Современные биотехнологии в сельском хозяйстве - читать онлайн

1.1 Обоснование применения молочной сыворотки (СГОЛ-1) в промышленном птицеводстве

Известно, что важным резервом восполнения дефицита протеина в рационах птицы является использование побочных продуктов переработки молока: обрата, сыворотки, пахты.

По данным А.Г. Храмцова, ежегодно в мире получают до 130 млн. т. молочной сыворотки, в том числе в России около 7 млн. т. В связи с недостаточным использованием ее на пищевые цели необходимо особое внимание обращать на нее как на кормовой продукт, применение которого в этом качестве, может значительно повлиять на увеличение продуктивности сельскохозяйственных животных и снизить ее себестоимость.

Высокая питательная ценность и уникальные биологические свойства молока предопределяют необходимость использования всех его компонентов. В отношении молочной сыворотки , которая является побочным продуктом при производстве творога, сыра и казеина, эта проблема решается в наименьшей степени. Между тем на долю сыворотки в процессе производства основных продуктов приходится от 80 до 90 % массы используемого молока и в нее переходит до 50 % сухих веществ молока.

Химический состав молочной сыворотки может значительно различаться, что зависит как от качества исходного сырья, так и от вида основного производимого продукта и технологии его производства. Т.И. Сенкевич, К.Л. Ридель приводят следующий химический состав подсырной и творожной натуральной сыворотки (таблица1).

Биологическая ценность молочной сыворотки обуславливается содержащимися в ней белковыми соединениями ,углеводами, липидами, минеральными солями, витаминами, ферментами, органическими кислотами, иммунными телами, микроэлементами [80]. Энергетическая ценность молочной сыворотки примерно составляет 1/3 энергетической ценности цельного молока. Относительно низкое количество белка в сыворотке частично уравновешивается его высоким качеством.

Белки, содержащиеся в молочной сыворотке по своему составу относятся к наиболее ценным белкам животного происхождения. Важнейшими из них являются бета- лактоглобулин, альфа- лактоглобулин, имунноглобулины и протеозопептоны. Сывороточные белки имеют высокую питательную ценность. Свыше 50 % общего содержания сывороточных белков приходится на долю бета- лактоглобулина. Протеиновые отношения альфа- лактоглобулина и бета- лактоглобулина равны соответственно 4,0 и 3,5. По данным многих авторов [53,75, 89, 13, 14, 84], молочные белки имеют аминокислотный состав, близкий к аминокислотному составу мышечных белков и превосходящий по содержанию незаменимых аминокислот белки растительного происхождения. По сравнению с другими белками сочетание незаменимых аминокислот в сывороточных является одним из лучших, поэтому молочные белки имеют повышенную биологическую ценность. Сывороточные белки благоприятно отличаются высокой степенью перевариваемости. Показатель перевариваемости (PER) сывороточного белка – 3,2, что значительно выше показателя стандартного препарата казеина [2,5] – основного белка цельного молока. Аминокислотный состав сывороточных белков и казеина различаются. В альбумине содержание триптофана в 4 раза больше, чем в казеине, цистина в глобулине в 7 раз больше, а в альбумине в 19 раз больше, чем в казеине [5].

Высокая биологическая ценность сывороточных белков зависит напрямую от высокого количества в них незаменимых аминокислот, особенно лизина, из общего количества которого (703 мг/г азота) доступным является 83 %. Важной особенностью молочных белков является и способность при расщеплении всасываться непосредственно из кишечника в кровь [27].

Таблица 2 – Химический состав подсырной и творожной натуральной сыворотки

Молочная сыворотка отличается большим количеством свободным аминокислот, которых в подсырной в 4 , а в творожной в 10 раз больше, чем в исходном молоке. 35 % азота сыворотки представляют небелковые азотные соединения, более 20 % из которых – свободные аминокислоты [112].

В связи с достаточно высоким содержанием лизина сывороточные белки могут быть использованы в качестве добавок для улучшения качества различных зерновых продуктов. По данным Т. Сенкевича. К.Л. Риделя, добавка 40 % нативного сывороточного белка удваивает величину протеинового отношения зерновых продуктов. В информации В.В. Молочникова и др. указывается, что биологическая ценность белков в значительной степени определяется наличием в них молочной сыворотки: так, в смеси с казеином она возрастает с 73 % до 92 %, в смеси с белками пшеницы – с 56 % до 105 % – 112 %. Смесь концентрата сывороточных белков с некоторыми другими растительными белками дает еще больший эффект [80, 53].

