CC BY
25
УДК 635.21:631.442./4+633
ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ «ИСКУССТВЕННАЯ КУТИКУЛА» «ARTICLE» (ARTIficial cutiCLE) ДЛЯ ИНКУБАЦИОННЫХ ЯИЦ КУР
1Е. Г. АСТРАХАНЦЕВА, 'О. Г. БОРДУНОВА, 2В. Д. ЧИВАНОВ
'Сумский национальный аграрный университет, г. Сумы, Украина, 40021
2Институт прикладной физики НАН Украины, г. Сумы, Украина, 40030
(Поступила в редакцию 15.02.2017)
Резюме. Разработана инновационная технология инкубации яиц кур с использованием защитного покрытия «искусственная кутикула» «ARTICLE» («ARTIficial cutiCLE»). «ARTICLE» состоит из кислоторастворимого хитозана, надуксусной кислоты (НУК), ультра- нанодисперсного оксида железа (III) Fе2O3, перекиси водорода (H2O2), сульфата железа (II) — FeSO4 и сульфата железа (III) — Fe2(SO4)3 и обеспечивает повышение показателей выводимости яиц кур кросса Хайсекс Вайт по сравнению с контролем на 2,3— 12,0 %, а также обусловливает снижение количества патогенной микрофлоры на поверхности инкубационных яиц до 2,68 °% от исходного количества бактериальных колоний на поверхности яиц до прединкубационной обработки.
Ключевые слова: инкубационные яйца кур, прединкубационная обработка, технология «искусственная кутикула» «ARTICLE».
Summary. An innovative technology for the incubation of hen eggs with the use of a protective cover «artificial cuticle» «ARTICLE» («ARTIficial cutiCLE») has been developed. «ARTICLE» consists of acid-soluble chitosan, peracetic acid (PAA), ultra-nanodisperse iron (III) oxide Fe2P3, hydrogen peroxide (H2P2), iron (II) sulfate-FeSO4 and iron (III) sulfate-Fe2(SO4)3 and provides an increase in the hatchability of hen eggs of the cross Hisex White in comparison with the control by 2.3-12.0%, and also causes a decrease in the amount of pathogenic microflora on the surface of the incubation eggs to 2.68% of the initial number of bacterial colonies on the surface of eggs before pre-incubation treatment.
Key words: hatching hen eggs, pre-incubation treatment, technology «artificial cuticle» «ARTICLE».
Введение В последнее время широкое распространение получили различные варианты прединкубационной обработки яиц сельскохозяйственной птицы [1]. Прединкубационная обработка является традиционной и безальтернативной частью всех без исключений технологий искусственной инкубации, что обусловливается в первую очередь необходимостью предупреждения контаминации яиц и молодняка патогенными агентами вирусного и бактериального происхождения [2, 3]. Отметим, что вероятность такой контаминации в последние десятилетия значительно повышается, во-первых, из-за укрупнения птицеводческих хозяйств, которое является следствием повышения уровня технологич-
ности последних и, во-вторых, обусловлено селекционной работой, направленной на повышение яйценоскости поголовья, ухудшением общего иммунного статуса молодняка птицы и защитных свойств биокерамического защитного слоя птичьего яйца (кальцитных слоев скорлупы, над- и подскорлупных мембран) [3, 4]. Одним из перспективных подходов к решению проблемы надежной защиты инкубационных яиц от контаминации является технология, разработанная исследователями из СНАУ под руководством проф. О. Г. Бордуновой, получившая название «искусственная кутикула» для инкубационных яиц «ARTICLE» («ARTIficial cutiCLE») [5]. Технология заключается в создании на поверхности яйца в соответствии с биомиметическим принципом [6] защитной газо/паропроницаемой пленки на основе хитозана, пероксидных соединений кислоты и фотокаталитически-активных наночастиц оксидов титана и железа. Хотя технология «ARTICLE» с успехом прошла производственную проверку и получила одобрение вследствие высокой эффективности в отношении патогенов вирусного и бактериального происхождения вкупе с полной безопасностью по отношению к объектам окружающей среды, некоторые аспекты остаются недостаточно исследованными. Так, современная тенденция к эффективному использованию производственных отходов, получаемых в больших объемах, в частности яичной скорлупы, требует как максимального удешевления химических составляющих технологии «ARTICLE», так и их несложного и неэнергоемкого удаления из указанного вида сырья. Подчеркнем, что в настоящее время яичная скорлупа приобретает все большее распространение в промышленной химии (различные каталитические процессы), технологиях очистки загрязненных вод, воздушной среды и почвы от токсинов органического происхождения и тяжелых металлов [7-9]. Исходя из приведенного и учитывая тот факт, что наноразмерные частицы оксидов металлов, используемые в технологии «ARTICLE», достаточно дороги, целью работы было исследование возможности замены последних на ионы железа, интенсифицирующие окислительные процессы по типу реакций Фентона (фото- и темновых) [10], источником которых являются распространенные соли железа: сульфат железа (II) -FeSO4 и сульфат железа (III) - Fe2(SO4)3. В рамках поставленной цели предполагалось изучение воздействия модифицированной технологии «ARTICLE» на выраженность биоцидной активности защитной пленки на инкубационном яйце кур-несушек Хайсекс Вайт и показатели выводимости кур-несушек кросса Хайсекс Вайт.
