CC BY
83
_ВЕСТНИК ПНИПУ_
2019 Химическая технология и биотехнология № 1
БИОТЕХНОЛОГИЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
DOI: 10.15593/2224-9400/2019.1.01 УДК 636.085:636.087.69:636.087.72
Л.С. Крылова, М.А. Бородина, А.В. Жукова, А.Д. Синяшина
Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, Саратов, Россия
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОГО КОРМОВОГО БЕЛКА
Использование личинок Musca domestica как источника альтернативного белка является перспективным направлением исследований. Для обогащения субстрата были использованы следующие комбинации микроэлементов: селен и кобальт 5 мг/кг, селен и кобальт 15 мг/кг и селен с концентрациями 1; 5 и 15 мг/кг. Показано, что добавление селена и кобальта в концентрации 15 мг/кг в субстрат при культивировании личинок Musca domestica способствует увеличению содержания сырого протеина на 3,72 % по отношению к контролю. Использование данной концентрации для обогащения субстрата для культивирования личинок Musca domestica позволяет получить 15,3 г личиночной массы на 100 г субстрата, что на 34,6 % больше контроля.
Изучен микробиологический состав кормовой муки из биомассы личинок М. domestica после различных видов сушки, а именно: лиофильной, инфракрасной и сушки в сушильном шкафу. Показано, что принципиальных различий в микробиологическом составе исследуемых образцов, обработанных различными способами, выявлено не было. Следовательно, полученная и исследованная нами мука из биомассы личинок способна заменить белковые добавки растительного и животного происхождения в рационе птиц, пушных зверей, рыб и свиней.
Ключевые слова: субстрат, микроэлементы, биомасса личинок, сырой протеин, кормовая мука, микрофлора, полноценный белок.
L.S. Krylova, M.A. Borodina, A.V. Zhukova, A.D. Sinyashina
Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov, Saratov, Russian Federation
TECHNOLOGY OF OBTAINING AN ALTERNATIVE FEED PROTEIN
The use of Musca domestica larvae as an alternative protein source is a promising area of research. The following combinations of trace elements were used to enrich the substrate: selenium and cobalt 5 mg / kg, selenium and cobalt 15 mg / kg, and selenium with concentrations of 1; 5 and 15 mg / kg. It is shown that the addition of selenium and cobalt at a concentration of 15 mg / kg to the substrate during the cultivation of Musca domestica larvae contributes to an increase in the content of crude protein by 3.72% relative to the control. Using this concentration to enrich the substrate for the cultivation of Musca domestica larvae allows to obtain 15.3 g of the larval mass per 100 g ofsubstrate, which is 34.6% more than the control.
The microbiological composition of the feed meal from biomass of M. domestica larvae after different types of drying, freeze drying, infra-red drying and drying box was studied. It was shown that there were no principled differences in the microbiological composition of the samples examined by various methods. Consequently, the obtained and studied by us flour from biomass of larvae is able to replace the protein supplements of plant and animal origin in the diet of birds, fur animals, fish and pigs.
Keywords: substrate, microelements, biomass of larva, crude protein, feed meal, microflora, native protein.
Дефицит белка, возникший в связи с растущим населением планеты, влияет на важные показатели сельскохозяйственных животных: яйценоскость, надои, прирост мышечной массы. Бюджет многих сельскохозяйственных предприятий не позволяет использовать дорогостоящие корма (рыбная мука, кровяная мука, различные жмыхи и шроты) [5]. Несбалансированность рациона в связи с низким содержанием белка в кормах ведет к финансовым потерям. Для решения этой проблемы необходимо искать пути получения альтернативного белка [2, 3]. Применение технологии получения белка из биомассы личинок имеет ряд преимуществ: экономичность, высокая эффективность, простота организации производства альтернативного белка, регуляция численности мух на территории хозяйств и ферм, получение легкоусвояемого полноценного белка. Данная технология основана на переработке отходов сельского хозяйства личинками Musca domestica, это в свою очередь будет способствовать снижению нагрузки на окружающую среду [1-4].