До 70 % сухого вещества молочной сыворотки представлено углеводами – главным образом лактозой и продуктами ее гидролиза (глюкозой и галактозой), которые являются основными поставщиками энергии [91].

Как указывают А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, А.Д. Лодыгин и др., лактоза способствует развитию бифидофлоры в кишечнике, которая защищает организм от инфекции, создавая кислую среду в толстом кишечнике и ингибируя развитием патогенных и гнилостных микроорганизмов. Тем самым она косвенно уменьшает и уровень аммиака в крови [112, 106].

А. Г. Храмцов и др. указывают, что гидролиз лактозы в кишечнике протекает замедленно, обеспечивая постепенный приток энергии, в связи с чем ограничиваются процессы брожения и нормализуется жизнедеятельность полезной кишечной микрофлоры. В результате этого замедляются гнилостные процессы газообразование и всасывание токсических гнилостных продуктов. Лактоза способствует поддержанию оптимального соотношения кальция, фосфора и магния в крови. По сравнению с другими углеводами, лактоза исключает инактивацию витамина С и ферментов [110, 108].

Однако высокий уровень лактозы в рационах сельскохозяйственных животных оказывает неблагоприятное воздействие на процессы пищеварения, выражающееся в виде расстройств и жидкого стула. Это побуждает осторожно подходить к увеличению количества молочных продуктов в рационах животных [97, 108].

В сыворотку переходят практически все соли и микроэлементы молока; в ней обнаружено более 30 макро-, микро- и ультрамикроэлементов. Кальций молочных продуктов полностью усваивается, в отличие от содержания его в других продуктах. Сыворотка является также хорошим поставщиком фосфора, серы и водорастворимых витаминов, которые не только переходят все в сыворотку, но некоторые, например холин, даже накапливаются [110].

В молочной сыворотке содержится от 0,05 % до 0,5 % жира, что обусловлено его содержанием в исходном сырье и технологией выработки основного продукта. Молочный жир в сыворотке диспергирован больше, чем в молоке, что положительно влияет на его усвояемость.

Немаловажное значение имеет и наличие в ней молочной кислоты, оказывающей существенное влияние на кишечник. Молочная кислота и лактаты в желудочно- кишечном тракте животных стимулируют соковыделение и угнетают развитие гнилостной и другой вредной микрофлоры.

Молочная сыворотка обладает выраженным свойством возбуждать секрецию желудочных пищеварительных желез, тем самым улучшая перевариваемость кормов [98,99, 114].

По данным М.В. Залашко, Л.С. Залашко, многочисленными опытами было доказано, что молочная сыворотка является наиболее действенным и самым безопасным средством, возбуждающим секрецию печени и способствующим выделению желчи, что помогает кишечному пищеварению. Включение в рацион поросят-отъемышей молочной сыворотки дает возможность не допускать их гибель от дистрофии печени. Положительное ее влияние заключается в том, что она содержит и-урацилкарбоновую кислоту – вещество, способное включаться в пиримидиновые нуклеотиды. Она ускоряет восстановительные процессы в печени, которые нарушаются при токсической дистрофии, и благоприятно влияет на рост и развитие поросят [30].

Так, по данным J. Heit (цит. по М.В. Залашко), лечебным продуктом сыворотка считалась еще в Древней Греции. Сыворотке приписывалось "мочегонное, успокаивающее слизистую оболочку, препятствующее гниению содержимого кишечника, общеукрепляющее действие" [30].

Положительное действие сыворотки на организм связано как с ее солевым составом, так и с необычайным соотношением в ней белков, жиров и углеводов. Еще более полезные качества приобретает молочная сыворотка в процессе ее биотехнологической переработки, например, путем сквашивания ее молочнокислыми бактериями [95, 96].

Молочная сыворотка, с содержанием в сухом веществе более 70 % молочного сахара, около 14,5 % белковых веществ, до 7,5 % жира и не менее 8 % минеральных солей, практически не имеет себе равных среди естественных субстратов, используемых в качестве питательной среды для микроорганизмов [18, 111].