Материал и методика исследования. В опыте инкубировали яица кур кросса Хайсекс Вайт, полученных от птицы, содержащейся в соответствии с общепринятыми нормами содержания и кормления. Опытные хозяйства ООО «Бурынский инкубатор», ООО «Авис-Украина»;
инкубатор «Универсал 55»; возраст птицы 40-45 недель. Исходя из набора ингредиентов-составляющих рабочий раствор для получения искусственной кутикулы «ARTICLE» на поверхности инкубационного яйца, формировали три экспериментальные группы (по 1440 яиц): 1) Хитозан + НУК + Fe2Ö3 + H2O2; 2) Хитозан + НУК + сульфат железа (II) - FeSO4 + H2O2; 3) Хитозан + НУК + сульфат железа (III) - Fe2(SO4)3 + H2O2. Контролем служил вариант опыта, где использовали классический метод - обработку парами формальдегида. Искусственную кутикулу «ARTICLE» на поверхности яиц получали посредством опрыскивания последних мелкодисперсным аэрозолем рабочего раствора, содержащего в качестве матричного вещества хитозан (кислоторастворимый; сорб-ционная активность по ионам меди 80,3 мг/г); ЗАО «Биопрогрес», Щелково, РФ), а также дополнительные ингредиенты, качественный и количественный состав которых варьирует в зависимости от многих технологических и ветеринарно-санитарных факторов. Использовали 0,13,0 % раствор хитозана в 2 % надуксусной кислоте (НУК) (рН 3,6). В состав рабочего раствора для образования на инкубационных яйцах защитного покрытия, кроме хитозана, НУК и воды входили желтый же-лезоокисный пигмент (оксид железа (III) Fe2O3 (ОАО «Сумыхимпром»; 0,1-2,5 масс. %), перекись водорода (H2O2) (0,5-5,5 масс. %), сульфат железа (II) - FeSO4 (ОАО «Сумыхимпром») и сульфат железа (III) -Fe2(SO4)3 (0,1-3,0 масс. %). Показатель кислотности раствора (рН) не превышал 3,0. Рабочие растворы готовили следующим образом: 500 мг хитозана растворяли в НУК при помешивании и нагревании до 3540 0С; после полного растворения добавляли холодную воду и Н2О2 до 500 мл, вносили порошки окиси и сульфатов железа и перемешивали миксером, после чего наносили на яйца распылителем типа «Росинка», или другим подобным, обеспечивающим образование капель аэрозоля диаметром не более 5-10 мкм. В ходе последующего высыхания гетеро-структурного жидкофазного покрытия (10-30 мин.), на поверхности инкубационного яйца образуется защитная газопроницаемая пленка композита с выраженными биоцидными свойствами относительно патогенной микрофлоры толщиной 0,5-50,0 мкм. Инкубацию проводили в соответствии со стандартными требованиями [11]. Биохимические показатели суточных цыплят определяли с помощью классических методов биохимических и иммунологических исследований [12] и на клиническом биохимическом анализаторе LabLine-0,16 (LabLine, Австрия) (Сумская областная клиническая больница и ИПФ НАН Украины). Результаты экспериментов обрабатывали статистически с использованием пакета Statistica 5,1 (повторность не менее n = 7-10).
Результаты исследований и их обсуждение. В последнее время роль кутикулы - поверхностной оболочки птичьего яйца как первого
защитного барьера по отношению к патогенной микрофлоре подверглась определенной переоценке. Как оказалось, в состав кутикулы кроме липидов, углеводов, минеральных веществ, входит определенное количество сложных гликопротеинов с биоцидной активностью, которые придают указанному полиингредиентному образованию уникальные защитные свойства по отношению к микрофлоре. Тем более, что в современном птицеводстве используются высокопродуктивные кроссы, яйца которых характеризуются неплотной, слабой кутикулой, не являющейся мощным защитным барьером по отношению к патогенной микрофлоре. Таким образом, резко повышается вероятность распространения массовых заболеваний птицы. Объясняется это тем, что высокая производительность птиц, коррелирует, как правило, со снижением защитных функций кутикулы.
