Технология получения и оценка биологической ценности растительных белково-витаминных добавок для перепелов

АКТУАЛЬНОСТЬ. Прогрессивные технологии выращивания птицы предусматривают кормление ее сухими полнорационными комбикормами, сбалансированными по всем питательным, минеральным и биологически активным веществам. Однако современная экономическая ситуация в птицеводстве складывается так, что хозяйствам экономически нерентабельно закупать сбалансированные по всем питательным веществам комбикорма. Поэтому в птицеводческих хозяйствах стали широко применяться комбикорма, приготовленные на зерновой основе, произведенной непосредственно в хозяйстве с введенным готовым белково-витаминным концентратом. Такая схема кормопроизводства более выгодна, так как использование собственной зерновой основы в комбикормах снижает его себестоимость, обеспечивая снижение стоимости продукции. Потребности рынка в производстве экологически безопасной продукции диктует использование растительных основ для комбикормов. Кроме того, высокая стоимость кормов животного происхождения, например, рыбной и мясокостной муки, при низком их качестве не обеспечивают высокой продуктивности птицы. В этой связи использование альтернативных источников белка становится актуальным. Наиболее перспективным источником белка для получения белково-витаминных добавок является полножирная соя.

Во многих развитых странах соя имеет большой удельный вес в структуре кормопроизводства, обладая ценными кормовыми качествами (В.Г. Рядчиков, 1978). В последние годы в России увеличиваются посевные площади сои. Так, по производству сои Северо-Кавказский регион, производит 17,3% всей сои в России и занимает второе место. На Кубани в 2001 году ее посевы зани мают площади свыше 40 тыс. га и планируется увеличить посевы до 107,8 тыс. га (Ю.И. Зятьков, H.A. Курмышева, В. Е. Наконечный, 2002).

Широкое использование сои в последние годы и увеличение посевных > площадей объясняется тем, что соевые бобы по общему содержанию питательных веществ богаче зерновых культур, и занимают первое место среди бобовых. Соевые бобы характеризуются высоким содержанием масла и белка.

Отличительная особенность семян сои — повышенное содержание белка (30−50%) и лучшая по сравнению с зерновыми и масличными культурами сбалансированность его по аминокислотному составу.

Белок сои содержит полный набор необходимых для человека и животных аминокислот, в частности: глицин — 4,4%, аланин — 4,3%, валин — 5,15%, лейцин — 7,9%, изолейцин — 5,0%, серин — 5,15%, треонин — 3,9%, тирозин — I.

3,6%, фенилаланин — 5,1%, триптофан — 1,3%, пролин — 5,9%, метионин — 1,55%, цистин — 1,65%, лизин — 6,35%, гистидин — 2,75%, агринин — 8,1%, аспа-рагин и аспарагиновая кислота — 11,8%, глутамин и глутаминовая кислота -18,0%, все аминокислоты — 101,9%, при содержании белка — 40% (F. Busson, 1965, A.K. Smith, S.J. Circle, 1972). Следует отметить, что семена сои содержат высокий уровень аминокислоты лизина, что нехарактерно для растительных белков, поэтому соевая мука по содержанию лизина не уступает сухим дрожжам и превосходит молочный порошок (I.E. Liner, 1972, Реком. по исп., 2001).

Соя не только белковая, но и лидирующая масличная культура. Из общего мирового производства растительных масел на долю соевого приходится 30% (Ю.И. Зятьков, H.A. Курмышева, В. Е. Наконечный, 2002). Соя культура двойного промышленного использования. Она является не только источником белка, но и масла, содержание которого в зерне колеблется, в основном от 16 до 27%. В состав масла входят триглицериды и липоидные вещества. Роль, которых не ограничивается только энергетической ценностью в связи с его богатым жирнокислотным составом.

Так, в соевом масле содержится 95% глицеридов жирных кислот, из которых — 80−90% - ненасыщенные, 6−24% - насыщенные. В состав жирных кислот входят: линолевая 42,8−56,1 (до 64%), олеиновая -15—36%, пальмитиновая — 2,4−14%, линоленовая — 2−14%, стеариновая — 2−5,5%. Как показано выше триглицериды составляют основную часть липидов сои и состоят из глицерина и жирных кислот. Качество масла определяется содержанием и соотношением жирных кислот. При этом в соевом масле преобладают ненасыщенные жирные кислоты (86−87% от общего количества) (C.B. Назаренко, B.C. Петибская, И. В. Шведов, 2000).

