Биотехнология в кормопроизводстве

Лекция 8. БИОТЕХНОЛОГИЯ В КОРМОПРОИЗВОДСТВЕ. Современное состояние и перспективы заготовки и хранения кормов. Система заготовки и хранения объемистых кормов — наиболее энергоемкая отрасль кормопроизводства. Высокая цена энергетических и других материально-технических средств отразилась на снижении объемов производства кормов, в первую очередь по энергоемким технологиям, обеспечивающим более высокую сохранность энергетической и протеиновой питательности растительной массы Повышение сохранности и качества кормов может быть обеспечено в основном за счет более широкого применения наиболее эффективных и надежных технологий консервирования и хранения растительной массы, а также совершенствования структуры кормовых культур и своевременной их уборки. Биологические консерванты -- препараты или компоненты биологического происхождения, которые обладают ферментными или фитонцидными свойствами и используются для силосования зеленых кормов. По эффективности они нередко не уступают химическим, а по цене значительно дешевле их. Кроме того, консервирование зеленых кормов с использованием биологических консервантов не оказывает токсичного действия на окружающую среду и микрофлору желудочно-кишечного тракта животных, не требует применения защитных средств при их применении и заметно снижает опасность коррозийного поражения техники. Биологические консерванты, в отличие от большинства химических, не нарушают целостность растительных клеток, что обеспечивает лучшую сохранность клеточного сока, богатого питательными веществами. Среди биологических консервантов можно выделить три основные группы: 1) бактериальные, 2) ферментные 3) фитонцидные (растительного происхождения). Бактериальные - это препараты (закваски) на основе специально подобранных штаммов молочнокислых или пропионовокислых бактерий, которые используются для консервирования растительного сырья. Последние разработки в этой области дали начало наиболее совершенным поликомпонентным микробиологическим препаратам на основе высокоэффективных штаммов нескольких видов бактерий и нескольких групп ферментов, обеспечивающих не только быстрое консервирование заготавливаемых кормов, но и повышение переваримости клетчатки в рубце животных. Биологические консерванты производятся в двух формах - жидкой и сухой (леофильно-высушенные). Причем последние имеют ряд неоспоримых преимуществ. Вопервых, срок хранения леофильно-высушенных консервантов без снижения активности составляет год и более, в то время как для препаратов, производимых в жидкой форме, он обычно не превышает 2--3 месяцев. Во-вторых, жидкие препараты более требовательны к условиям хранения (температурный режим, отсутствие светового фактора), что создает дополнительные трудности и делает их менее технологичными. В-третьих, расход леофильно-высушенных препаратов в пересчете на одну тонну консервируемого сырья составляет всего 10 г, в то время как этот же объем силосуемого корма требует от 0,066 литра жидкого консерванта, что создает дополнительные трудности при транспортировке и хранении. Применять консерванты лучше всего в жидком виде, используя при этом насосдозатор, устанавливаемый на кормозаготовительном комбайне или подборщике для внесения раствора в массу, что обеспечивает равномерность внесения и гарантирует его действие по всему объему силосуемой массы. Требования к биологическим консервантам: Выбранные виды бактерий с целью включения их в силосные добавки должны: 1. Быстро расти и быть способными к быстрому доминированию над местной силосной микрофлорой; 2. Быть гомоферментативными и, таким образом, производить молочную кислоту из доступных ВРУ; 3. Быть устойчивыми к кислоте, по крайней мере, при рН 4.0; 4. Быть способными сбраживать гексозы, пентозы и фруктаны; 5. Не производить декстраны и никак не воздействовать на органические кислоты; 6. Обладать способность к росту при температуре до 50 градусов Цельсия. Достоинства и недостатки биологических и химических консервантов Плюсы Надежность Универсальность Химические Минусы Высокая цена Наличие агрессивных кислот Долгий срок хранения (3 Нужна специальная техника для года) внесения Высокая окупаемость Вызывают коррозию техники Относительно низкая Ненадежность цена Простота внесения Необходимость выдерживать стабильную влажность и температуру кормов Биологические Благоприятное Небольшой срок хранения (3-4 воздействие на организммесяца) животных Высокая окупаемость Нельзя применять при заготовке зерна Консервирование силоса. Ингибиторы ферментации. Опыты по кормлению показали, что силос с рН ниже 3.0 (значение легкодостижимое с помощью сильных