CC BY
86
УДК 639.31(075)
СОЗДАНИЕ КОРМОВ НА ОСНОВЕ БИОМАССЫ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО ПЛАНКТОНА ПРУДОВЫХ ЭКОСИСТЕМ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОВОДНОЙ АКВАКУЛЬТУРЫ
© 2011 г. Л.Ю. Лагуткина, С.В. Пономарев
Астраханский государственный технический университет, Astrakhan State Technical University,
ул. Татищева, 16, г. Астрахань, 414025, Tatischev St., 16, Astrakhan, 414025,
general_chemistry@astu.org general_chemistry@astu.org
Реализован комплекс экологических, рыбоводно-биологических и химических исследований (в «пилотном», поисковом режиме). Впервые разработан и протестирован на объектах тепловодной аквакультуры корм на основе биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем. Установлена питательная ценность сухой биомассы, предложены варианты выращивания австралийских раков.
Ключевые слова: аквакультура, корм, австралийские раки, выращивание.
The work purpose a number of integrated environmental, fish-breeding and biological, chemical researches was implemented (as a pilot exploratory program). As a result, for the first time the feeding-stuff based on biomass of phyto- and zooplankton from pond ecosystems was developed and tested on the warm-water aquaculture objects, the nutritional value of dry biomass was determined, Australian Redclaw Crayfish breeding options were offered.
Keywords: аquaculture, feeding, Australian Redclaw Crayfish, breeding.
В последние годы многие развитые страны, направляющие инвестиции на развитие аквакультуры [1], осуществили детальную проработку технологий выращивания и процессов кормления рыбы в условиях индустриальной аквакультуры и фермерских хозяйств, что обеспечило в свою очередь увеличение объемов производства объектов тепловодной аквакультуры [2].
С позиции обеспечения продовольственной безопасности сегодня существует острая потребность в разработке подхода к производству кормов для объектов тепловодной аквакультуры - австралийских раков Cherax quadricarmatus [3] с высокой пищевой ценностью и принципиальной возможностью выращивания в климатических условиях Юга России [4]. Проблемная ситуация формулируется следующим образом: существует необходимость разработки нового эффективного, адаптированного к российским условиям подхода для культивирования объектов теп-ловодной аквакультуры [5, 6], учитывающего различия экономических и экологических условий, а также технологий кормления в различных странах.
Сложившаяся ситуация требует создания эффективного, экономичного корма для австралийских раков, в состав которого входили бы все необходимые питательные элементы, отвечающие биологическим потребностям объекта [3].
Именно с этой целью был реализован комплекс экологических, рыбоводно-биологических и химических исследований (в «пилотном», поисковом режиме), и в результате впервые разработан и протестирован на объектах тепловодной аквакультуры корм на основе биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем, установлена питательная
ценность сухой биомассы, предложены варианты выращивания австралийских раков.
Новизна задачи определяется комплексным подходом к разработке корма на основе биомассы и предполагает решение нескольких взаимосвязанных более дробных задач:
1. Разработку технологических приёмов получения и переработки биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем для получения кормовой добавки с использованием ресурсосберегающих, малозатратных методов.
2. Установление пищевой ценности этой добавки, определение питательных свойств, химического, качественного, аминокислотного составов и количественного соотношения жирных кислот (ЖК) общих липидов, нуклеиновых кислот (НК).
3. Определение перекисного и кислотного чисел жира, общей токсичности после 1 года хранения биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем.
4. Исследование возможности кормления австралийских раков с использованием биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем как монодиеты и в составе искусственных сухих кормов.
5. Разработку и защиту объектов интеллектуальной собственности (методов и способов).
6. Апробацию технологии использования корма в производственных условиях.