В связи с этим были апробированы различные концентрации и комбинации селена и кобальта в виде соединений ДАФС-25 и с целью обогащения субстрата для культивирования биомассы личинок; определено количество сырого протеина в биомассе личинок, а также изучен микробиологический состав полученной кормовой муки.
Для обогащения субстрата селеном и кобальтом готовили рабочие растворы различной концентрации. Препараты вносили с расчетом на 1 кг сухого субстрата. Всего было проведено 4 опыта по 3 параллели в каждом. Были изучены следующие комбинации микроэлементов: селен и кобальт 5 мг/кг, селен и кобальт 15 мг/кг и отдельно селен с концентрациями 1; 5 и 15 мг/кг.
Определение общего азота и сырого протеина в муке из биомассы личинок проводили методом Къельдаля.
Результаты исследования показали, что при использовании субстрата с концентрацией селена 1 мг/кг содержание сырого протеина в биомассе личинок составило 50,99 %, что на 7,01 % меньше по отношению к контролю. При использовании концентрации Se и ^ 15 мг/кг в субстрате содержание белка в биомассе личинок составило 61,72 %, что на 3,72 % больше по отношению к контролю. Таким образом, была определена рабочая концентрация микроэлементов, а именно Se и ^ 15 мг/кг (таблица).
Содержание сырого протеина в образцах муки из личинок Musca domestica, %
Наименование проб Содержание сырого протеина, % Наименование проб Содержание сырого протеина, %
Контроль 58,00±0,04 Se 15 мг/ кг +Со15 мг/кг 61,72±0,06
Se 1 мг/кг 50,99±0,02 Se 5 мг/кг 55,05±0,03
Se 5 мг/ кг+Со5 мг/кг 59,42±0,01 Se 15 мг/кг 57,56±0,04
Выявлено, что добавление селена и кобальта в концентрации 15 мг/кг в субстрат при культивировании личинок Musca domestica способствует увеличению содержания сырого протеина. Использование данной концентрации для обогащения субстрата для культивирования личинок Musca domestica позволяет получить 15,3 г личиночной массы на 100 г субстрата, что на 34,6 % больше контроля.
Отмечено, что содержание сырого протеина в личинках, культивированных на субстрате, обогащенном селеном и кобальтом, в кон-
центрации 15 мг/кг составило 61,72 %, что выше на 3,72 % по отношению к контролю.
Для обоснования безопасности альтернативного белка нами был изучен микробиологический состав кормовой муки из биомассы личинок Musca domestica.
Для осуществления эксперимента использовались образцы муки из биомассы личинок M. domestica после сушки лиофильной, инфракрасной и в сушильном шкафу.
В стерильных условиях готовили образцы в пробирках с физиологическим раствором. Образцы биомассы личинок: контроль, мука из биомассы личинок после лиофильной сушки; контроль, мука из биомассы после инфракрасной сушки; контроль, мука из биомассы после сушильного шкафа, с разведением 1:1; 1:10; 1:100 для каждого варианта опыта. В заранее подготовленные 4 пробирки с физиологическим раствором добавляли навески по 1,0 (±0,05) г, тщательно перемешивали и оставляли на 1 ч. Посев на среды проводили следующим образом: дозатором отмеряли по 10 мкл в заранее приготовленные чашки Петри и стерильным шпателем штриховыми движениями распределяли взвесь по среде. По завершении данной операции чашки Петри помещали в термостат на 24 ч при температуре 37 °C.
По истечении данного времени в стерильных условиях готовили мазки. Мазки окрашивали по Граму и микроскопировали.
Для дифференциации грамположительных кокков использовали диагностическую систему «Пластина биохимическая, дифференцирующая стафилококки (ПБДС)».
Идентификацию культур микроорганизмов производили с использованием таблицы биохимических свойств стафилококков, кодовой карточки, каталога кодов.