Однако соевые бобы не прошедшие предварительной обработки нельзя использовать в питании и кормлении животных и птицы, так как их питательная ценность будет очень низкая. Это обстоятельство является препятствием широкого использования сои. К антипитательным веществам сои относятся ингибиторы протеолитических ферментов, уреаза, липоксигеназа, гликозиды, олигосахара, фитиновые комплексы и ряд других соединений (В.М. Пенчуков, Н. В. Медянников, А. У. Капушев, 1984; С. Монари, Д. Уайзмен, 1993; A.B. Ко-чегура, 1998). Каждый из таких веществ действует на организм человека и животных специфически (C.B. Мартынов, 1984, В. В. Мосолов, 1975; И. И. Бенкен, Т. Б. Томилина, 1985; E. J1. Голынская, М. В. Ковальчук, В. И. Сичкарь, 1981; I.E. Liener, 1962; I.E. Liener, 1974; B.L. Odell, J.E. Savage, 1960).

Известно, что из всех этих соединений сои наиболее термостойки ингибиторы трипсина (B.C. Петибская, 1999). Попытки снизить содержание антипитательных веществ до допустимого уровня термической обработкой приводят к разрушению ценных компонентов сои. В результате она теряет свои преимущества как источник полноценного белка.

К настоящему времени накоплено множество экспериментальных данных по приемам и способам повышения питательной ценности сои (И.К. Чайка, Б. Н. Егоров, А. П. Левицкий, 1982; C.B. Мартынов, 1984; С. Монари, Д. Уайзмен, 1993). Все они направлены на то, чтобы разрушить или снизить содержа-" ние антипитательных компонентов зерна, не подвергнув разрушению полезные компоненты соевого зерна.

Селекционерами созданы сорта с пониженной трипсинингибирующей «активностью и повышенным содержанием белка в зерне. Так, ученым ВНИ.

ИМК (Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур) селекционным путем удалось снизить активность ингибиторов трипсина в 2 раза и одновременно повысить содержание белка в 1,2 раза (B.C. Петибская, В. Ф. Баранов, A.B. Кочегура, C.B. Зеленцов, 2001).

В настоящее время селекционеры передали на госсортоиспытания новую линию JI-799 (Валента) у которой содержание белка повышено до 48%, а содержание ингибиторов снижено до 10−13 мг/г.

Значительные изменения в биохимическом составе новых сортов сои (высокое содержание белка, пониженное содержание ингибиторов) требуют всестороннего изучения особенностей использования этих сортов. Это связано с необходимостью значительных изменений в технологиях предварительной обработки семян сои, корректировкой величин ее ввода в кормосмеси.

В целом, используемые в настоящее время технологии обработки полножирной сои не позволяют избавиться от токсичных факторов сои без снижения питательной ценности других компонентов^ входящих в состав семян. Поэтому остается актуальной задача, связанная с разработкой методов инактивации антипитательных веществ при максимальном сохранении ценных свойств сои.

Только оптимальная обеспеченность птицы белком не позволит поддерживать высокую ее продуктивность и производительные качества. Поэтому необходимо обеспечить введение в комбикорма витаминных добавок.

Достичь необходимого баланса витаминов не возможно только за счет введения в рационы синтетических витаминов и поливитаминных комплексов. Это связано с узким ассортиментом коммерческих витаминных добавок, а высокая их стоимость отражается на себестоимости животноводческой продук ции. Наполнителем для жирорастворимых витаминов служит растительное масло, что вносит дополнительные технологические неудобства при введении этих добавок в корма. (Емелина с соавт., 1970; Т. М. Околелова, 1996). Экологи" зация сельского хозяйства диктует максимально возможный отказ от применения синтетических и неприродных добавок при производстве сельскохозяйственной продукции. Решить последнюю проблему можно при опоре на натуральные источники витаминов, с использованием энергосберегающих технологий переработки растительного сырья.

Одним из таких сырьевых источников получения растительных витаминов для белково-витаминных добавок являются плоды тыквы.

Благодаря своему химическому составу и высокой урожайности (до 1000 ц/га) тыква является ценным сырьем для сельскохозяйственной переработки. Несмотря на колебания в химическом составе плодов, в зависимости от агротехники возделывания, в плодах тыквы мускатных сортов находится повышенное содержание Сахаров и каротина при достаточной урожайности, которая достигает 250−400 ц/га. Наличие большого количества питательных веществ в плодах тыквы объясняет плохую сохранность целых плодов. Лучшим способом сохранения питательных веществ в плодах является их переработка. Существует несколько вариантов переработки: химическое консервирование и сушка. При химическом консервировании тыкву измельчают, помещают в хранилище и вносят консервант. При консервировании часть сока отделяется, и в результате происходящих биохимических процессов получают однородную тыквенную пасту (А.И. Петенко, 1992).