Материал и методы
Для отлова биомассы используется устройство, принцип работы которого состоит в следующем: на участке сбросного канала осетрового завода перед рекой находится диагональный мостик, на котором устанавливаются деревянные рамки с металлической
сеткой и ячеей 4-6 мм. Рамки вставляются в пазы, закрепленные на мостике в периферийной и центральной части. Последний служит для того, чтобы сконцентрировать молодь осетровых рыб в специальном накопителе, откуда она сбрасывается непосредственно в реку, скатываясь по сбросному каналу, проходит под обслуживающим мостиком в тех ячейках, где не установлены рамки, а прудовая биомасса, проходя через стальную сетку, накапливается в мешках с газовым ситом. По мере их накопления рамка с газовым ситом поднимается на мостик обслуживания, газовое сито отстегивается и надевается новое, процесс повторяется снова.
Качественный и количественный состав остаточной, выловленной кормовой прудовой биомассы определяли при суточных станциях (через каждый час) и за определенные промежутки времени в течение всего периода спуска прудов.
Для исключения возможности попадания молоди осетровых в уловитель использовали защитную решетку с ячеей 4*4 мм. Кутец для отлова гидробио-нтов изготовлен из газа. Биомассу сырья за единицу времени измеряли весовым методом. Весь улов осматривали.
Качественный состав биомассы с прудов белужьих (А), севрюжьих (Б) и осетровых (В) изучали под би-нокуляром в пробе массой 1 г.
Для предварительной сушки отловленной биомассы, состоящей из водорослей, ракообразных, насекомых и их личинок, разработана конструкция применения центробежной сушилки, а также опытный образец на основе центробежного вентилятора и термоподогрева.
Химический состав сухой прудовой биомассы, определение протеина, жира, золы, выполняется общепринятым методом: содержание жира - при экстракции ацетоном, золы и массы сухого вещества - весовым, также определяется количество белка.
Фракционный состав общих липидов экспериментальных партий сухой прудовой биомассы выполняется методом тонкослойной хроматографии по методике [7]. Качественный состав и количественное соотношение ЖК общих липидов определяется методом газожидкостной хроматографии. Пробы фиксируются в смеси хлороформа с метанолом 2:1. Анализ аминокислотного состава кормовой прудовой биомассы проводится по прописи из [8]. Выделение аминокислот из белков осуществляется путем 24-часового гидролиза кормов в 6Н HCL при температуре 110^120 °С, разделение аминокислот - на автоматическом анализаторе типа «Hevlett» III поколения («Хромоспек», Великобритания). Содержание НК определяется методом Ца-нева - Маркова в модификации Бердышева [9].
Перекисное и кислотное числа жира, а также общую токсичность после года хранения биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем определяли общепринятыми экспресс-методами.
Итоговое испытание корма на основе биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем проводили в качестве монокорма в 1 -м варианте, во 2-м - с добавлением следующих компонентов, %: сухой биомассы - 70, пшеничной муки - 25, поливитаминного премикса - 1; в качестве контроля использовали стартовый комбикорм ОСТ-5 следующего состава, %: мука рыбная - 43,5, мясокостная - 3,0
(рыбная), пшеничная - 5,0, кровяная (рыбная) - 5,0, шрот соевый - 10,0, сухой обрат - 3,0, дрожжи - 22,0, жир рыбий - 5,0, премикс ПФ-2В - 1,5.
Норма кормления в дневные сутки составила 2 % от массы тела. Эффективность определяли по рыбо-водно-биологическим показателям: выживаемости, абсолютному и среднесуточному приросту.
Испытание проводили в емкостях объемом 400 л, оснащенных биофильтром, для укрытия раков были сооружены домики из керамики. При этом был создан хороший водообмен и аэрация воды, количество растворенного в ней кислорода составило 7 мг/л, температура среды 25-27 °С.
Собранный материал подвергли статистической обработке.