Диетическое в лечебное действие кисломолочных продуктов на организм животных объясняется благотворным воздействием молочно-кислых организмов, молочной кислоты, углекислого газа, спирта, витаминов, антбиотиков и других веществ, образующихся в ходе биохимических процессов, протекающих при брожении молочных продуктов [16, 18].

Усвояемость молочнокислых продуктов выше, чем свежих. Она повышается вследствие частичного расщепления в них белков на более простые и легкоусвояемые вещества. Молочнокислые продукты активируют секреторную деятельность желудка и кишечника. В результате железы пищеварительной системы интенсивнее выделяют ферменты, что ускоряет переваривание и усвоение корма животными. Обладая приятным острокислым вкусом, эти продукты возбуждают аппетит и способствуют повышению потребления кормов животными [79, 148, 150].

Р.Д. Гудбанд, Р.Х. Хайнес (1998), отмечают, что при увеличении уровня включения в рационы молочной сыворотки до 20 % от сухого вещества потребление кормов и приросты молодняка свиней повышались [136].

Механизм положительного действия кисломолочных продуктов при длительном применении многообразен. Он заключается в повышении уровня питания организма, в нормализации его функций, в поливитаминной терапии, благоприятном действии на обмен веществ, усилении окислительно-восстановительных процессов, в регуляции секреторной и двигательной функций желудочнокишечного тракта и возбуждении сердечно-сосудистой системы и дыхательного центра. По мнению А.И. Семенищева, при длительном применении кисломолочных продуктов в организме улучшаются физиологические и биохимические процессы, повышается обмен веществ. Кисломолочные продукты отвечают требованиям комплексной терапии [79].

Воздействие кисломолочных продуктов на организм молодняка сельскохозяйственных животных обусловлено не только их высокой питательной ценностью и хорошей усвояемостью, но и наличием антибиотических свойств.

Из кисломолочных продуктов выделены антибиотики: низин, лактолин, стрептомицин, лактомицин, диплококцин и др. Эти вещества могут оказывать на многие микроорганизмы сильное бактерицидное и бактериостатическое действие [86, 87, 104].

Известно, что при систематическом скармливании кисломолочных продуктов количество нежелательных гнилостных микробов в кишечнике резко уменьшается, а число молочнокислых – значительно увеличивается, в результате чего устраняется возможность отравления организма индолом, скатолом и другими ядами, обычно образующимися в процессе жизнедеятельности гнилостных бактерий. Исследованиями Е.С. Воронина, Я.Я. Ставцевой, О.А. Оуарза-хал, Д.Е. Коннер и др., доказано, что молочнокислые палочки и стрептококки полностью подавляли развитие стафилококков и значительно ингибировали различные виды сальмонелл [13, 14, 84, 144, 2].

Молочная сыворотка является источником биологически активных веществ – жизненно необходимых элементов питания животных. Анализ литературных данных, проведенный П.Ф. Ведяшкиным, показывает, что в молоке имеются неидентифицированные вещества, способствующие росту животных, и многие ученые утверждают, что накапливание в молоке и молочных продуктах веществ, обладающих биологическими свойствами, обуславливается ростом и развитием молочнокислых бактерий. К ним, в частности, относятся дикарбоновые кислоты и оксикислоты, жирные ароматические непредельные кислоты, фенокислоты и гуминовые ароматические кислоты. Большое количество органических кислот в сыворотке способствует регулированию рН желудочного сока, тем самым, влияя на состав желудочной микрофлору в сторону увеличения молочнокислых микроорганизмов, для оптимального развития которых нужна более кислая среда [10, 20].

В связи с тем, что применение молочной сыворотки на пищевые цели ограничено, ее используют в кормовых целях. В натуральном виде ее широко применяют для кормления сельскохозяйственных животных. Благодаря высокой питательной ценности отходы молочной промышленности, в частности молочная сыворотка, используются для приготовления различных кормосмесей и добавок на корм птице. Питательная ценность сыворотки составляет 0,127 кормовой единицы. Там, где имеются ее излишки и невелики транспортные расходы, целесообразно использовать ее на корм в свежем виде. Однако такой способ является крайне неэффективным из-за трудностей транспортировки, хранения и необходимости тепловой обработки ее перед отправкой на фермы, так как сыворотка из сырого молока может привести к распространению различных инфекций. Серьезным недостатком является, и непродолжительный срок хранения свежей сыворотки, за 12 часов она теряет около 25 % своей энергетической ценности.