неорганических кислот) был неприятным для животных, и даже если они его ели, вызывал ацидоз в рубце. Было вычислено количество кислоты, необходимое для достижения рН 3.6-4.0, более пригодного для питания животных, однако все еще ингибирующего некоторые вредные процессы ферментации. Хотя серная кислота и смесь серной и соляной кислот в качестве добавок были популярны во многих североевропейских странах, они постепенно вышли из употребления из-за коррозионного действия и возникновения проблем, связанных с использованием этих кислот. Еще в двадцатые годы было предложено в качестве добавок использовать органические кислоты. Но разбрызгивание смеси муравьиной и соляной кислот по силосной массе не привело к успеху. Неудача была связана в основном с трудностью равномерного распределения кислоты в толще силосной массы, но с появлением специальных уборочных машин и накопительных фургонов стало возможным обрызгивать кормовую культуру муравьиной кислотой сразу после скашивания. В частности, использование добавок муравьиной кислоты стало промышленно доступной в 50-х годах. Хотя муравьиная кислота слабее неорганических кислот, она понижает значение рН ниже 4.0, если добавлять ее в концентрации, пропорциональной содержанию СВ. Муравьиная кислота обладает антибактериальной активностью за счет сочетания действия водородного иона и бактерицидности самой недиссоциированной кислоты. Хотя она действует ингибирующе на Clostridiumspp., энтеробактерии и некоторые штаммыStreptococcusspp. и Pediococcusspp., но при этом значении рН не полностью подавляетLactobacillusspp. и, таким образом, некоторая микробная активность сохраняется. До создания специальных заквасок использовали главным образом химические консерванты, в состав которых входит от одной до трех органических кислот, являющихся также метаболитами пропионовых бактерий, правда, доля муравьиной кислоты превалирует в составе химических консервантов и очень мала в биологических. Стимуляторы ферментации. Добавки, которые активно стимулируют ферментационные процессы в силосе, используются уже много лет. Добавление патоки, как оказалось, увеличивает и содержание сухих веществ, и концентрацию молочной кислоты, с последующим уменьшением рН и ингибированием роста вредных микроорганизмов, однако этот уровень рН еще позволяет расти молочнокислым бактериям. Добавка патоки к культурам с низким содержанием ВРУ, таким как бобовые, была только тогда полезна, когда применялись относительно высокие дозы (около 40-50 г/кг и более). При таких дозах не все доступные углеводы превращаются в молочную кислоту лактобациллами, обычно присутствующими в силосе, и к концу ферментации сохранится довольно высокий остаточный уровень ВРУ. Последняя группа промышленных стимуляторов ферментации - это вещества, включающие молочнокислые бактерии и/или ферменты, известные в совокупности как микробные или биологические силосные добавки. Секрет активности таких заквасок — в численности бактерий. При подборе с поля в самом благоприятном случае в 1 г зеленой массы содержится 100 тыс. молочнокислых бактерий. С добавлением закваски их становится 1 млн. Причем, три активных штамма дополняют друг друга в процессе силосования, поскольку каждый работает в своем диапазоне pH. Первый начинает жизнедеятельность сразу после закладки силоса, когда кислотность еще невелика. Бактерии этого штамма активно выделяют молочную кислоту, которая убивает нежелательную микрофлору, и тем самым подготавливают почву для "оживания" следующего штамма. Третий штамм начинает работу позже всех, быстро размножается, занимает доминирующее положение в корме и в дальнейшем препятствует повторной ферментации. Это значит, что когда силос начинают скармливать коровам и вскрывают герметичную силосную яму, бактерии третьего штамма препятствуют размножению других микроорганизмов, попадающих из воздуха. При такой тройной защите сбои исключены. Даже если при закладке силоса или в период скармливания идут дожди, корм, обработанный закваской, остается съедобным. Роль молочнокислых бактерий в силосных добавках. Качество естественной ферментации силоса сильно зависит от числа и типа молочнокислых бактерий, присутствующих в фураже во время закладки силоса. Из четырех родов молочнокислых бактерий, связанных с силосом (Lactobacillus, Pediococcus, Streptococcus, Leuconostoc), со временем в силосной микрофлоре начинают доминировать Lactobacillaceae. На ранних стадиях, когда установился анаэробиоз, кокки быстро размножаются благодаря их норме реакции на кислотность (рН 6.5-5.0 с оптимумом 5.5), хотя некоторые педиококки могут выживать при рН 4.0 из-за их более высокой толерантности к