Результаты исследований
Задача 1-го этапа - сбор, переработка и определение запасов остаточной кормовой базы прудов при выпуске молоди осетровых в естественный водоем. Общее количество этой биомассы, отлавливаемой в центральной части канала (10 секций), - 6,5 т. Через периферийные секции (22) проходит около 4 т остаточной биомассы. Таким образом, общее количество биомассы растительного и животного планктона, которую можно отловить при сбросе прудов на осетровом заводе за весь период выпуска молоди,--10 т,
или ~2 т сухого вещества (20 % от сырой массы).
В ходе следующего этапа эксперимента определили качественный состав собранной биомассы, где обнаружены практически все гидробионты, встречающиеся в планктоне прудов: циклопы, дафнии, стреп-тоцефалюсы, гаммариды, лептостерии, хирономиды, пиявки, водяные клопы, личинки стрекоз, жуков и молодь рыбы. В пробах также был гаммарус, отсутствующий в прудах, обитающий, вероятно, в сбросном канале. Большая доля в пробах сырья в отдельное время принадлежала нитчатым водорослям. В незначительном количестве встречалась ряска.
При анализе и оценке качества кормовых добавок исследованы все образцы прудов (А, Б, В). В период спуска белужьих прудов доминирующее место (далее все данные в %) принадлежало дафниям (18^64) и леп-тостериям (20^45). Количество нитчатых водорослей колебалось от 7,5 до 82. Среди прочих организмов встречались личинки жуков и циклопы (до 5). При сбросе осетровых прудов содержание дафний варьировало от 4 до 92. Количество лептостерий в пробах снизилось и составляло не более 17. Отмечено попадание в уловитель стрептоцефалюса (7^15). Среди прочих организмов встречались гаммариды, пиявки, клопы, личинки стрекоз и жуков (7^20). Содержание нитчатых водорослей в пробе колебалось в пределах 5^95.
В период спуска севрюжьих прудов видовой состав гидробионтов в целом имел анологичное распределение. Содержание нитчатки - 10^98, дафний -2^84, лептостерий - до 1, гаммарид - до 5, клопов, личинок стрекоз - 10^15. Однако количество нитчатых водорослей в течение суток подвергалось резким изменениям. При спуске всех 3 групп прудов биомасса нитчатки снижалась в ночные и утренние часы и увеличивалась днем.
Образец кормовой добавки из белужьих прудов состоял преимущественно из дафний (41) и лептостерий (32,5). Образец Б из осетровых прудов содержал и нитчатые водоросли (50), В - нитчатку (54) и дафний (43).
В составе прудовой биомассы растительного и животного планктона из прудовых экосистем, где выращивали молодь осетровых, установлены следующие показатели общего химического состава (табл. 1).
Таблица 1
Общий химический состав биомассы, %
Проба прудовых экосистем Сырое вещество Сухое вещество
Протеин Жир Зола
А 64±0,08 5,2±0,6 11,7±0,1 28,6±0,3
Б 56±0,2 4,4±0,3 11,9±0,3 28,7±0,5
В 60±0,5 3,9±0,07 11,9±0,2 28,8±0,1
Содержание протеина, жира и золы варьирует в пробах, что свидетельствует о неоднородности состава самой биомассы растительного и животного планктона (р < 0,01). Увеличенная доля золы в пробах объясняется наличием хитиноподобных веществ. В настоящее время хитин (из отходов переработки ракообразных) вводится в корма для рыб и сельскохозяйственных животных для связки кормосмесей и в качестве биологически активных добавок (БАД). Экстрактивные безазотистые вещества (углеводы) представлены ценными простыми сахарами, также необходимыми для развития организма, образования структурных специальных элементов - гликолипидов и глико-протеидов. Липиды биомассы растительного и животного планктона содержали все необходимые ЖК.
Образцы прудов А и Б отличались высоким содержанием ненасыщенных ЖК линоленового ряда (8,2^19,8 %), которые являются предшественниками регуляторов роста и отвечают за транспорт веществ через биомембраны клеток.