Все это вынуждает молочную промышленность разрабатывать и применять технологии получения на ее основе, или с ее применением разнообразных продуктов, многие из которых используются в кормлении сельскохозяйственных животных, отличаются длительным сроком хранения, компактностью и повышенными кормовыми качествами [38, 39, 40].

Традиционными направлениями промышленной переработки молочной сыворотки является ее сгущение и сушка. Наименее трудо- и энергоемким процессом является ее сгущение в вакуум-выпарных установках, что позволяет значительно уменьшить ее объем, повысить концентрацию питательных веществ и срок хранения. В процессе сгущения сыворотки при температуре от 60 °C до 65 °C одновременно достигается и ее пастеризация.

По данным А.Г. Храмцова, П.Г. Нестеренко, у нас в стране выпускается сгущенная молочная сыворотка с содержанием сухих веществ 40 % и 60 %. Сыворотка с содержанием сухих веществ 40 % имеет текучую консистенцию и выдерживает хранение до 10 дней, а с содержанием сухих веществ 60 % – еще больше: при температуре от минус 2 °C до 5 °C – до двух месяцев, а от минус 10 °C до 3 °C – до 6 месяцев [113].

Приведенные в литературе данные химического анализа А.Г. Храмцова и др., показывают, что сгущенная сыворотка, при содержании 40 % и 60 % сухого вещества, содержит соответственно (г на 1 кг продукта): переваримого протеина – 44 и 65, золы – 32 и 56, молочного сахара – 310 и 400, молочного жира – 3,4 и 5,3. Питательность 1 кг сгущенной сыворотки составляет 1500 и 2300 ккал, при содержании 0,8 и 1,2 кормовой единицы соответственно. Микроэлементы, присутствующие в натуральной сыворотке, сохраняются и в сгущенной [112].

Анализ молочной промышленности США и Канады, проведенный Т.Сенкевичем, К.Л. Риделем показал, что в этих странах выпускают три вида сгущенной сыворотки:

1) сгущенная с 25,5 % содержания сухих веществ;

2) концентрированная с 28 % содержанием сухих веществ;

3) концентрированная с 40 % содержанием сухих веществ.

Сгущенная сыворотка в этих странах используется главным образом в процессе приготовления комбикормов для сельскохозяйственных животных [80].

На больших молокоперерабатывающих предприятиях успешно применяется сушка молочной сыворотки, что позволяет значительно сократить расходы на ее транспортировку и сохранить наиболее ценные ее компоненты. Удаление воды в процессе сушки делает продукт устойчивым к хранению в течении нескольких месяцев. Сухая сыворотка представляет собой мелкий гигроскопический порошок, питательность которого, по данным А.Г. Храмцова и др., составляет 36003850 ккал в 1 кг. Содержание: углеводов от 63 % до 73,6 %; белков от 10,77 % до 14,09 %; жира от 0,7 % до 5,38 %; золы от 4,45 % до 9,88 %.

Сухую молочную сыворотку используют при производстве ЗЦМ для молодняка сельскохозяйственных животных, производстве комбикормов и непосредственно в составе кормосмесей [107].

Производят сушку сыворотки и с различными добавками, примером чего являются продукты "Белакт" и "БКлакт", технология приготовления которых разработана совместными усилиями ВНИИ молочной промышленности, Белгородского СХИ и специалистами Белгородского молочного комбината [41].

Эти продукты состоят из сухого обрата и сладкой подсырной или кислой творожной сыворотки в соотношении 1:1 по сухому веществу. Получают их путем предварительного раздельного сгущения, смешивания и распылительной сушки. Полученные продукты находят широкое применение в производстве ЗЦМ и комбикормов-стартеров [107].

Путем техники разделения на мембранах, ультра- и гель- фильтрации и последующего осаждения из молочной сыворотки и побочных продуктов производства молочного сахара получают ценные кормовые продукты: сухой сывороточный концентрат (ССК) и сухой белковый концентрат (СБК), технология производства которых разработана Северо- Кавказским филиалом ВНИИМС (г. Ставрополь). Сывороточные белковые концентраты содержат от 40 % до 75 % белка и используются в виде белково-углеводной добавки в кормлении скота и птицы.