Для идентификации грамотрицательных бактерий использовали систему «Пластина биохимическая, дифференцирующая энтеробакте-рии (ПБДЭ)».
Идентификацию культур микроорганизмов производили с использованием таблицы биохимических свойств энтеробактерий, кодовой карточки, каталога кодов.
Нами было проведено микробиологическое исследование на наличие патогенной микрофлоры в муке из личинок M. domestica после сушки в сушильном шкафу, лиофильной и инфракрасной сушки. В результате изучения морфологических, тинкториальных и биохимиче-
ских свойств выделенных штаммов были выявлены представители нормальной микрофлоры кишечника животных, а также некоторые условно-патогенные штаммы. Патогенные штаммы не были выявлены. Выявлено, что микрофлора муки из биомассы личинок представлена в основном грамотрицательными микроорганизмами представителями семейства Enterobacteriaceae, из грамположительных было выявлено наличие следующих штаммов Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus sciuri, Staphylococcus warneri.
Принципиальных различий в микробиологическом составе исследуемых образцов, обработанных различными способами, выявлено не было. Однако по количеству сырого протеина, обнаруженного в муке после инфракрасной сушки, и показателям, характеризующим экономическую целесообразность, можно рекомендовать именно этот метод для обработки биомассы личинок. Развитие данного направления позволяет обеспечить животных полноценным белком, реализовать утилизацию отходов животноводства и способствует охране окружающей среды [3].
Таким образом, полученная и исследованная нами мука из биомассы личинок способна заменить белковые добавки растительного и животного происхождения в рационе птиц, пушных зверей, рыб и свиней. Добавление муки из биомассы личинок в количестве 20 % от рациона вышеперечисленных групп животных позволит значительно снизить затраты на корма и обеспечить животных полноценным белком.
Список литературы
1. Биотехнология получения и перспектива использования альтернативного кормового белка / А.С. Ковтунова, Я.Б. Древко, Д.В. Мендубаев, Е.В. Аникеев, О.С. Ларионова, Е.А. Фауст // Актуальная биотехнология. -2015. - № 3 (14). - С. 102.
2. Биоэкономика - перспективный вектор создания устойчивой кормовой базы для животноводства / А.С. Ковтунова, Н.Н. Крамарь, О.С. Ларионова // Международный молодежный социально-экономический научный форум: сб. материалов / Сарат. гос. аграр. ун-т. - Саратов, 2016. - С. 54-56.
3. Биоэкономика и роль новых технологий в получении кормового белка / Л.С. Крылова, О.С. Ларионова, О.А. Миргородская, А.С. Ковтунова // Актуальные проблемы ветеринарной медицины, пищевых и биотехнологий: сб. ст. - Саратов, 2016. - С. 361-364.
4. Влияние селена и кобальта на содержание сырого протеина и аминокислотный состав личинок Musca domestica / О.С. Ларионова, А.С. Ковтуно-
ва, М.С. Джаналиева // Актуальные проблемы ветеринарной медицины, пищевых и биотехнологий: сб. ст. - Саратов, 2016. - С. 119-123.
5. Титов И.Н., Усоев В.М. Вермикультура - возобновляемый источник животного белка из органических отходов // Вестник Томского государственного университета. Биология. - 2012. - № 2 (18). - С. 74-80
6. Фаритов Т.А. Корма и кормовые добавки для животных: учеб. пособие. - СПб.: Лань, 2010. - 304 с.
7. Черняев Н.П. Производство комбикормов. - М.: Агропромиздат, 1989. - 224 с.
8. Atteh J.O., Adedoyin J.O. Effects of replacing dietary fish meal with maggots on performance and nutrient re-tention of laying hens // Nigeria Journal of Animal Production. - 1993. - Vol. 20. - P. 50-55.
