CC BY
110
УДК 636.085/087:661.123
Исследование биологической ценности белковой кормовой добавки из отходов шерсти
Н. И. Шевцова, Н.К. Тимошенко, д.э.н.
М. Г. Водолазский, к. в.н.
И.С. Исмаилов, д. с.-х.н.
Г.П. Стародубцева, СтГАУ
Д. Н. Лодыгин, СевКавГТУ Филиалом заготовки и первичной обработки шерсти СНИИЖК разработана технология получения белковой кормовой добавки на основе использования кератинсодержащего сырья. Сырьем служат непрядомые отходы шерсти, образующиеся в воздушных камерах бункеров - накопителей и вентиляционных камерах пневмопровода при прессовании мытой шерсти производства фабрик ПОШ. Сырьё представляет мелкоструктурную смесь в виде пыли влажностью 7-15 %, в состав которой входят: 40-50%-мытое волокно и его обрывки длиной от нескольких микрон до 15 мм и более; 20-27 %-растительные примеси, 15-20 % - минеральные примеси; 3-5 % - органические примеси (экскременты); 1-3 % - жир. Ресурс такого сырья на предприятии составляет ежегодно в среднем 0,2-0,3 % выпуска мытой шерсти, что достигает по массе нескольких десятков тонн. Указанные отходы шерсти, обладающие биогенными свойствами (содержание белка до 50 %), не используют и удаляют с предприятий на свалку. Утилизация отходов шерстяной промышленности представляет серьёзную проблему, так как шерстяное волокно не гниет, не горит, в нативном состоянии не разлагается длительное время и является источником для разведения моли. Накопление отходов шерсти загрязняет окружающую среду и ухудшает экологию. Однако кератинсодержашее сырье -исключительно ценный биологический концентрат всех жизненно необходимых для животного организма аминокислот.
В кормовых целях кератины могут быть введены в рацион животных в виде гидролизата, в котором молекулы белка расщеплены до водорастворимых
и легко перерабатываемых ферментами полипептидов. Переваримость гидролизатов составляет 75-90 %. Они могут служить источником протеина и использоваться в качестве белковых кормовых добавок в рационах для повышения полноценности и усвояемости растительного белка.
В основе технологического процесса получения гидролизата из отходов шерсти лежит тепловая обработка (при температуре 120±5°С и давлении 0,2 МПа), которая включает слабощелочной гидролиз, нейтрализацию кислотой (800С), фильтрацию, сушку или сгущение. Качество гидролизата исследовали на соответствие требованиям кормового средства для овец по определению его химического состава и функциональных свойств (таблица 1).
Таблица 1
Физико-химические свойства белкового гидролизата из отходов шерсти
Показатели Образец
1 2 3 4 5 (осадок)
однород ная сыпучи й пастообразная масса в виде мягкого блока сухая твердая
Внешний вид вязкая жидкост ь порошо к без наполнит еля с 5 % наполнит еля рассыпаю щаяся смесь
Цвет темно-коричневый бурый
Запах специфический, не гнилостный отсутствуе т
Массовая доля, %:
- сухого вещества 11,36 91,00 68,85 38,47 69,21
- влаги 88,64 9,00 31,15 61,53 30,79
(в абс. сухом веществе): 45,19 26,92 35,75 41,75 12,75
- сырого протеина
- сырого жира 3,02 1,98 2,03 12,24 7,00
- сырой золы 24,11 22,17 22,26 21,94 31,24
- сырой клетчатки следы 0,73 48,46
X 2 н о К н 0 ей <и ю 1 27,68 48,93 39,96 23,34 0,55
экстрактивных веществ
- кальция 0,08 0,91 0,29 0,35 1,75
- фосфора 1,37 2,38 0,73 1,34 0,57
- натрия 18,49 8,99 11,19 14,51 3,76
-калия 1,00 - 0,55 1,00 0,30
- магния 0,01 - 0,06 0,20 0,84
- цинка, мг/кг 28,0 - 37,3 41,9 105,4
- меди, мг/кг 2,8 - 2,6 2,8 37,9
- марганца, мг/кг 11,2 - 20,5 61,4 249,7
-витамина А, МЕ/кг 0,00
-витамина Е, мг/кг следы 35,0
Исследования проводили на образцах гидролизата (1-4) с разной массовой долей сухих веществ. В жидком состоянии (СВ=11,4 %) гидролизат
представляет однородную вязкую жидкость, в сухом (91 %) - сыпучий порошок, в сгущенном (68,8 и 38,5 %) - пастообразную массу в виде мягкого блока. Для всех видов образцов характерен темно-коричневый цвет, специфический, не гнилостный запах. Растворимость в воде 90-100 %, рН = 7,0.