Целесообразной и экономически выгодной является промышленная переработка молочной сыворотки на биологически ценные кормовые добавки на основе микробиологического синтеза и ферментативного катализа. Переработка молочной сыворотки на основе биотехнологии обеспечивает максимальное использование компонентов молока, повышение ее номинальной стоимости за счет получения более ценных продуктов [32, 40, 147, 149].

По мнению В.В. Евелевой и др., К.К. Полянского, из всех известных в настоящее время способов биосинтеза наименее трудо- и энергоемкие связаны со сбраживанием лактозы молочнокислыми бактериями, поскольку при их использовании происходит почти полное превращение лактозы в молочную кислоту [25, 71]. Микробиологическая переработка сыворотки – путь наиболее рационального ее использования, когда с помощью микроорганизмов возможно получение целого ряда продуктов, по своей ценности превышающих исходное сырье. Наличие в сухом веществе молочной сыворотки до 70 % лактозы, являющейся прекрасным энергетическим материалом для многих видов микроорганизмов, выдвигает на первый план проблему использования ее в качестве естественной питательной среды, на которой возможно получение различных продуктов метаболизма микробов (молочная и другие органические кислоты, спирт, витамины, белок, ферменты, жир и пр.) [132, 134, 135].

Исследованиями А.Г. Храмцова, П.Г. Нестеренко установлено, что необычайно широкая номенклатура кормовых продуктов производится в странах с развитой молочной промышленностью [112].

Во Франции предложен способ переработки молочной сыворотки, основанный на использовании таких микроорганизмов, как волокнистые грибки. Полученная биомасса состоит из белков (не менее 38 %), жиров, минеральных солей, витаминов. Продукт используется для кормовых целей. Там же разработан способ производства продукта для кормовых целей на основе молочной сыворотки путем ее дрожжевания и в дальнейшем добавления определенного количества соевой муки. В сухом веществе готового продукта содержится от 4 % до 5 % белка. Продукт рекомендован для откорма молодняка [135, 137, 141]. В Швеции из молочной сыворотки вырабатывают продукт под торговой маркой «Ewoplus». Молочную сыворотку подвергают ультра-фильтрации. Затем туда вносят мочевину. В результате химической реакции получают продукт, содержащий лактозилмочевину, сывороточный белок, незначительное количество непрореагировавших лактозы и мочевины, а также соли. Продукт используется в корм птице в сгущенном или сухом виде [35, 122, 123, 143].

В России и странах СНГ методами биологической обработки получают сыворотку молочную сгущенную сброженную, сгущенную сквашенную, сгущенную гидролизованную, концентрат-обогатитель, сыворотку молочную обогащенную для добавки в корм молодняка сельскохозяйственных животных, биологически обработанный заменитель цельного молока – БИО-ЗЦМ, кормовой продукт "Пролине", кормовые продукты "Промикс" и "Провилакт", продукт "ПВ-1", кормовую добавку "БИКОДО" и т.д. [40].

По данным С.М. Белова, в нашей стране около 70 % творожной сыворотки скармливается животным, однако, лишь только около 25 % поставляется животноводческим хозяйствам в обогащенном виде, т.е. с добавками некоторых видов полезных микроорганизмов. В связи с этим, возрастает интерес специалистов к биологическим способам переработки сыворотки с помощью дрожжей, бактерий [7, 100].

Сыворотка молочная сгущенная сброженная приготавливается из пастеризованной сыворотки, которую сбраживают закваской из штаммов молочнокислых бактерий, затем инактивируют ферменты нагреванием и сгущают в вакуумвыпарной установке. Готовый продукт – тегучая масса светло-желтого цвета с легко перемешиваемым осадком. Его основной химический состав: сырого белка – от 7 % до 8,6 %, углеводов – от 25 % до 27 %, молочной кислоты – от 2,8 % до 3,5 %, минеральных солей – от 2,4 % до 3 %. Продолжительность хранения: при температуре от 8 °C до 10 °C – не более 10 дней, при температуре от минус 10 °C до минус 3 °C – не более 6 месяцев [11].