CC BY
22
100
УДК 631.36:636.085:636.03
Теория и практика кормления
Химический состав и перевариваемость кормов, подвергнутых экструзионной обработке на различных конструкциях пресс-экструдера
Д.В. Мартынова, В.П. Попов, Г.А. Сидоренко, Н.Н. Мартынов
ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет»
Аннотация. Повышения интенсивности химических преобразований в перерабатываемом материале в процессе экструзии можно достигнуть за счёт оперативного изменения параметров воздействия на перерабатываемый материал в зависимости от его структуры. В связи с этим была разработана конструкция пресс-экструдера с изменяющимися непосредственно в процессе работы параметрами шнека, которая позволяет производить процесс экструзии в оптимальных режимах, что обеспечивает более глубокие химические преобразования перерабатываемого материала. В исследованиях оценивалось изменение химического состава и, как следствие, питательной и энергетической ценности кормов в процессе экструзионной обработки на стандартной и модернизированной конструкциях пресс-экструдера, а также их перевариваемость в рубце крупного рогатого скота. В результате исследований установлено, что кормовой продукт, экструдированный на модернизированной конструкции пресс-экструдера, имеет большую питательную (на 3,6 %), энергетическую (на 2 %) и продуктивную (6,9 %) ценность.
Ключевые слова: питательная и энергетическая ценность, химический состав, продуктивное действие, кормовые продукты, перевариваемость в рубце, крупный рогатый скот, экструдиро-вание, «in situ».
Введение.
Рост продуктивности молодняка мясного скота основан на эффективном использовании питательных веществ рационов [1]. Исследованиями отечественных учёных установлено, что максимальное количество дешёвой продукции можно получить в том случае, если потребности животных в питательных веществах и энергии удовлетворяются по научно обоснованным нормам [2]. Большинству видов сельскохозяйственных животных балансируют рационы по энергии, протеину и отдельным минеральным веществам зерновыми кормами, так как они содержат большое количество легкоперевариваемых питательных веществ. В кормлении молодняка крупного рогатого скота используют в первую очередь пшеницу, ячмень, овёс и кукурузу [3].
Эффективное использование питательных веществ кормов заключается в повышении их питательной и биологической ценности. В этом направлении наиболее перспективными являются технологии, основанные на высокотемпературных режимах обработки, в частности экструзия [4].
Многими учёными проведены исследования по изменению химического состава зернового сырья в процессе экструзии, а также влиянию экструдированных кормовых продуктов на рубцовое пищеварение крупного рогатого скота. Исследователи отмечали увеличение доступности питательных веществ зерносмесей в процессе экструзионной обработки, повышение рубцового пищеварения и, как следствие, мясной продуктивности крупного рогатого скота [5-7].
В процессе экструзионной обработки происходят различные химические преобразования перерабатываемого материала. Для каждого вида сырья в зависимости от его первоначальных структурно-механических свойств, следует предусмотреть оптимальные условия его преобразования, которые в том числе подразумевают преобразование химического состава. Преобразования химического состава должны производиться как можно более интенсивно, но при этом не должны затрагивать ограничения, накладываемые на технологический процесс, связанные с обеспечением требуемых показателей качества готового экструдированного продукта (не должно происходить подгорания, механического разрушения и т. д. перерабатываемого материала) [8, 9].
Теория и практика кормления 101
Интенсивность происходящих химических преобразований определяется в основном параметрами шнека пресс-экструдера. Повышения интенсивности химических преобразований можно достигнуть за счёт оперативного изменения параметров воздействия на перерабатываемый материал в зависимости от его структуры [10].
В связи с вышесказанным была разработана модернизированная конструкция пресс-экструдера, дополненная шнеком с изменяющимися непосредственно в процессе работы параметрами и измерительными системами, позволяющими контролировать и снимать данные протекающего процесса [11, 12].
Цель исследования.
Изменения питательной и энергетической ценности кормов в процессе экструзионной обработки на стандартной и модернизированной конструкциях пресс-экструдера и оценка их перева-риваемости в рубце бычков.
Материалы и методы исследования.
Объект исследования. Химические составы неэкструдированной зерновой смеси: пшеницы, ячменя, овса и кормовых продуктов, экструдированных из данной зерновой смеси на стандартной и модернизированной конструкциях пресс-экструдера.
Молодняк крупного рогатого скота красной степной породы в возрасте двенадцати месяцев.
Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями Russian Regulations, 1987 (Order No.755 on 12.08.1977 the USSR Ministry of Health) and «The Guide for Care and Use of Laboratory Animals (National Academy Press Washington, D.C. 1966)». При выполнении исследований были приняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества используемых образцов.
Схема эксперимента. Исследования изменения питательной и энергетической ценности кормов в процессе экструзионной обработки были выполнены с использованием материально-технической базы Испытательного центра ФГБНУ Всероссийского НИИ мясного скотоводства (аттестат аккредитации № ИА^и.21ПФ59 от 02.12.2015 г.).
Исследования перевариваемости в рубце бычков проводили в условиях фермерского хозяйства ООО МТС «Красногоры» Саракташского района Оренбургской области в 2016 году.
С целью исследования изменения химического состава кормов в процессе производства экструдированных кормовых продуктов были подготовлены три образца: контрольный образец -неэкструдированная зерновая смесь, I образец - кормовой продукт, экструдированный на стандартной конструкции пресс-экструдера, и II образец - кормовой продукт, экструдированный на модернизированной конструкции пресс-экструдера. I и II образцы отличались от контрольного более высокой питательной и энергетической ценностью.
Для определения энергетической ценности неэкструдированной зерновой смеси и кормовых продуктов, экструдированных на модернизированной и стандартной конструкциях пресс-экструдера, использовали метод косвенной оценки уровня обменной энергии, который не предполагает проведение прямых опытов на животных [13].
Для исследования перевариваемости сухой массы кормов были подготовлены образцы не-экструдированной зерновой смеси и экструдированных кормовых продуктов, измельчённые до частиц размером 1 мм и высушенные до сухого вещества.
Для оценки перевариваемости «in situ» были отобраны 3 бычка в возрасте двенадцати месяцев, с установленными по методу А.А. Алиева (1997) фистулами рубца. Образцы кормов закладывали в нейлоновые мешочки, а после на леске вводили в организм животных через фистулу (рис. 1).
В эксперименте оценивали перевариваемость путём экспозиции в течение 24 часов. Бычкам вводили сначала образцы неэкструдированной зерновой смеси. Спустя 24 часа изымали мешочки и через некоторое время по той же методике вводили образцы кормовых продуктов, экструдированных на стандартной и модернизированной конструкциях пресс-экструдера.
102
Теория и практика кормления
Рис. 1 - Исследования перевариваемости на молодняке крупного рогатого скота с фистулой в рубце
После экспозиции в течение 24 часов в рубце бычков образцы кормов высушивали в сушильном шкафу при температуре 180 °С до постоянной массы. Перевариваемость сухой массы определяли как разность между первоначальным и конечным брутто весом.
Оборудование и технические средства. Для производства экструдированных кормовых продуктов использовался лабораторный стенд, разработанный на базе малогабаритного пресс-экструдера ПЭШ-30/4, выпускаемого ОАО «Орстан» (г. Оренбург). Модернизированная конструкция пресс-экструдера, разработанная на факультете прикладной биотехнологии и инженерии Оренбургского государственного университета, отличается от стандартной наличием измерительных систем и шнека, с изменяющимися непосредственно в процессе работы параметрами.
Шнек обеспечивает возможность регулирования угла наклона витков и шага между витками. Измерительные системы позволяют контролировать и снимать данные протекающего процесса экструзии и в зависимости от свойств поступающего на переработку сырья выбирать оптимальные параметры шнека.
В результате регулирование параметров шнека позволяет проводить процесс экструзии с более глубокими химическими преобразованиями в перерабатываемом материале и получать на выходе готовый кормовой продукт более высокого качества [14-16].
Измельчение экструдированных кормовых продуктов и неэкструдированной зерновой смеси проводили на молотковой дробилке КМИ-11260 (Россия).
Для высушивания образцов неэкструдированной зерновой смеси и кормовых продуктов, экструдированных на стандартной и разработанной конструкциях пресс-экструдера, использовали лабораторный сушильный шкаф ШС-80-01 (Россия).
Статистическая обработка. Хранение полученных результатов исследования и первичная обработка материала проводились с помощью офисного программного комплекса «Microsoft Office» с применением программы «Excel» («Microsoft», США). Для определения погрешности численных значений измеряемых величин использовали методику, предложенную Грачёвым Ю.П., Плаксиным Ю.М. [17].
Результаты исследования.
Результаты проведённых экспериментальных исследований по изучению химического состава показали, что в процессе экструзионной обработки происходят значительные химические преобразования (табл. 1).