Подытоживая вышесказанное, представляется вполне обоснованным подход к усилению защитных барьерных функций яиц высокопродуктивной птицы путем: а) селекционной работы и б) «конструированием» на поверхности биокерамического слоя скорлупы искусственной кутикулы [13].
В промышленном птицеводстве для защиты инкубационных яиц получает широкое распространение вещество из класса органические перекиси - надуксусная кислота (НУК), которая характеризуется мощными окислительными и биоцидными свойствами [14] и перекись водорода (Н2О2), которой также присущ данный вид активности при условии использования указанных веществ как в виде отдельных реагентов, так и в смесях, в состав которых входят ионы или наночастицы некоторых металлов и их оксидов. Многообещающие перспективы имеют композиции для удаления загрязнений органической природы, в том числе и патогенной микрофлоры, на основе вариантов процесса эффективного окисления (advanced oxidation processes AOP), основанного на комбинировании перекиси водорода Н2О2 и ионов трех- или двухвалентного железа Fe (III), Fe (II), а также на основе реакции Фентона между перекисью водорода Н2О2 и ионами переходных металлов, в частности железа (Fe) и меди (Cu), которая приводит к образованию высокореакционно-способных ионов: • ОН, О2-, и молекул кислорода О2, способных разрушать патогенные микроорганизмы путем окисления [14].
Теоретическим обоснованием конструирования композиции для технологии «искусственная кутикула» «ARTICLE» послужили современные направления в современной ветеринарной дезинфектологии, в частности сочетание в одном препарате различных активных веществ с целью си-нергетического усиления полезных свойств (биоцидной активности) и ингибирования нежелательных (коррозионной активности).
В качестве базового компонента новой композиции для защиты инкубационных яиц кур использован кислоторастворимый хитозан,
надуксусная кислота (НУК), перекись водорода (Н2О2), ультра- и нанодисперсный желтый железоокисный пигмент (Fe2O3), а также сульфат железа (II) - FeSO4 и сульфат железа (III) - Fe2(SO4)3.
Результаты испытаний композиции для образования на инкубационных яйцах защитного относительно негативных факторов окружающей среды и патогенной микрофлоры покрытия показали, что технология «искусственная кутикула» «ARTICLE» способствует повышению показателя выводимости яиц на 2,3-12,0 % (табл. 1) с одновременным значительным снижением количества патогенной микрофлоры на поверхности инкубационных яиц до 2,68 % от исходного количества бактериальных колоний (среда МПА) (табл. 2).
Т а б л и ц а 1. Результаты инкубации яиц кур, обработанных перед инкубацией композицией «искусственная кутикула» «ARTICLE» на основе хитозана, надуксусной кислоты, перекиси водорода, сульфата железа (II) - FeSO4 и сульфата
железа (III) - Fe2(SO4)3
Методы обработки Неоплодо-творенные яйца, % Отходы инкубации, % Вывод цыплят, % Выводимость яиц, %
Формальдегид (контроль) 9,5 15,9 74,6 82,2
1. Хитозан + НУК + Fe2Ü3 + H2O2 10,7 13,2 76,1 84,5
2. Хитозан + НУК + сульфат железа (II) - FeSÜ4 + H2O2 9,2 5,3 85,5 94,2
3. Хитозан + НУК + сульфат железа (III) - Fe2(SÜ4)3 + H2O2 11,3 6,0 82,7 93,7
Т а б л и ц а 2. Уровень микробной контаминации поверхности скорлупы яиц кур на протяжении инкубации (бактерий, КОЕ), X ± 8 х
Время взятия проб для исследований Методы обработки
Контроль (формальдегид) Хитозан + НУК + сульфат железа(П) - FeSO4 + H2O2
До обработки 264,18±8,015
После обработки 2 часа 2,12±0,022 0,04±0,001*
5 суток 6,01±1,013 1,00±0,001*
11 суток 12,40± 1,101 2,14±0,007*
19 суток 30,67±2,015 7,10±0,019*
* р < 0,05.