9. Ayoola A.A. Replacement of fishmeal with alternative protein Source in aquaculture diets // Thesis Degree of Master of Science Faculty of North Carolina State University. - North Carolina, USA, 2010.
10. Effect of housefly larvae (Musca domestica) meal on the carcass and sensory qualities of the mud catfish / A.O. Aniebo, C.A. Odukwe, C. Ebenebe, P.K. Ajuogu, O.J. Owen, P.N. Onu // Advances in Food and Energy Section. -2011. - Vol. 1. - P. 24-28.
11. Calvert C.C., Martin R.D., Morgan N.O. Housefly pupae as food for poultry // J. of Economic Entomology. - 1969. - No. 62. - P. 938-939.
12. Finke M.D., DeFoliart G.R., Benevenga N.J. Use of a four-parameter logistic model to evaluate the quality of the protein from three insect species when fed to rats // J. Nutr. - 1989. - Vol. 119. - P. 864-871.
13. Utilization of house fly-maggots,a feed supplement in the production of broiler chickens / J. Hwangbo, E.C. Hong, A. Jang, H.K. Kang, J.S. Oh, B.W. Kim, B.S. Park // Journal of Environmental Biology. - 2009. - Vol. 30. - P. 609-614.
14. Evaluating the nutritive profile of three insect meals and their effects to replace soya bean in broiler diet / S. Khan, R.U. Khan, W. Alam, A. Sultan // J. Anim. Physiol. Anim. Nutr. - 2018. - Vol. 102. - P. 662-668.
15. Evaluating the suitability of maggot meal as a partial substitute of soya bean on the productive traits, digestibility indices and organoleptic properties of broiler meat / S. Khan, R.U. Khan, A.Sultan, M. Khan, S.U. Hayat, M.S. Shahid // Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition. - 2016. - Vol. 100. - P. 649-656.
References
1. Kovtunova A.S., Drevko Ia.B., Mendubaev D.V., Anikeev E.V., Larionova O.S., Faust E.A. Biotekhnologiia polucheniia i perspektiva ispol'zovaniia al'ternativnogo kormovogo belka [Biotechnology of production and the prospect of using alternative feed protein]. Aktual'naia biotekhnologiia, 2015, no. 3 (14), pp. 102.
2. Kovtunova A.S., Kramar' N.N., Larionova O.S. Bioekonomika - perspektivnyi vektor sozdaniia ustoichivoi kormovoi bazy dlia zhivotnovodstva [Bioeconomy - a promis-
ing vector of creating a sustainable forage base for livestock]. Mezhdunarodnyi molodezhnyi sotsial'no-ekonomicheskii nauchnyi forum sbornik materialov, 2016, pp. 54-56.
3. Krylova L.S., Larionova O.S., Mirgorodskaia O.A., Kovtunova A.S. Bioeko-nomika i rol' novykh tekhnologii v poluchenii kormovogo belka [Bioeconomy and the role of new technologies in obtaining feed protein]. Aktual'nyeproblemy veterinarnoi meditsiny, pishchevykh i biotekhnologii, 2016, pp. 361-364.
4. Larionova O.S., Kovtunova A.S., Dzhanalieva M.S. Vliianie selena i kobal'ta na soderzhanie syrogo proteina i aminokislotnyi sostav lichinok Musca domestica [Effect of selenium and cobalt on the content of crude protein and amino acid composition of larvae of Musca domestica]. Aktual'nye problemy veterinarnoi meditsiny, pishchevykh i biotekhnologii,, 2016, pp. 119-123.
5. Titov I.N., Usoev V.M. Vermikul'tura - vozobnovliaemyi istochnik zhivotnogo belka iz organicheskikh otkhodov [Vermiculture - a renewable source of animal protein from organic waste]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiia, 2012, no. 2 (18), pp. 74-80
6. Faritov T.A. Korma i kormovye dobavki dlia zhivotnykh [Feed and feed additives for animals: Proc. manual]. Saint Petersburg, Lan', 2010, 304 p.