Данные жирнокислотного состава общих липидов образца А показали, что на долю насыщенных кислот приходится 18 % от общей суммы. Преобладают пальмитиновая и стеариновая (15,1 и 2,1 %) ЖК. Мононенасыщенных кислот содержится в 1,7 раза больше, чем насыщенных. Из полиненасыщенных, на долю которых приходится около 36,5 %, наибольшее значение имеет докозапентаеновая (7,6), затем эйко-запентоеновая (6,8), докозагексаеновая (6,6), линоле-новая (5,4) и линолевая (4,3) кислоты. Сумма содержания ЖК п6 и п3 прудовой биомассы образца А, соответственно, составляет 9,7 % и 26,4, особенно важно высокое содержание п3 кислот. В образцах биомассы общих липидов содержание п3 кислот достигает 22,4 %, п6 -7,6. В общих липидах биомассы в образце В уровень насыщенных кислот выше - до 20,8 % по сравнению с образцами А и Б (18,1 и 15,1) за счет эйкозановой и стеариновой кислот. Анализ содержания п3 и п6 кислот показывает, что уровень п3 выше в 3,2 - 2,7 раза, а содержание кислот п6 ниже в 3 - 3,7 раза. Общие липиды содержат много ценных триацилглицеринов (до 41 %) и фосфолипидов (до 35 %) (табл. 2). Эти липидные фракции, в основном триацилглицерины, предохраняют органы от повреждений, осуществляют механическую и теплоизолирующую функции и в свою очередь представлены незаменимыми ЖК линоленового ряда. Именно такой состав общих липидов может определять высокую
жизнеспособность молоди рыб, потребляющую корм на основе биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем.
Особый интерес представляет собой состав незаменимых амино- и нуклеиновых кислот, которые определяют продуктивное действие кормовой биомассы. Белок биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем богат незаменимыми аминокислотами, в том числе такими ценными, как лизин (9,0 %), аргинин (5,2), триптофан (0,9), метионин (2,0) (табл. 3).
Таблица 2
Фракционный состав общих липидов биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем, %*
Показатель Пробы
А Б В
Триацилглицерины 41,2±0,4 40,0±0,3 32,6±0,4
Фосфолипиды 31,0±0,3 28,4±0,3 34,6±0,3
Холестирин 13,6±0,3 11,6±0,2 8,6±0,2
Эфиры холестерина 4,2±0,3 3,2±0,2 3,8±0,2
Диацилглицерины 3,0±0 2,4±0,3 4,0±0
Неэстерифицированные ЖК 4,0±0 4,0±0 9,0±0
* - различия показателей достоверны при р < 0,01.
Таблица 3
Содержание незаменимых аминокислот в пробах образцов А, Б, В, %
Аминокислота Содержание Аминокислота Содержание
Лизин 9,04±0,2 Пролин 4,0±0,1
Гистидин 7,1±0,7 Глицин 4,2±0,6
Аргинин 5,2±0,3 Аланин 7,9±4
Аспарагиновая кислота 5,9±0,5 Метионин 2,0±0,3
Треонин 5,1±0,5 Изолейцин 2,3±0,2
Глутаминовая кислота 3,7±0,5 Тирозин 1,7±0,1
Триптофан 0,9±0,5 Фенилаланин 3,8±0,2
Валин 2,0±0,5 Лейцин 3,0±0,2
Весьма показательными являются данные состава НК биомассы зоопланктона прудовых экосистем (табл. 4), что также определяет её питательность.
Таблица 4
Содержание НК, г в 100 г абсолютно сухой пробы биомассы зоопланктона (числитель - крупного, знаменатель - мелкого) прудовых экосистем
Компоненты НК
Общий азот КФ РНК ДНК КФ и НК
7,4±0,5 7,8±0,6 0,51±0,05 0,61±0,04 1,8±0,2 1,9±0,3 0,24±0,02 0,44±0,06 2,55±0,3 3,95±0,4
Примечание. КФ - кислорастворимые фракции; РНК - рибонуклеиновые кислоты; ДНК - дезорибонуклеиновые кислоты.
