, что обеспечивает лучшую доступность к органическим веществам целлюлозолитических ферментов и микрофлоры рубца, обеспечивающих повышение переваримости питательных веществ и общей питательности целлюлозосодержащего корма, обогащению в результате аммонизации сырым и переваримым протеином. Экструдирование биополимеров кормовой смеси, как вид тепловой обработки, относится к термодинамическим методам обработки, которые включают как статистические режимы воздействия, так и динамический эффект давления, температуры и осмоса. В основе экструдирования лежат два процесса: механохимическая деформация и "взрыв" или "декомпрессионный шок", происходящий на участке ударного разряжения. Осуществляются эти процессы непрерывно, под действием деформативных напряжений и теплоты при определенных скоростях изменения температуры и давления (Орлов А.К., Подгорнова Н.М. Производство комбикормов с применением экструзионной технологии. М., 1990, с. 1 -5). В процессе экструдирования биополимеры подвергаются фазовым превращениям из хрупкого стеклообразного состояния в высоэластичное, а затем вязкотекучее, что способствует лучшему взаимодействию с углеамонийными солями. Под действием водяного пара на выходе из экструдера в продукте образуются поры, а оставшиеся целые структурные образования разрываются. Резкое понижение температуры обеспечивает затвердевание биополимеров и фиксирует альвеолярную структур у, образовавшуюся при переходе воды из жидкого состояния в газообразное на участке "декомпрессионного шока". При этом глобулярная структура белков, устойчивая к действию протеолитических ферментов, преобразуется в фибриллярную, характеризующуюся разветвлением пептазных цепей и освобождением активных групп, способных связываться с протеазами. В зоне сжатия продукт приобретает высокоэластичное состояние в результате разрушения клеточной структуры его крахмального и целлюлозолигнинового комплексов. В зоне гомогенизации продукт приобретает вязкотекучее состояние, при котором происходят структурные преобразования питательных веществ, в том числе и клетчатки. Основные, наиболее важные изменения всех компонентов продукта происходят при быстром переходе из зоны высокого давления (16 х 10 Па и более) в зону атмосферного давления, где аккумулированная им энергия высвобождается со скоростью, примерно равной скорости взрыва. В результате такого "взрыва" (вспучивания) продукта происходят глубокие преобразования его структуры: разрыв клеточных стенок, деструкция и гидролиз. Устойчивый к разрушению крахмал с кристаллической структурой клейстеризуется в процессе экструдирования, разрушаются при этом молекулы амилазы и амилопектина до декстринов и Сахаров. Инкрустирующие вещества целлюлозолигнинового комплекса клетчатки разрушаются. Происходят также глубокие преобразования целлюлозы, геми целлюлозы, лигнина. Оставшийся свободный аммиак и карбамид после аммонизации целлюлозолитического сырья лучше связываются при экструдировании с открывшимися активными участками биополимеров, в том числе белков, углеводных соединений и особенно с органическими кислотами. При экструдировании продукта происходит глубокое изменение его компонентов на клеточном уровне, значительно изменяются физическая и химическая структуры и придается другая форма. Экструдирование корма вызывает глубокие преобразования физикохимической структуры, формы его компонентов и разрушение клеточных стенок. При этом глобулярная структура белков превращается в фибриллярную, то есть более доступную для ферментов желудочно-кишечного тракта. В результате этого повышается переваримость и общая питательность заявленного корма и обеспечивается достижение технического результата. Сопутствующий те хнический результат -получение заявленного корма стерилизованного, сухого, транспортабельного и с продолжительным сроком хранения. Таким образом, заявленный состав, соотношение компонентов и последовательность различных операций обработки компонентов корма на основе целлюлозолитического сырья обеспечивает ему продуктивный эффект, превышающий сумму результатов действий отдельных компонентов и используемых операций приготовления корма, поскольку животные лучше обеспечиваются сырым протеином, обменной энергией и другими питательными и биологически активными веществами, что связано с повышение кормовой ценности заявленного корма. В табл. 1 и 2 представлены результаты, которые обосновывают оптимальное соотношение заявленных компонентов корма на основе целлюлозолитического сырья в результате реализации заявленного корма, способа приготовления корма. Из таблиц видно, что с увеличением содержания соломы в заявленном корме от 34,5 до 50% общая его первоначальная питательность уменьшается с 0,484 до 0,435 к.