Однако использование тыквы в не переработанном виде и в качестве тыквенной пасты не позволяет в полной мере употребить потенциал этой культуры. В связи с этим актуальной становится задача получения из тыквы продуктов сохраняющих полезные качества нативной тыквы и способных использоваться длительное время. В этой связи идут постоянные поиски вариантов переработки витаминного сырья.

Анализ промышленных процессов обработки полножирных бобов и технологий получения и использования тыквенной пасты выявили существенные недостатки, которые, в основном, сводятся к снижению биологической % ценности белков при обработке сои, низкой эффективности разрушения некоторых антипитательных компонентов. Высокое содержание влаги в тыквенной пасте делает ее трудно хранимой и высокообъемной, что создает трудности в хранении и использовании витаминного продукта из тыквы, снижая экономическую эффективность его применения.

Таким образом, совершенствование способов производства растительных кормовых белково-витаминных добавок, их использование для белкового и витаминного питания животных и птицы представляет практический интерес в связи с получением экологически безопасной и низкозатратной продукции животноводства, а исследования, связанные с решением этого вопроса, являются актуальными.

Несмотря на высокий практический интерес специалистов и большое количество публикаций по проблеме переработки соевых бобов и плодов тыквы, мало внимания уделяется комплексному использованию этих растительных источников как сырья для получения белково-витаминных добавок, сбалансированных по составу витаминов и доступного источника растительного белка в птицеводстве. Кроме того, окончательно не решены вопросы оптимизации температурных режимов обработки соевых бобов с учетом различий в химическом составе сортов сои, а также отсутствуют данные по режимам совместной обработки сырья для белково-витаминных добавок.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью нашей работы был выбор приемлемых сортов сои и тыквы для получения белково-витаминных добавок, * установление рациональных способов их получения при сохранении комплекса биологически активных веществ и разрушения токсичных соединений сои, а также изучение возможности использования полученных добавок для скармливания перепелам. Для достижения этой цели нами были поставлены следующие задачи:

1. Оценить химический состав плодов тыквы сортов Столовая и Витаминная, тыквенной пасты из сорта Витаминная и изучить распределение каротина в плодах тыквы.

2. Изучить особенности химического консервирования плодов тыквы сорта Витаминная и изменения в содержании каротина при хранении тыквенной пасты и выбрать оптимальный вариант для полупромышленного получения белково-витаминных добавок.

3. Изучить изменения физиолого-биохимических показателей в процессе проращивания семян сои различных сортов, определить оптимальную температуру процесса и оценить эффективность использования при проращивании сои электроактивированной воды.

4. Изучить влияние различных режимов разрушения антипитательных веществ в сое при совместной термообработке соевых бобов и тыквенной пасты.

5. Оценить влияние белково-витаминных добавок на рост и развитие перепелов, основные физиолого-биохимические показатели при их добавлении в рацион с пониженным содержанием витамина А.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Установлено распределение каротина по частям плода тыквы сорта Витаминная. Определены консерванты для хранения тыквенной пасты с высоким содержанием каротина. Изучена динамика изменений физиолого-биохимических показателей в процессе проращивания 6 сортов сои и возможность использования электроактивированной воды в качестве раствора для проращивания. Предложен способ понижения жесткости термообработок при эффективном разрушении ингибиторов трипсина. с.

Оценено влияние белково-витаминных добавок из семян сои и тыквенной пасты на комплекс зоотехнических и физиолого-биохимических показателей, метаболизм основных питательных веществ корма в организме перепелов. Показана возможность частичной замены гарантированных доз витамина, А премиксов за счет использования белково-витаминной добавки.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Условия консервирования тыквенной пасты и изменение содержания в ней каротина.

2. Динамика изменения химического состава различных сортов сои при проращивании.

3. Технологические параметры совместной обработки семян сои и тыквенной пасты при получении белково-витаминных добавок.

4. Влияние полученных белково-витаминных добавок на продуктивность и основные физиолого-биохимические показатели перепелов при замене ими части гарантированной нормы витамина А.

5. Рекомендации по использованию белково-витаминной добавки из тыквенной пасты и семян сои с различной трипсинингибирующей активностью.