Биомасса богата НК, что крайне важно для формирования молодого организма. Больше НК в мелком зоопланктоне, который представлен коловратками и молодью кладоцер, копепод. Крупный зоопланктон состоял из дафний, лептостерий и стрептоцефалюса.
По составу питательных веществ корм на основе биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем довольно близок к ценным компонентам сухих гранулированных кормов, например рыбной муке. Ей он уступает по содержанию протеи-
на (на 22-28 %), хотя значительно превосходит рыбную муку по наличию ценного жира. Вместе с этим следует добавить, что высокое содержание легкоус-ваиваемого белка делает эту кормовую добавку (КД) альтернативой для замены в рецептах низкомолекулярного белка.
Заготовка такой биомассы производится в летнее время, и в случае необходимости 1 года хранения важно оценить качество.
После хранения кормовой биомассы (1 год) на основании требований ТУ-15-1034-89 на комбикорма для индустриального рыбоводства установили показатели её качества: перекисное и кислотное числа жира, а также общую токсичность (табл. 5 и 6).
Таблица5
Показатели перекисного и кислотного чисел образцов биомассы (А, Б, В) в конце срока хранения (1 год)
Показатель Образцы
А Б В
Перекисное число, % йода 0,18 0,16 0,19
Кислотное число, мг КОН 25 22 16
Перекисное и кислотное числа образцов КД не превышают норму по ТУ-15-1034-89, поэтому следует считать, что данное сырье имеет достаточно высокое качество.
Таблица 6
Общая токсичность КД в конце хранения (1 год)
Образец Выживаемость инфузорий стилонихий, % от посадки через 1 ч опыта Оценка образца по ТУ-15-1034-89
А 97 Нетоксичный
Б 96 Нетоксичный
В 95 Нетоксичный
При анализе КД в конце хранения (1 год) было установлено, что образцы не токсичны и могут быть использованы в составе комбикорма.
Возможность длительного хранения КД, очевидно, определяется наличием естественного антиоксиданта перекисного окисления жира - витамина Е (а-токофе-рола). Это было подтверждено в следующих опытах.
При анализе содержания витамина Е в пробах КД через год хранения установлено его содержание - до 25 мг в 1 кг сырья.
За 1 год хранения КД содержание витамина Е снизилось более чем на 50 %, что, видимо, связано с его расходом на антиоксидантное протекторное действие. Это подтверждает высокое качество и возможность хранения КД около 1 года.
На последнем этапе эксперимента установили эффективность выращивания австралийских раков, ры-боводно-биологические показатели (табл. 7).
На основе собственных наблюдений при выращивании австралийских раков установлена возможность использования биомассы как монодиеты. Австралийские раки охотно потребляли корм без остатка, однако отличались несколько медленным ростом в 1 - 1,1 раз по сравнению с вариантом 2 и 3. Выживаемость во всех вариантах составила 100 %, что подтверждает удовлетворительное состояние организма.
Таблица 7
Рыбоводно-биологические показатели выращивания австралийских раков
Показатель Вариант
1 2 3
Масса, г: начальная конечная 48,2±0,6 128,4±10,3* 48,2±0,6 135,2±14,1 48,2±0,6 138,4±10,6
Прирост абсолютный, г 80,2 87 90,2
Среднесуточный прирост, г 8,02 8,7 9,02
Выживаемость, % 100 100 100
Период выращивания, сут 10 10 10
*- р < 0,001 (высшая степень достоверности различий показателей); 1 - монодиета на основе биомассы прудовых экосистем; 2 -корм на основе сухой биомассы, пшеничной муки и поливитаминного премикса; 3 - комбикорм ОСТ-5 (контроль).