Заключение. Использование в составе композиции для образования на инкубационных яйцах защитного покрытия «искусственная кутикула» «ARTICLE» («ARTIficial cutiCLE»), состоящей из кислотораствори-мого хитозана, надуксусной кислоты (НУК), ультра- нанодисперсного желтого железоокисного пигмента (оксида железа (III) Fе2O3, перекиси водорода (H2O2), сульфата железа (II) - FeSO4 и сульфата железа (III) -
Fe2(SO4)3, обеспечивает повышение показателей выводимости яиц кур кросса Хайсекс Вайт по сранению с контролем на 2,3-12,0 %, а также обусловливает снижение количества патогенной микрофлоры на поверхности инкубационных яиц до 2,68 % от исходного количества бактериальных колоний на поверхности яиц до прединкубационной обработки. Экспериментально доказано, что доступные, нетоксичные и недорогие соли железа: сульфат железа (II) - FeSO4 и сульфат железа (III) -Fe2(SO4)3 с успехом заменяют в технологии «ARTICLE» наночастицы оксида железа (III) Fe2O3 в аспекте интенсификации окислительных процессов по типу реакций Фентона (фото- и темновых), вызывающих в свою очередь разрушение патогенной микрофлоры. Наиболее перспективным для использования в составе биоцидных защитных композиций «искусственная кутикула» «ARTICLE» представляется сульфат железа (II) - FeSO4 в сочетании с перекисью водорода H2O2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бессарабов, Б. Ф. Инкубация яиц с основами эмбриологии сельскохозяйственной птицы / Б. Ф. Бессарабов. - М: КолосС, 2006. - 264 с.
2. Бордунова, О. Г. Нанокомпозит мтозану i дюксиду титану у бiомiметичнiй технологи захисту шкубацшних яець сшьськогосподарсько! птищ / О. Г. Бордунова // Птаив-ництво. - 2010. - Вип.65. - С. 116-127.
3. Бордунова, О. Г. Теоретичне обгрунтування та розробка шновацшно! технологи передшкубацшно! обробки яець курей: автореф.... дис. д. с.-г. наук 06.02.04 / О. Г. Бордунова: Микола!в. нац. аграр. ун-т. - Микола1в, 2016. - 40 с.
4. 1нкубащя яець сшьськогосподарсько! птищ: метод. поабник / В. О. Бреславець [та шт.]. - 1П УААН. - Харюв, 2001. - С. 56.
5. Камышников, В. С. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике (в 2 томах). Т. 2. / В. С. Камышников. - Минск, 2003. - 450 с.
6. «Штучна нанокутикула» для шкубацшних яець «nanoTi_ARTICLE» / Е. А. Самохина [и др.] // Матерiали мижнародно! конференци «Нанорозмiрнi системи. Будова-властивост> технологи» (21-23 листопада 2007), НАН Укра!ни. - Ки!в. - С. 437.
7. Bain, M. M. Eggshell strength: a mechanical/ultrastructural evaluation / M. M. Bain // Ph. D Thesis, University of Glasgow, 1990. - 42 p.
8. Daraei, H., Mittal A., Noorisepehr M., Daraei F. Kinetic and equilibrium studies of ad-sorptive removal of phenol onto eggshell waste // Environmental Science and Pollution Research. - July 2013, V. 20, Issue 7. - P. 4603-4611.
9. Neyens E., Baeyens J. A review of classic Fenton's peroxidation as an advanced oxidation technique // Journal of Hazardous Materials. - 2003. - V. 98, Issues 1-3, P. 33-50.
10. Rodriguez-Navarro A., Kalin O., Nys Y., Garcia-Ruiz J.M. Influence of the microstructure on the shell strength of eggs laid by hens of different ages / Rodriguez-Navarro A., Kalin O., Nys Y. // British Poultry Science. - 2002. - V.43, №3. - P. 395-403.
11. Russell Hugo&Ayliffe's Principles and Practice of Disinfection / Ed. By A.P. Fraise, P. A. Lambert, J.-Y. Maillard. - UK: Blackwell Science Ltd., 2004. - 688 p.
12. Solomon, S. E. Egg and Eggshell Quality / S. E. Solomon // London: Wolfe Publications Limited, 1990. - 182 p.
13. Ziku Wei, Chunli Xu, Baoxin Li Application of waste eggshell as low-cost solid catalyst for biodiesel production // Bioresource Technology. - V. 100. - 2009. - P. 2883-2885.
14. Yong Sik Ok et al. Application of eggshell waste for the immobilization of cadmium and lead in a contaminated soil // Environ Geochem Health. - 2011. - P. 31-39.