Так, по результатам исследований, в I и II образцах наблюдалось увеличение концентрации сырого протеина на 2,7 % и 3,8 % по сравнению с контрольным. В I и II образцах больше на 1,7 % и 3 % по сравнению с контрольным сырого жира. В I и II образцах на 7 % и 18,2 % по сравнению с контрольным меньше содержится сырой клетчатки. В I и II образцах больше на 6,8 % и 7,8 % по сравнению с контрольным безазотистых экстрактивных веществ.
Теория и практика кормления 103
Таблица 1. Анализ изменения химического состава сырья в процессе производства экструдированных кормовых продуктов, г/кг СВ
Показатели Химический состав
контрольный образец I образец II образец
Сырой протеин 125,4±5,55* 128,9±4,57* 130,4±4,52*
Сырая клетчатка 69,5±1,31** 64,9±1,24** 56,8±1,27**
Сырой жир 29,6±1,13** 30,1±1,13** 30,5±1,15**
Сухое вещество, % 87,7±1,43** 92,0±1,44** 92,0±1,46**
БЭВ 624,7 670,7 677,4
Кормовые единицы 0,96±0,005 1,07±0,006 1,11±0,006
Концентрация обменной энергии,
МДж/кг СВ 12,41 12,56 12,71
Примечание: * - P<0,05, ** - P<0,01
Следует отметить, что в процессе экструзионной обработки на модернизированной конструкции пресс-экструдера происходят более глубокие химические преобразования, в отличие от стандартной конструкции пресс-экструдера: во II образце сырого протеина больше на 1,15 %, сырого жира больше на 1,3 %, сырой клетчатки меньше на 14,3 %, безазотистых экстрактивных веществ больше на 0,98 % по сравнению с I образцом.
В процессе экструзионной обработки происходит увеличение кормовых единиц: содержание кормовых единиц в I и II образце больше по сравнению с контрольным на 10,3 % и 13,5 %. Однако следует отметить, что II образец отличается от I большим их содержанием (на 3,6 %).
С целью энергетической оценки кормов была определена концентрация обменной энергии в сухом веществе кормовых продуктов. Результаты показали, что за счёт химических преобразований, произошедших в экструдированных кормовых продуктах, увеличилась концентрация обменной энергии: в I и II образцах концентрации обменной энергии больше по сравнению с контрольным на 1,2 % и 2,4 % соответственно. Следует отметить, что кормовой продукт, экструдированный на модернизированной конструкции пресс-экструдера, отличался большей энергетической ценностью: во II образце концентрация обменной энергии выше на 1,2 % по сравнению с I образцом и на 2,3 % - с контрольным образцом.
Таким образом, кормовой продукт, экструдированный на модернизированной конструкции пресс-экструдера, обладает большей энергетической (на 1,2 %) и питательной ценностью (на 3,6 %), что является важным фактором, определяющим продуктивность животных.
Исследования по оценке перевариваемости «in situ» на молодняке крупного рогатого скота с фистулой в рубце показали, что перевариваемость в рубце экструдированных кормовых продуктов была выше в отличие от неэкструдированной зерновой смеси (рис. 2). Перевариваемость кормового продукта, экструдированного на модернизированной конструкции пресс-экструдера, составила 62,7 %±1,9 (P<0,03); кормового продукта, экструдированного на модернизированной конструкции пресс-экструдера, составила 67,4 %±0,89 (P<0,015); неэкструдированной зерновой смеси -57,17 %±1,3 (P<0,025).
Перевариваемость кормовых продуктов, экструдированных на стандартной и модернизированной конструкциях пресс-экструдера, выше перевариваемости неэкструдированной зерновой смеси на 8,8 % и 15,7 % соответственно.
Из графика, представленного на рисунке 2, также видно, что перевариваемость в рубце кормового продукта, экструдированного на модернизированной конструкции пресс-экструдера, выше на 6,9 % перевариваемости кормового продукта, экструдированного на стандартной конструкции пресс-экструдера.
104
Теория и практика кормления
68,00% 66,00% 64,00% 62,00% 60,00% 58,00% 56,00% 54,00% 52,00%
■ неэкструдированная зерновая смесь
I кормовой продукт, экструдированный на стандартной конструкции пресс-экстру дера I кормовой продукт, экструдированный на разработанной конструкции пресс-экструдера
Рис. 2 — Перевариваемость сухой массы кормов в рубце молодняка крупного рогатого скота
Обсуждение полученных результатов.