Корма оценивают по содержанию в них белка (сырого протеина). Из кормов животного происхождения богаты белком мясная мука и сушеная кровь (70-90 %), из растительных - жмыхи и шроты (30-40 %). Таким образом, по содержанию протеина гидролизат из отходов шерсти сравним со жмыхами и шротами.
В исследуемых образцах гидролизата содержание сырого протеина колеблется от 26,9 до 45,2 %, жира - в пределах 2,0-12,2 %, золы - 22,2-24,1 %, клетчатки - до 1 %, кальция - 0,1-1,0 %, фосфора - 0,7-2,4 %, натрия - 9,0-18,5 %.
Следует отметить, что в гидролизате (образец 2-4) содержание кальция в 2,5-3,8 раза меньше, чем фосфора, что показывает несоответствие оптимальному отношению 2:1 при составлении рационов для животных. Однако эти показатели не превышают нормы их содержания в комбикормах-концентратах для овец: не менее 0,4-1,0 % и 0,8-0,9 % соответственно. Корма
растительного и животного происхождения не обеспечивают потребность животного в натрии, поэтому его недостаток восполняют за счет скармливания поваренной соли. Для овец в суточный рацион должно входить ее 10-15г на голову. В наших исследованиях для всех образцов гидролизата отмечено большое содержание натрия - 9,0-18,5%. Кроме приведенных нормируемых в рационах овец макроэлементов, было определено также содержание (%): калия (0,6-1,0), магния (0,01-0,20), а среди микроэлементов, мг/кг - цинка (28-42), меди (2,6-2,8), марганца (11,2-61,4). Полученные результаты показывают, что по содержанию калия (%) гидролизат сравним с растительными кормами (бобы-1,1, молодая трава-1,3), по содержанию магния (%) близок к молоку (0,01), дрожжам (0,17), уступает пшеничным отрубям (0,4), жмыхам и шротам (0,3-0,5). По содержанию цинка (мг/кг) гидролизат сравним с пшеницей (26), овсом, бобами (36), молоком сухим (43), по содержанию меди - с мукой кормовой ячменной (2,8), по содержанию марганца - с мукой мясо-костной (10,6), рыбной (10), шротами и жмыхами (18-57). В исследуемых образцах гидролизата витаминов А, Е не обнаружено (в осадке витамина Е —35,0 мг/кг).
Результаты проведенных исследований показывают, что по содержанию протеина гидролизат из отходов шерсти сравним со жмыхами и шротами и его можно отнести к белковой кормовой добавке, соответствующей нормам (13,5...21,0 %), предъявляемым к комбикормам- концентратам для овец по ГОСТ 10199-81.
Значение протеина кормового средства определяется тем, что он является поставщиком аминокислот, и особенно незаменимых, используемых животными для синтеза белка и глюкозы, кроме того, служит ресурсом для покрытия энергетических нужд животного. Протеиновая питательность характеризуется свойством корма удовлетворять потребность животных в аминокислотах. Содержание аминокислот в гидролизате из отходов шерсти представлено в таблице 2.
Протеин гидролизата содержит 16 аминокислот, из которых 9 незаменимых, что составляет в среднем 43,2 % от общего протеина. Доля
незаменимых аминокислот достаточно высока, что подтверждается величиной аминокислотного индекса, показывающего отношение незаменимых аминокислот к заменимым (0,74-0,80). Таким образом, по содержанию и соотношению незаменимых аминокислот протеин гидролизата из отходов шерсти можно отнести к полноценной кормовой добавке.
На основании данных аминокислотного состава (таблица 2) было определено соотношение аминокислот, придающих продукту положительные или отрицательные (горький вкус) свойства. Сумма аминокислот, придающих продукту положительные качества (аспарагиновая кислота, серин, треонин, глутаминовая кислота, глицин, аланин, гистидин, лизин), составляет 53,2-55,7 %, что в 1,1-1,3 раза превышает сумму «горьких аминокислот». Таким образом, изучение аминокислотного состава гидролизата из отходов шерсти показало, что он не обладает горьким привкусом, препятствующим введение его в кормовые рационы.