7. Cherniaev N.P. Proizvodstvo kombikormov [Mixed feed production]. Moscow, Agropromizdat, 1989, 224 p.
8. Atteh J.O., & Adedoyin J.O. (1993). Effects of replacing dietary fish meal with maggots on performance and nutrient re-tention of laying hens. Nigeria Journal of Animal Production, 20, 50-55.
9. Ayoola A.A. Replacement of fishmeal with alternative protein Source in aquaculture diets. Thesis Degree of Master of Science Faculty of North Carolina State University, North Carolina, USA, 2010.
10. Aniebo A.O., Odukwe C.A., Ebenebe C., Ajuogu P.K., Owen O.J., Onu P.N. Effect of housefly larvae (Musca domestica) meal on the carcass and sensory qualities of the mud catfish. Advances in Food and Energy Section, 2011, 1, pp. 24-28.
11. Calvert C.C., Martin R.D., and Morgan N.O. Housefly pupae as food for poultry. J. of Economic Entomology, 1969, 62, pp. 938-939.
12. Finke M.D., DeFoliart G.R., Benevenga N.J. Use of a four-parameter logistic model to evaluate the quality of the protein from three insect species when fed to rats. J. Nutr. 1989, 119, pp. 864-871.
13. Hwangbo J., Hong E.C., Jang A., Kang H.K., Oh J.S., Kim B.W., Park B.S. Utilization of house fly-maggots,a feed supplement in the production of broiler chickens. Journal of Environmental Biology, 2009, 30, pp. 609-614.
14. Khan S., Khan R.U., Alam W., Sultan A. Evaluating the nutritive profile of three insect meals and their effects to replace soya bean in broiler diet. J Anim Physiol Anim Nutr., 2018, vol. 102, pp. 662-668.
15.Khan S., Khan R.U., Sultan A., Khan M., Hayat S.U., Shahid M.S. Evaluating the suitability of maggot meal as a partial substitute of soya bean on the productive traits, digestibility indices and organoleptic properties of broiler meat. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 2016, 100, pp. 649-656.
Получено 10.02.2019
Об авторах
Крылова Любовь Сергеевна (Саратов, Россия) - студент кафедры микробиологии, биотехнологии и химии Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова (410012, г. Саратов, Театральная пл., 1; e-mail: [email protected]).
Бородина Мария Александровна (Саратов, Россия) - студент кафедры микробиологии, биотехнологии и химии Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова (410012, г. Саратов, Театральная пл., 1; e-mail: [email protected]).
Жукова Анастасия Владимировна (Саратов, Россия) - студент кафедры микробиологии, биотехнологии и химии Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова (410012, г. Саратов, Театральная пл., 1; e-mail: [email protected]).
Синяшина Анастасия Дмитриевна (Саратов, Россия) - студент кафедры микробиологии, биотехнологии и химии Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова (410012, г. Саратов, Театральная пл., 1; e-mail: [email protected]).
About the authors
Lyubov S. Krylova (Saratov, Russian Federation) - student, department of microbiology, biotechnology and chemistry, Saratov State Vavilov Agrarian University (1, Teatral'naya pl., Saratov, 410012; e-mail: [email protected]).
Mariya A. Borodina (Saratov, Russian Federation) - student, department of microbiology, biotechnology and chemistry, Saratov State Vavilov Agrarian University (1, Teatral'naya pl., Saratov, 410012; e-mail: [email protected]).
Anastasiya V. Zhukova (Saratov, Russian Federation) - student, department of microbiology, biotechnology and chemistry, Saratov State Vavilov Agrarian University (1, Teatral'naya pl., Saratov, 410012; e-mail: zhukovaav [email protected]).
Anastasiya D.Sinyashina (Saratov, Russian Federation) - student, department of microbiology, biotechnology and chemistry, Saratov State Vavilov Agrarian University (1, Teatral'naya pl., Saratov, 410012; e-mail: [email protected]).