В процессе экструзионной обработки зернового сырья происходят значительные преобразования его химического состава [1-3]. Исследователи отмечают повышение питательной и энергетической ценности различных зерносмесей в процессе экструзионной обработки, а также повышение рубцового пищеварения и мясной продуктивности сельскохозяйственных животных при включении в рацион экструдированных кормов [4, 7].
Результаты проведённых нами исследований показали, что в процессе экструзионной обработки зерносмеси в составе: пшеница, ячмень, овёс, происходит увеличение кормовых единиц и обменной энергии. В кормовых продуктах, экструдированных на стандартной и модернизированной конструкциях пресс-экструдера, кормовых единиц на 10,3 % и 13,5 % больше по сравнению с неэкструдированной зерносмесью.
Энергетическая ценность кормовых продуктов отражает их сбалансированность по питательным веществам. В кормовых продуктах, экструдированных на стандартной и модернизированной конструкциях пресс-экструдера, концентрация обменной энергии на 1,2 % и 2,4 % выше по сравнению с неэкструдированной зерносмесью. Также кормовые продукты, экструдированные на стандартной и модернизированной конструкциях пресс-экструдера, обладают более высокой пере-вариваемостью на 8,8 % и 15,7 %, следовательно, имеют более высокую продуктивную ценность в отличие от неэкструдированной зерносмеси.
Технологический процесс экструзии и качество экструдированных кормовых продуктов определяются в основном конструкцией шнека пресс-экструдера [10-12]. Модернизированная конструкция пресс-экструдера с изменяющимися непосредственно в процессе работы параметрами шнека обеспечивает проведение экструзии с более глубокими химическими преобразованиями в перерабатываемом материале и получение на выходе готового кормового продукта более высокого качества.
Полученные результаты проведённых нами экспериментальных исследований по изучению химического состава и перевариваемости кормов, подвергнутых экструзионной обработке, подтверждают данные литературных источников и других исследователей [1-7, 10]. При этом кормовой продукт, экструдированный на модернизированной конструкции пресс-экструдера, обладает большей на 3,6 % питательной и на 1,2 % энергетической ценностью, а также на 6,9 % имеет большую продуктивную ценность по сравнению с кормовым продуктом, экструдированным на стандартной конструкции.
Теория и практика кормления 105
Выводы.
Кормовой продукт, экструдированный на модернизированной конструкции пресс-экструдера, имеет большую питательную, энергетическую и продуктивную ценность в отличие от кормового продукта, экструдированного на стандартной конструкции.
Является целесообразным провести исследования по изучению влияния кормового продукта, полученного на модернизированной и стандартной конструкциях пресс-экструдера на повышение питательности рационов и, как следствие, повышение мясной продуктивности бычков.
Литература
1. Баканов В.Н., Менькин В.К. Кормление сельскохозяйственных животных. М.: Агропро-миздат, 1989. 511 с.
2. Логачёв К.Г., Нуржанов Б.С. Использование комбикормов собственного производства с различными белковыми добавками в кормлении мясного скота // Вестник мясного скотоводства. 2010. Вып. 63(1). С. 105-111.
3. Куликов В.М., Рубан Ю.Д. Общая зоотехния. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1982.
560 с.
4. Кормление молодняка крупного рогатого скота мясных пород в период доращивания и откорма: метод. рекомендации / Б.Х. Галиев, Б.С. Нуржанов, Н.М. Ширнина, Г.К. Дускаев. Оренбург, 2015. 23 с.
5. Биодоступность опытных кормовых смесей in vitro / Г.И. Левахин, Б.С. Нуржанов, И.С. Ми-рошников, В.А. Рязанов // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. 2015. № 2. С. 303305.
6. Левахин Ю.И., Нуржанов Б.С., Рязанов В.А. Особенности липидного обмена в рубце при использовании жиросодержащих нутриентов с различной распадаемостью // Вестник мясного скотоводства. 2015. № 1(89). С. 74-78.
7. Влияние комбикормов-концентратов с экструдированным зерном на рубцовое пищеварение дойных коров / Н.Н. Швецов, Н.П. Зуев, М.М. Наумов и др. // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 9(119). С. 72-77.
8. Мартынова Д.В. Оптимизация процесса экструдирования белково-клетчатко-крахмалосодержащего сырья // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2016. № 3. С. 151-156.