Таблица 2
Аминокислотный состав гидролизата из отходов шерсти (% в абс. сухом веществе)
Название аминокислот Образец
1 2 3 4 5(осад ок)
Лизин 1,71 1,52 1,36 1,90 0,38
Метионин 1,01 0,50 0,71 0,72 0,11
Аргинин 1,14 1,84 1,15 1,88 0,33
Г истидин 1,45 0,95 1,13 1,18 0,27
Лейцин 4,66 3,49 3,44 4,19 0,78
Изолейцин 1,75 1,58 1,26 1,68 0,34
Фенилаланин 2,07 2,10 1,76 2,14 0,40
Валин 3,32 2,70 2,50 3,21 0,61
Треонин 0,71 1,81 0,90 1,41 0,20
Аспарагиновая кислота 4,13 3,93 3,05 3,97 0,72
Глицин 2,14 1,95 2,27 2,35 0,49
Серин 0,76 1,83 0,94 1,34 0,23
Тирозин 1,7 1,36 1,70 1,65 0,24
Глутаминовая кислота 8,09 6,70 6,21 8,79 1,50
Пролин 3,85 3,14 2,94 3,35 0,73
Аланин 3,16 1,72 2,21 2,68 0,54
Сумма всех аминокислот 41,65 37,12 33,53 42,44 7,87
Сумма незаменимых - 17,82 16,49 14,21 18,31 3,42
в % от протеина 42,8 44,4 42,4 43,1 43,5
Аминокислотный индекс, ед. 0,75 0,80 0,74 0,76 0,77
Лизин + метионин 2,72 2,02 2,07 2,62 0,49
Анализ сравнительных данных по содержанию аминокислот в протеине
некоторых кормов (таблица 3) показывает, что гидролизат по сумме незаменимых аминокислот (% от общего протеина -42,4-44,4) превосходит зерновые культуры (38,0), но уступает в 1,1-1,3 раза по их содержанию кормам животного происхождения (яйцо, молоко, мука рыбная и т.д.). Аналогичная тенденция проявляется и по содержанию суммы важнейших, особенно для растущего организма, аминокислот (лизин+метионин), %: гидролизат (2,022,72) (таблица 3) превосходит многие растительные корма (люпин-1,82), муку из гидролизованного пера (1,99), близок к пшенице, жмыхам (2,30) и шротам (2,34).
Таблица 3
Содержание незаменимых аминокислот в протеине некоторых кормов
(% от общего протеина)
Показатели Яйц о Зер но Мо ло ко Мука Г идролизат из отходов шерсти
рыб ная мяс ная кров я ная образец
1 2 3 4 5
Лизин 7,2 3,1 7,5 7,8 7,0 8,8 4,1 4,1 4,1 4,5 4,8
Метионин 4,1 2,3 3,4 3,5 2,0 1,5 2,4 1,3 2,1 1,7 1,4
Аргинин 6,4 4,8 4,3 7,4 7,0 3,7 2,7 5,0 3,4 4,4 4,2
Гистидин 2,1 2,1 2,6 2,4 2,0 4,9 3,5 2,6 3,4 2,8 3,4
Лейцин 9,2 7,1 11,3 7,1 8,0 12,2 11, 9,4 10, 9,9 9,9
2 3
Изолейцин 8,0 4,3 8,5 6,0 6,3 1,1 4,2 4,3 3,8 4,0 4,3
Фенилалани
н 6,3 5,7 5,7 4,5 4,5 7,3 5,0 5,7 5,2 5,0 5,1
Валин 7,3 5,2 8,4 5,8 5,8 5,8 8,0 7,3 7,5 7,6 7,8
Треонин 4,9 3,4 4,5 4,5 4,0 6,5 1,7 4,9 2,7 3,3 2,5
Сумма 55,5 38, 56,2 49, 46,6 51,8 42, 44, 42, 43, 43,
0 0 8 4 4 1 5
лизин + 11,3 5,4 10,9 11, 9,0 10,3 6,5 5,4 6,2 6,2 6,2
метионин 3
Биологичес
кая
ценность:
-по
аминокисло 100 70, 100,5 90, 83,2 102,7 80, 81, 80, 79, 81,
тному 7 9 2 5 1 3 2
скору, %
-по индексу
Озера, ед. 1,00 0,7 1,00 0,9 0,81 0,80 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
1 0 1 6 3 5 3
Анализ данных, сведенных в таблицу 3, показывает, что биологическая ценность гидролизата из отходов шерсти по аминокислотному скору составляет в среднем 80,5 %, или по индексу Озера - 0,74. Оценка по первому показателю выявила, что питательность гидролизата в 1,1 раза больше, чем питательность зерновых культур, но не более чем в 1,3 раза меньше, чем питательность приведенных кормов животного происхождения. По индексу Озера оценка питательности гидролизата имеет аналогичную тенденцию. Используемые в исследованиях данные были заимствованы у И. В. Петрухина (1989).