кислоте. Когда рН падает ниже 5.5 начинают преобладать лактобациллы, и это положение сохраняется на протяжении всего периода консервации. Обнаружено, что процесс силосования начинается гомоферментативными лактобациллами, такими как Lactobacillusplantarum и L. curvatus, а к концу 75-95% лактобацилл представлены гетероферментативными видами, преимущественно L. buchneri и L. brevis. Это объясняется тем, что гетероферментативные лактобациллы более устойчивы к уксусной кислоте, которую они также производят. Показано также, что может иметь место сдвиг от чисто молочнокислого к смешанному брожению, включающему реферментацию молочной кислоты под действием некоторых гомоферментативных бактерий вследствие нехватки субстрата. В районах с умеренным климатом, где содержание сахара в фураже может быть низким, потребность молочнокислых бактерий в ВРУ силоса может опережать их поступление, и тогда может произойти изменение в схеме ферментации в сторону доминирования гетероферментативных молочнокислых бактерий. Значимость этих естественных схем ферментации иллюстрируется следующими реакциями Lactobacillusspp. Селекция штаммов при разработке силосных добавок. Выбранные виды молочнокислых бактерий с целью включения их в силосные добавки должны: Быстро расти и быть способными к быстрому доминированию над местной силосной микрофлорой; Быть гомоферментативными и, таким образом, производить молочную кислоту из доступных ВРУ; Быть устойчивыми к кислоте, по крайней мере, при рН 4.0; Быть способными сбраживать гексозы, пентозы и фруктаны; Не производить декстраны и никак не воздействовать на органические кислоты; Обладать способность к росту при температуре до 50 С. Некоторые штаммы Lactobacillusplantarum обладают всеми этими свойствами, и потому этот вид был выбран для включения в биологические силосные добавки. Однако, т.к. Lactobacillusspp. медленно растут, пока рН силоса не упадет до 5.0, продукт редко состоит исключительно из них. Обычно еще добавляют PediococcusилиStreptococcusspp., т.к. эти виды активны при рН 5.0 - 6.5 и, следовательно, отражая естественный ход ферментации, кокки будут доминировать на ранних стадиях силосования, а при рН ниже 5.0 они будут подавлены гомоферментативными Lactobacillusplantarum. Пропионовые бактерии в силосовании. Из свежих трав пропионовые бактерии не выделялись, а из силосов выделялись, но в очень небольшом количестве, поэтому их истинное участие в силосовании в природных условиях сильно нивелировано. При внесении пропионовых бактерий (ПКБ) в силосуемые растения, прежде всего с высоким содержанием сахаров (кукуруза), получили корм более высокого качества, чем в контроле (без внесения ПКБ). Он имел низкую кислотность, был обогащен витаминами В2 и В12, пропионовой кислотой и не подвергался плесневению. В результате скармливания такого силоса в течении 3 месяцев повысилась яйценоскость птиц, выводимость цыплят, сохранность молодняка животных, в крови которых увеличивается содержание каротина и снижается содержание аммиака. Ферментные препараты при силосовании. Ферментные препараты при силосовании применяются чаще для обработки трудносилосуемых культур. Бобовые травы относятся к категории трудносилосуемых или вообще несилосуемых растений. Ферментные препараты не только силосуют корма, но и обогащают их легкопереваримыми питательными веществами. Это целловиридин, пектофоетидин, целлолигнорин, глюковомарин и др. В условиях Ростовской области при силосовании зеленой люцерны применялся ферментный препарат- целловиридин - Г3Х(рН 3.9 - 4.1, температура 37 С, активность 3000 ед./кг). Он обеспечил гидролиз целлюлозы, гемицеллюлозы, пектиновых веществ до моносахаридов (этот процесс очень важен для бобовых, т.к. в них содержится мало сахаров и много белковых веществ - а значит, они плохо силосуются). В результате образования достаточного количества сахара появляются благоприятные условия для развития молочнокислых бактерий. Значительно уменьшается количество бесполезно теряющегося аммиачного азота, что положительно влияет на сохранение протеина (достигает 78-80%). Под влиянием ферментных препаратов в корме увеличивается содержание белков, аминокислот, которые повышают биологическую ценность корма. Силос приготовленный с применением биоконсерванта, меньше подвержен грибковому поражению, имеет оливковый цвет, ненарушенную структуру, приятный фруктовый запах. Он отлично поедается животными. Сохранность питательных веществ в таком силосе выше, чем у заложенного по традиционной технологии, а молочнокислые бактерии входящие в состав биоконсерванта способствуют не только быстрому силосовании зеленой массы, но и нормализуют