6. Экономическая эффективность применения различных белково-витаминных добавок в рационах перепелов.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Основные материалы диссертации были доложены на научной конференции преподавателей и сотрудников КубГАУ (Краснодар, 2001, 2003), на межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы научного обеспечения увеличения производства, повышения качества кормов и эффективного их исполь-» зования" (Краснодар, 2001), на Всероссийской научной конференции по проблемам математики, информатики, физики, химии и методики преподавания естественнонаучных дисциплин (Москва, 2002 г.), на X Международной конференции «Математика. Экономика. Образование», (Ростов на Дону, 2002), на второй региональной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс Юга России — сегодня» (Майкоп, 2002), на 2-й Всероссийской научно-практической конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2002), на Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология 2003» (Сочи, 2003).

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

ВЫВОДЫ.

1. В плодах тыквы сорта Витаминная содержание каротина выше по сравнению с сортом Столовая. Наибольшее содержание каротина в плодах тыквы сорта Столовая отмечено в плаценте (174,10 мг/кг) и кожуре (120,02 мг/кг), а в Витаминной — только в плаценте (202,80 мг/кг).

2. Биосинтез каротина в процессе хранения тыквенной пасты происходит при ее консервировании совместно с семенами и его содержание достигает 188% концентрации в тыквенной пасте, хранившейся без семян. Измельченные семена обеспечивали снижение концентрации каротина в тыквенной пасте на 11% в сравнении с цельными.

3. Тип консерванта влияет на накопление каротина в тыквенной пасте. Бисульфат натрия на 28-е сутки хранения обеспечивает содержание каротина 948 мг/кг, а культура молочнокислых бактерий увеличивает содержание каротина только до 819 мг/кг.

4. Водопоглощение соевых бобов не зависит от сорта. В начале оно имеет активный характер, обеспечивающий за 12−14 часов увеличение массы семян на 80−140%. В дальнейшем интенсивность гидратации снижается и масса достигает 110−160% от исходной. Электроактивированная вода увеличивает уровень гидратации в сравнении с водопроводной водой, причем анолит на 1018%, а католит на 5−9%.

5. В процессе прорастания сои содержание белка увеличивается на 4−12%, а жира на 7−16%. Содержание ингибиторов при этом снижается на одинаковую величину и не зависит от сорта.

6. Измельчение сои перед сушкой белково-витаминной добавки повышает сохранность каротина не влияя на активность уреазы. Температура 120 °C не влияет на содержание каротина в образцах, а рекомендуемые ГОСТом значения уреазной активности были получены при сушке в течение 1 часа. Предварительное смешивание компонентов добавки за сутки снижает время сушки до 30 минут. Ступенчатое снижение температуры сушки от 120 °C до 60 °C позволяет получить качественную РБВД с понижением времени обработки до получаса при температуре 120 °C.

7. Кормление перепелов добавкой из тыквенной пасты и семян сои показало, что соя сорта Вилана нуждается в обязательной предварительной обработке, отсутствие которой снижает содержание каротина и витамина, А в тканях перепелов. Ее лучшим вариантом является замачивание соевых бобов в тыквенной пасте в течение 48 часов с последующим высушиванием.

8. Перепела, получавшие сою сорта Валента, имели более высокие ростовые показатели, чем перепела, получавшие добавку из сои сорта Вилана. Скорость их роста была ниже в группах, получавших добавку из сои без предварительной обработки вне зависимости от сорта. Пророщенная соя сорта Валента в составе корма показала продуктивность птицы, аналогичную полученной автоклавиро-ванием сои сорта Вилана.

9. Переваримость основных питательных веществ в группах получавших на-тивную сою была ниже, чем при использовании автоклавированной сои, а баланс кальция и фосфора в них был отрицателен. Использование в корме необработанной сои вызывало увеличение массы поджелудочной железы. Ю. Использование сои сорта Вилана в кормлении перепелов при любом варианте ее обработки приводит к снижению содержания белка в сыворотке крови перепелов в сравнении с птицей, получавшей сою сорта Валента. Состав белковых фракций сыворотки крови показал, что у перепелов, получавших необработанную сою сорта Валента, белковый коэффициент составил 0,72 ед., что выше аналогичной группы с использованием Виланы на 22,2%.

11 .Биохимические особенности сои и тыквы позволяют при совместной их переработке получить ценную растительную кормовую добавку. При этом авто-клавированная соя сорта Валента повышает рентабельность производства мяса перепелов с 22,52% до 28,76% в сравнении с добавкой из сои сорта Вилана.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. Для повышения эффективности переработки плодов тыквы на основе данных по содержанию и распределению каротина в них рекомендовано дополнительно использовать у сорта Витаминная плаценту, а у сорта Столовая плаценту и кожуру.