Результаты сравнительного анализа по составу аминокислот кормов и кормовых добавок показывают, что гидролизат из отходов шерсти является
ценной белковой кормовой добавкой благодаря содержанию в нем комплекса аминокислот.
Оценку энергетической питательности по обменной энергии проводили расчетным путем. Питательность 1 кг гидролизата колеблется в пределах 2,746,63 МДж (рассчитанная по калорическим коэффициентам сырого протеина и сырого жира муки перьевой аммиачного гидролиза) или 13,4-16,3 МДж (по коэффициентам Ж.Аксельсона). По величине обменной энергии гидролизат превосходит молоко сухое обезжиренное, заменитель цельного молока (12,3), муку из отходов кожевенного производства (12,4), муку кровяную (12,6) и сравним со жмыхом соевым (13,3), пшеницей экструдированной (13,5).
По валовой энергии питательных веществ (таблица 4), к.е./кг, гидролизат (2,66-3,21) превосходит многие растительные корма (отруби пшеничные, жмыхи, шроты, ячмень, пшеницу —0,75...1,15), муку из гидролизного пера (1,14)и незначительно уступает кормам животного происхождения (2,87-3,14).
Токсичность кормов и кормовых добавок определяется их способностью оказывать вредное влияние на животный организм. Результаты проведенных исследований по определению токсичности гидролизата из отходов шерсти представлены в таблице 5 (для образцов в жидком (1), сгущенном состоянии (23) и осадка (4) после фильтрования).
Таблица 4
Питательная ценность кормов и кормовых добавок
Сырье (продукт) Массовая Валовая
доля энергия
протеина, % корма, к.е./
кг
15.0 0,75
10,5 1,00
40,2 1,13
11.0 1,15
49,7 1,15
Отруби пшеничные Овес
Жмых подсолнечниковый Ячмень
Шрот соевый кормовой с более 46 % сырого
протеина
Пшеница 11,5 1,21
Мука из гидролизного пера 79,9 1,14
Костная мука 28,32 1,82
Мясо-костная мука, выработанная по 37,5 2,87
действующей технологии
Мясо-костная мука, содержащая отходы 47,60 3,14
коллагенового сырья
Мясо-костная мука, содержащая жмыхи 47,5 3,17
эндокринного сырья
Мясная мука 59,49 3,53
Кровяная мука 81,98 3,60
Г идролизат из отходов шерсти :
- СВ=11,36 % (образец 1) 45,19 2,83
- СВ=91,00 % (образец 2) 26,92 2,66
- СВ=68,85 % (образец 3) 35,75 2,75
- СВ=38,47 % (образец 4) 41,75 3,21
- СВ=69,21 % (образец 5, осадок) 12,75 2,62
Общую токсичность определяли в соответствии с методикой определения токсичности воды по хематоксической реакции инфузорий, исследуя водную вытяжку продукта на приборе Биотестер-2 ТУ 401-51-005-91. Прибор (импульсный фотометр) позволяет определять концентрацию движущихся клеток микроорганизмов типа инфузорий, используемых в качестве тест-объектов. Метод основан на способности тест-объектов реагировать на присутствие в водной среде веществ, представляющих опасность для их жизнедеятельности, и направленно перемещаться по градиенту концентраций этих веществ (хематоксическая реакция), избегая их вредного воздействия.