пищеварительные процессы у животных, препятствуя возникновению кетозов и ацидозов у животных. Биоконсервант используют для силосования: • кукурузы, сорго, подсолнечника; однолетних и многолетних бобовых и злаковых травосмесей; • горного разнотравья; • тростника в чистом виде и в смеси с соломой; Принцип действия Приготовление силоса из кормовых растений с использованием БСК-1 основано на способности культуры микроорганизмов: • восполнять запас легкосбраживаемых сахаров за счет расщепления крахмала силосуемого сырья; • сбраживать пентозаны клетчатки до молочной и уксусной кислот обладающих фунгистатическими свойствами; Внесение биоконсерванта активно влияет на течение микробиологических и биохимических процессов в силосуемом корме, подавляя развитие нежелательной микрофлоры, предупреждает разогревание силосуемой смеси. Биоконсервант, в состав которого входят ферменты, обеспечивает высокое качество силоса в течение всего срока хранения, способствует биосинтезу в кормах витаминов группы В, повышению сохранности сухого вещества и питательных компонентов. Применение комплексных консервантов, содержащих ферменты, приводит к уменьшению "угара" верхнего слоя силоса с 30-50 см до 10 см. Использование кормов, обработанных биоконсервантом с добавлением ферментов, увеличивает среднесуточный удой молока у коров, повышает прирост живой массы, позволяет снизить затраты на кормление животных. Многолетний опыт работы показывает: не менее 95% силоса, заложенного с биоконсервантом, соответствует 1 классу. Биоконсервант способствует увеличению сохранности: • кормовых единиц - на 25%; • перевариваемого протеина - на 25-33%; • сухого вещества - на 5-8%; • каротина - в 2,5 раза. Масляная кислота в силосе практически отсутствует. Консервирование зерносенажа В последние годы все большее и большее внимание уделяется такому корму, как зерносенаж. Действительно, это корм с высоким содержанием обменной энергии, и его заготовку можно вести в период после заготовки силоса из многолетних трав. Считается, что при закладке корма с низкой влажностью, консервирование происходит за счет естественной сухости среды, и влияние микроорганизмов на качество сенажа минимально. Иногда это положение распространяют и на зерносенаж. Однако анализ влажности зерносенажа, реально закладываемого на хранение, показал, что в ряде хозяйств его влажность доходила до 80%. Понятно, что в таких случаях качество корма в значительной степени будет определяться деятельностью микроорганизмов. В производственных опытах исследовали эффективность применения консервантов на основе молочнокислых бактерий при закладке зерносенажа. Было установлено, что применение жидких заквасок привело к увеличению содержания протеина в готовом корме. Несколько слабее действовал высушенный препарат на основе молочнокислых бактерий. При высушивании микроорганизмов утрачивается определенная часть их активности, хотя этот технологический прием и удлиняет срок их хранения. Консервирование плющеного зерна ранних стадий спелости - перспективное направление в кормопроизводстве. Высокие произ-водственные показатели молочных хозяйств Ленинградской области во многом обусловлены применением данной технологии. Заготовка плющеного зерна позволяет на 2-3 недели раньше убирать урожай, что немаловажно для нашего региона. Кроме того, хозяйство может снизить потребление дорогостоящих комбикормов. При консервировании плющеного зерна используют как химические(Кемира Кемикалз, Аммофор,НВ-2, Бензойная кислота,АИВ-3), так и биологические консерванты(Биотроф, AIV-2000, Лактофор, Лаксил, Биомасс GP, Био-Сил, Лабоксил, Бонсилаге). Опытным путем в условиях хозяйств Ростовской области было установлено, что переваримость опытных партий зерна, обработанных с биопрепаратами (88,6%), была даже выше, чем с химическими консервантами (85,8-86,5%). Производство органических кислот биотехнологическими способами и их использование в качестве консервантов корма. Внастоящее время биотехнологическими способами в промышленных масштабах синтезируют ряд органических кислот. Из них лимонную, глюконовую, кетоглюконовую и итаконовую кислоты получают лишь микробиологическим способом, молочную, салициловую и уксусную — как химическим, так и микробиологическим способами, а яблочную — химическим и энзиматическим путем. Существует два принципиально различных метода внесения органических кислот в сырье и корма: 1) внесение производителей кислот (бактерий); 2) внесение непосредственно органических кислот или их солей. Внесение производителей кислот (молочнокислых и пропионовокислых бактерий) используется при силосовании кормов и при производстве сенажа. Органические