9. Обоснование оптимальных параметров экструдирования различных видов сырья в канале одношнекового пресс-экструдера / Д.В. Тимофеева, В.Г. Коротков, В.П. Попов, С.В. Антимонов, С.Ю. Соловых // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всерос. науч.-метод. конф. Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2014. С. 12981305.
10. Исследование преобразования структурно-механических свойств и химического состава белково-крахмало-клетчаткосодержащего сырья в канале одношнекового пресс-экструдера / Д.В. Тимофеева, С.В. Кишкилев, В.П. Попов, Н.Н. Мартынов // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всерос. науч.-метод. конф. (с междунар. участием). Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2015. С. 1007-1014.
11. Оптимизация процесса преобразования агрегатного состояния зернового сырья при экс-трузионной обработке / Д.В. Тимофеева, В.Г. Коротков, В.П. Попов, С.В. Антимонов // Хлебопродукты. 2013. № 8. С. 46-48.
12. Модернизация рабочего органа типового одношнекового пресс-экструдера / Д.В. Тимофеева, В.Г. Коротков, В.П. Попов, С.В. Антимонов // Хлебопродукты. 2014. № 10. С. 50-52.
13. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных: справ. пособие / А.П. Калашников, Н.И. Клейменов, В.Н. Баканов и др. М.: Агропромиздат, 1985. 352 с.
14. Модернизация шнекового пресс-экструдера / Д.В. Мартынова, В.П. Попов, А.Г. Зиню-хина, Н.Н. Мартынов, В.П. Ханин // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2016. № 4. С. 104-108.
106 Теория и практика кормления
15. Определение экономических параметров процесса экструдирования биополимеров / Д.В. Мартынова, Н.Н. Мартынов, И.А. Бочкарева, Е.И. Панов // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всерос. науч.-метод. конф. Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2016. С. 1138-1145.
16. Разработка и оптимизация конструктивных элементов экструдера на основе изучения химических преобразований биополимеров с целью снижения энергопотребления и повышения качества продукта / Д.В. Мартынова, Н.Н. Мартынов, В.П. Попов, Е.И. Панов // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всерос. науч.-метод. конф. Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2016. С. 1145-1153.
17. Грачёв Ю.П., Плаксин Ю.М. Математические методы планирования эксперимента. М.: ДеЛи принт, 2005. 296 с.
Мартынова Дарья Владимировна, аспирант кафедры пищевой биотехнологии ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет», 460018, г. Оренбург, просп. Победы, 13, сот.: 8-912-34307-17, e-mail: panther89@mail.ru
Попов Валерий Павлович, кандидат технических наук, заведующий кафедрой пищевой биотехнологии ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет», 460018, г. Оренбург, просп. Победы, 13, тел.: 8(3532)37-24-65, e-mail: ppbt@mail.osu.ru
Сидоренко Галина Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии пищевых производств ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет», 460018, г. Оренбург, просп. Победы, 13, тел.: 8(3532)37-24-67, e-mail: tehpp@mail.osu.ru
Мартынов Николай Николаевич, студент кафедры машин и аппаратов химических и пищевых производств ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет», 460018, г. Оренбург, просп. Победы, 13, тел.: 8(3532)37-24-65, e-mail: ppbt@mail.osu.ru
Поступила в редакцию 23 января 2017 года
UDC 631.36:636.085:636.03
Martynova Darya Vladimirovna, Popov Valery Pavlovich, Sidorenko Galina Anatolevna, Martynov Nikolai Nikolaevich
FSBEIHE «Orenburg State University», e-mail: panther89@mail.ru
Chemical composition and digestibility of feeds subjected extruded with various designs of press extruders
Summary. Increasing the intensity of chemical transformations in the treated material during the extrusion process can be achieved due to an operative change in impact parameters on the treated material, depending on its structure. In this regard, new design of a press extruder has been developed with variable parameters of the screw, which allows to produce the extrusion process under optimal conditions, which provides deeper chemical transformations to the processed material. The studies evaluated the change in the chemical composition and, as a consequence, the nutritional and energetic value of feed in the extrusion process on the standard and modernized extruder designs, as well as their digestibility in cattle rumen. As a result of the research it was established that the feed product extruded using the modernized extruder has greater feed (by 3,6 %), energy (by 2 %) and productive (by 6,9 %) value. Key words: nutritional and energy value, chemical composition, productive effect, feed products, digestibility in rumen, cattle, extrusion, «in situ».