Таблица
Результаты испытаний гидролизата из отходов шерсти на общую
токсичность, содержание токсичных элементов и пестицидов (в мг/кг)
Нормативные показатели Нормативные документы на методы испытаний Допустимы е уровни значений Образец
1 2 3 4 (осадо к)
Общая токсичность: индекс токсичности Т, ед. Методика 0,00-0,40 0,41-0,70 от 0.71и> Допустимая Умере нная
0,27 0,33 0,24 0,42
Токсичные элементы: Цинк ГОСТ 51301-99 50,0 13 11 15 7
Кадмий ГОСТ 51301-99 0,1 0,03 0,02 0,02 0,03
Свинец ГОСТ 51301-99 0,5 0,27 0,22 0,33 0,25
Медь ГОСТ 51301-99 10,0 6,3 7,6 5,9 3,7
Ртуть МУ №5178-90 0,03 Не обнаружено
Мышьяк ГОСТ 26930-86 0,2
Пестициды: ГХЦГ 0,002 Не обнаружено
ДДТ 0,01
Бактериологичес кая загрязненность Допустимая
Количественная оценка параметра тест-реакции, характеризующего токсическое действие, производится путем расчета соотношения числа клеток инфузорий, наблюдаемых в контрольной и исследуемой пробах, и выражается в виде безразмерной величины - индекса токсичности (Т). По величине индекса анализируемые пробы классифицируются по степени их токсичности на три группы: I- допустимая степень токсичности (0,00 <Т<0,40), II- умеренная (0,41 <Т<0,70), III- высокая (Т>0,71).
Анализ приведенных данных таблицы 5 по определению общей токсичности показывает, что гидролизат из отходов шерсти по степени токсичности относится к первой группе и она является допустимой. По уровню общей токсичности гидролизат является безопасным продуктом.
Определение токсичности по содержанию токсичных тяжелых металлов (ТТМ) проводили в соответствии с методикой инверсионного вольтамперометрического определения (метод ИВА) на приборе СВ А - 1БМ (НПО «Буревестник», Санкт-Петербург). Метод ИВА относится к электроаналитическим методам контроля и основан на регистрации зависимости величины тока рабочего электрода от приложенного напряжения в растворе электролита. Метод заключается в предварительном (на первой стадии) электроконцентрировании определяемых компонентов раствора на поверхности рабочего электрода. Затем, на второй стадии, выделенный на электроде ТТМ анодно растворяют, регистрируя процесс и получая вольтамперную кривую с характерными пиками компонентов, по которым определяют концентрацию каждого токсичного элемента на фоне его стандарта. В качестве стандарта используют раствор с известной концентрацией определяемого компонента ТТМ. Результаты проведенных исследований по определению токсичных тяжелых металлов (таблица 5) показали отсутствие в гидролизате ртути и мышьяка, а содержание таких тяжелых элементов, как цинк, кадмий, медь, свинец, не превышает предела допустимых значений.
Пестициды являются химическими веществами средств защиты растений и животных и представляют из всех агрохимикатов наибольшую опасность для животных и человека. Многие из применяемых препаратов могут длительно находиться в окружающей среде, оказывать не только токсическое, но и эмбриогенное, эмбриотоксическое, мутагенное и канцерогенное действия. В наших исследованиях определение токсичности гидролизата по содержанию в нем хлорорганических пестицидов — ГХЦГ и ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) - проводили по методике Л. Н. Кудренко (СтГАУ, 2002) методом тонкослойной хроматографии. Метод основан на извлечении анализируемых соединений из проб н-гексаном, очистке полученного экстракта концентрированной серной кислотой и хроматографировании пробы на фоне стандартов анализируемых пестицидов. Оценку содержания пестицидов в
пробе проводили, сравнивая размер пятен на хроматографической пластине и интенсивность их окраски со стандартами. В испытуемых образцах гидролизата (таблица 5) хлорорганических пестицидов (ГХЦГ, ДДТ) не обнаружено.
Все указанные анализы по определению токсичности гидролизата были проведены сотрудниками учебно-научной испытательной лаборатории Ставропольского государственного аграрного университета (УНИЛ СтГАУ).
Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что гидролизат из отходов шерсти по степени общей токсичности, по содержанию токсичных тяжелых металлов и хлорорганических пестицидов, бактериологической загрязненности можно отнести к безопасным кормовым продуктам.
Таким образом, по биологической ценности гидролизат из отходов шерсти в качестве кормовой добавки соответствует требованиям кормового средства для овец.