2. В целях увеличения накопления каротина в тыквенной пасте из плодов сорта Витаминная в процессе хранения рекомендовано при консервировании закладывать тыквенную массу с" семенами при добавлении маточной г культуры молочнокислых бактерий (0,2% к объему) или бисульфата натрия (0,8%).

3. Для снижения содержания ингибиторов протеаз и уменьшения расхода тепла при термообработке рекомендовано использовать замачивание соевых бобов в водопроводной воде или растворах католита и анолита в течение 36 часов при температуре 25 °C.

4. В целях увеличения продуктивности перепелов и качества их тушек, повышения рентабельности производства мяса из них рекомендовано использовать в качестве белковой основы добавки из сои сорта Валента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Нами были изучены особенности биохимического состава плодов тыквы для выбора сорта, приемлемого в производстве белково-витаминных добавок для сельскохозяйственной птицы. Как показали исследования, между сортами тыкв Столовая и Витаминная имеются отличия в содержании и распределении каротина. Установлено, что в тыкве сорта Витаминная содержание каротина выше во всех частях плода по сравнению с сортом Столовая, и максимальное содержание достигается в плаценте (202,80 мг/кг). В плодах тыквы Столовой повышенное содержание каротина отмечено как в плаценте (174,10 мг/кг), так и в кожуре (120,02 мг/кг). Выявленные закономерности позволяют признать целесообразным использование при переработке тыквы сорта Витаминная не только мякоти в качестве витаминного сырья, но также кожуры и плаценты, так как массовая доля плаценты в ней достигает 9%, что при высокой концентрации каротина делает плаценту резервом повышения выхода каротина из тыквы.

Результаты, полученные при консервировании тыквенной пасты для увеличения содержания каротина, показали, что семена тыквы участвуют в биогенезе каротина, как в целых плодах, так и в процессе хранения тыквенной пасты. При измельчении семян снижается скорость накопления каротина в пасте. Прогрев семян приводит к разрушению факторов, обеспечивающих синтез каротина и скорость его накопления одинакова с вариантом консервирования пасты без семян. Природа консерванта влияет на накопления каротина в пасте. Лучшие результаты нами были получены при использовании в качестве консервантов бисульфата натрия и культуры молочнокислых бактерий.

Получение белково-витаминных добавок требует изучения биохимического состава семян разных сортов сои и выбор оптимальных приемов их обработки. Замачивание как отдельный технологический прием, совместно с термической обработкой позволяет значительно снизить «жесткость» термообработки, и таким образом, снизить затраты энергоносителей и с минимальной степенью разрушить ценные питательные вещества, содержащиеся в сое.

Изучение особенностей гидратации соевых бобов показало, что ее величина зависит от сортовых особенностей, которые коррелируют с химическим составом семян сои. Увеличить степень гидратации позволяет использование при замачивании сои электроактивированной воды, которая обеспечивает увеличение скорости набухания и сокращение времени, затрачиваемого на проращивание.

Результаты, полученные при оценке физиолого-биохимических процессов ¡-в семенах при проращивании, позволяют заключить, что существенным образом меняет состав семян. Так при проращивании сои происходит снижение уровня ингибиторов протеаз. Кроме того, происходит незначительное накопление белка в семенах (2−4% от начального содержания). Нами установлено, что скорость прорастания семян сои имеет отрицательную корреляцию с содержанием в ней белка, ингибиторов трипсина и водорастворимых углеводов, и положительно коррелирует с содержанием в семенах жира. Установлено, что температура существенным образом влияет на скорость прорастания сои. Так, при времени замачивания до двух суток значения коэффициента набухаемости при температурах 25 °C и 36 °C принимает максимально значение 150%. Увеличение времени более 60 часов приводит к повышению водонасыщения только при температуре 36 °C, а при 25 °C водонасыщение не более 170% и далее не повышается.

Результаты, полученные нами по оптимизации режимов сушки полно9 жирной сои и тыквенной пасты с целью получения РБВД для перепелов, позволяют сделать следующие заключения. Использование измельчения сои при приготовлении белково-витаминной добавки из полножирной сои, тыквенной пасты повышает сохранность каротина при сушке, не оказывая влияние на активность уреазы. Использование для приготовления РБВД тыквенной пасты при температуре сушки 120 °C не оказывает влияние на содержание каротина в образцах, однако, для получения оптимальной активности уреазы сои лучшим временем сушки является 1 час. Использование предварительного смешивания компонентов добавки на основе полножирной сои и тыквенной пасты снижает время сушки с одного часа до половины. Дробный режим сушки позволяет получать удовлетворительные показатели по активности уреазы при времени обработки при температуре 120 °C в течение 0,5 часа.