В результате проведенных экспериментов доказано, что существует возможность сбора и переработки биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем, приготовления адекватного корма с высоким продуктивным действием:
1. Предложен и апробирован способ отлова биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем при спуске осетровых прудов в естественные водоемы с помощью рамок-уловителей с газовым ситом, установленных в сбросном канале. Общее количество биомассы растительного и животного планктона, отловленное за период выпуска молоди, составляет около 10 т, или 2 т сухого вещества (20 % от сырой массы). Собранная биомасса, высушенная в воздушно-центробежной сушилке, в дальнейшем используется в виде КД.
2. Установлено, что наиболее перспективной и экологически адекватной кормовой добавкой естественного происхождения является корм на основе биомассы растительного и животного планктона, выловленной при сбросе воды из вырастных прудов осетровых рыбоводных заводов с последующей переработкой. Биомасса растительного и животного планктона прудовых экосистем содержит в сыром веществе 56 - 64 % протеина; 4,4-5,2 жира, 11,7-11,9 минеральных веществ, 8,2-19,6 эссенциальных ЖК (п 3) линоленового ряда в общих липидах, до 35 фосфолипидов, высокий уровень незаменимых аминокислот - лизина (9,0), аргинина (5,2), триптофана (0,9) и метионина (2,0), высокое количество витамина Е (60 - 90 мг/кг), что также определяет пищевую ценность кормовой добавки. Наличие беспозвоночных животных в составе сухой КД на основе растительного и животного планктона прудовых экосистем позволяет использовать ее как источник протеина и других ценных питательных веществ в корме.
3. Установлено, что после хранения в течение 1 года корм сохраняет продуктивные свойства без проявления токсических свойств.
4. В результате выполненного комплекса рыбоводно-биологических исследований корм с введением биомассы растительного и животного планктона прудовых экосистем определяет эффективность выращивания австралийских раков. Выживаемость - 100 %, темп роста - 8 г среднесуточного прироста при использовании монокор-
ма и 8,7^9,02 г при введении основных кормовых компонентов, используемых в кормопроизводстве.
5. Дальнейшие исследования будут направлены на повышение эффективности кормов за счет введения интенсифицирующих рост КД, что позволит повысить его конкурентные свойства и использовать в индустриальных условиях в рамках интенсивных технологий производства объектов тепловодной ак-вакультуры.
Литература
1. Пономарев С.В., Лагуткина Л.Ю. Марикультура. Культивирование креветок. Астрахань, 2005. 72 с.
2. Лагуткина Л.Ю. Системный подход в развитии ма-рикультуры // Вестн. Астрах. гос. техн. ун-та. 2006. № 3. С. 29 - 34.
3. Лагуткина Л.Ю., Пономарев С.В. Новый объект тепловодной аквакультуры - австралийский красноклешне-
Поступила в редакцию_
вый рак (Cherax quadricarinatus) // Вестн. Астрах. гос. техн. ун-та. 2008. № 6. С. 220 - 223.
4. Лагуткина Л.Ю., Пономарев С.В. Новые возможности для формирования стратегии аквабизнеса при долгосрочном планировании // Вестн. Астрах. гос. техн. ун-та. 2009. № 1. С. 90 - 95.
5. Пономарев С.В., Лагуткина Л.Ю. Технология фермерского рыбоводства Астрахань, 2008. 304 с.
6. Пономарев С.В., Лагуткина Л.Ю. Фермерское рыбоводство. М., 2008. 347 с.
7. Rothenbucher E., Waibel R., Sooms S. An inproved method for the separation of peptides and L- amino acids on cop-persephadex // Analit. biochem. 1979. Vol. 97. P. 367 - 375.
8. Пасхина Т.С. Количественное определение аминокислот на бумаге // Современные методы биохимии. М., 1964. С. 162 - 177.
9. Бердышев Г.Д. Нуклеиновые кислоты пойкиломи-терных морских животных. Киев, 1973. 170 с.
26 марта 2010 г.