е./кг или на 10%. При этом содержание кофейного шлама уменьшалось, что для экструдирования полученной смеси было нежелательным. Смесь № 5 в результате этого не экструдировалась. Максимальное включение соломы в заявленный корм ограничивается условиями экструдирования и составляет не более 45%. Уменьшать количество соломы в заявленном корме менее 40% нецелесообразно, так как она имеет самую низкую питательность и в результате обработки увеличивает ее в 2,0 - 2,5 раза, в то время как кофейный шлам при этом повышает переваримость всего на 17%, а бобы сои - на 3,5%. В результате эффективность повышения общей питательности заявленного корма после обработки с уменьшением в нем соломы снижается. О кормовой ценности заявленного корма судили по общей его питательности, переваримости и содержанию протеина. Переваримость сухого ве щества кормовых смесей №1 -№4 увеличилась после обработки в среднем на 70%. Обработка карбамидом кормовых смесей № 1 - № 4 увеличила уровень сырого и переваримого протеина почти в 3 раза. Учитывая достижение технического результата, кормовую смесь № 3 следует считать оптимальной, так как смесь № 4 экструдируется заметно хуже. Питательность кормовой4 смеси № 2 и кормовой смеси № 3 находится на уровне 0,79 корм.ед./кг. В качестве примера приготовления корма рассмотрим третий вариант (аналогично и для 1, 2 и 4 вариантов). Корм получали по стандартной технологии и на стандартном оборудовании. Для получения 1 τ продукта необходимо 435 кг измельченной соломы, 430 кг кофейного шлама, 90 кг семян сои и 45 кг мочевины. Первоначальная влажность всех компонентов, кроме мочевины, была примерно одинаковой и составила 14%. Вначале семена сои увлажнялись и проращивались в течение 12-48 часов при комнатной температуре, а затем в среду проращивания вводили карбамид в количестве 2% от массы исходных бобов и выдерживали 5,5 часов при этой же температуре. После этого в среде проращивания доводили количество карбамида до 50% от массы исходных бобов. Через 2 часа в среду проращивания с карбамидом постепенно вводились и перемешивались измельченная солома и кофейный шлам в количестве 435 и 430 кг соответственно для их аммонизации аммиаком, образовавшимся из карбамида под действием уреазы сои, в течение 45 минут. Затем полученная смесь экструдировалась. Готовый продукт имеет влажность, равную 14%, 0,791 корм.ед./кг и 176,8 г переваримого протеина. Технико-экономическое преимущество изобретения состоит в том, что подобраны такие соотношения между компонентами корма на основе целлюлозолитического сырья и проведены такие операции его обработки, которые обеспечивают получение технического результата. Заявленный состав и заявленный способ приготовления заявленного корма на основе целлюлозолитического сырья увеличивают его общую питательность по сравнению с первоначальной на 315 корм. ед. на каждую тонну заявленного корма, почти в 3 раза повышают уровень переваримого протеина (с 6 до 17,7%) и переваримость сухого вещества In vitro - на 68%. Используемые компоненты в заявленном корме в современном животноводстве в основном скармливаются без предварительной подготовки. Заявленный способ приготовления приводит к глубоким изменениям их клеточной и химической структуры, что обеспечивает лучшую поедаемость и переваримость питательных веществ. При этом значительно повышается уровень обменной энергии, биологически активных веществ, в том числе витаминов группы В, втрое увеличивается количество сырого и переваримого протеина и почти на 70% возрастает общая питательность, то есть на 315 корм. ед. на каждую 1 тонну заявленного корма. Использование заявленного корма существенно улучшает обеспеченность животных комплексом питательных веществ и обменной энергией, особенно переваримым протеином, витаминами группы В и другими биологически активными веществами, что обеспечивает достижение технического результата. '