кислоты и их соли используются при консервирующей обработке кормов и в качестве подкислителей в составе комбикормов. Антисептические свойства различных кислот несколько отличаются по отношению к бактериям и грибам. Муравьиная кислота: - снижает рН корма; - снижает буферную емкость корма; - эффективна против дрожжей и бактерий, особенно против Е. соlliи сальмонелл, но менее активна против плесеней; - снижает рН в желудке; - улучшает усвоение азота, кальция и фосфора; - обладает антимикробным действием. Пропионовая кислота: - подобно муравьиной кислоте подавляет рост плесневых грибов, дрожжевых клеток, но менее эффективна против бактерий: - снижает буферную емкость кормов; - улучшает вкусовые качества корма; - используется как консервант; - применение пропионовой кислоты регламентировано во всех странах; Уксусная кислота: - эффективна против дрожжей и бактерий и менее эффективна против плесеней. Молочная кислота: - эффективна против Е. colliи сальмонелл; - улучшает вкусовые качества; - выделяется лактобактериями в естественных условиях в желудке; - обладает пробиотическим действием; - обладает антисептическим эффектом; - используется как консервант; - снижает буферную емкость кормов. Бензойная кислота: - эффективна против дрожжей и бактерий и менее эффективна против плесеней. Сорбиновая кислота: - обладает широким спектром активности против дрожжей, плесеней и особенно бактерий. Концентрат низкомолекулярных кислот (КНМК) — смесь кислот, состоящая из муравьиной — 30—35 %, уксусной — 25—30, пропионовой — 8—10, масляной — 3—5 % кислот и воды. Используется для консервирования фуражного зерна, сена повышенной влажности и растительных кормов. Дозы внесения: при заготовке силоса из легкосилосующихся растений — 4 л/т, для трудносилосующихся — 5, для несилосующихся — 6 л/т. При силосовании зеленой массы с добавлением КНМК резко снижаются потери сухого вещества, сахара и других питательных веществ. Силос, приготовленный с КНМК, хорошо поедается животными; при длительном кормлении таким силосом наблюдается повышение продуктивности животных. КНМК находит широкое применение в различных регионах России. БИОКОНВЕРСИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И ОТХОДОВ С\Х ПРОИЗВОДСТВА. БИОКОНВЕРСИЯ - Превращение органических отходов с помощью живых организмов (микроорганизмы, дождевые черви и др.) в вещества, пригодные для использования в народном хозяйстве. Биоконверсия растительного сырья и отходов растениеводства 1. Фракционирование зеленой массы растений. Традиционные методы заготовки кормов сопряжены с большими потерями питательных веществ, поэтому важно не только стремиться к повышению урожайности и улучшению ботанического состава травостоя, но и применять технологии, сокращающие потери при заготовке и хранении. Основным фактором, обуславливающим повышение продуктивности животных, является биологически полноценное кормление, сбалансированное по всем элементам. При этом особое значение придается обеспеченности животных белком и витаминами. В настоящее время в хозяйствах на одну кормовую единицу приходится в среднем 80 г протеина вместо 105 - 110 г по норме. В результате дефицита протеина продуктивность животных снижается на 30 - 35 %, а себестоимость возрастает в 1,5 - 2 раза. Основным показателем экономической оценки посева служит выход кормовых единиц переваримого протеина, каротина и других питательных веществ с единицы площади при наименьших затратах на их выращивание и заготовку. Как показала практика, в условиях Кубани экономически выгодной высокобелковой кормовой культурой является люцерна. Эта многолетняя культура обеспечивает устойчивый высокий урожай, а по выходу белка и витаминов с единицы площади не уступает даже таким высокобелковым культурам, как горох и соя (табл. 1). При этом очень важно рационально использовать выращенный урожай. Особое внимание необходимо обратить на возможность наибольшей сохранности питательных веществ при заготовке и хранении. Таблица 1 Выход питательных веществ с 1 га посева сельскохозяйственных культур Культура Урожайность, ц/га Выход с 1 га натураль ного вещества сухого вещества корм. ед., ц перев. прот., кг лизин, кг каротин, г Пшеница 43,5 37 50,9 461 13,1 44,3 (зерно) Ячмень 50,2 43 57,7 407 20,6 2,5 (зерно) Горох 15,0 13 17,7 292 21,3 0,8 (зерно) Кукуруза 60,3 51 80,2 440 12,7 41,0 (зерно) Соя (зерно) 30,3 26 43,8 906 65,5 0,6 Горох (зел. 300 60 51,0 840 63,4 1140 масса) Люцерна 300 75 66,0 1140 65,2 1320 (зел. масса) ПРИМЕЧАНИЕ: Для сравнения урожайность зеленой массы люцерны и гороха приняты равными. Силосование — один из древнейших способов консервирования зеленых кормов. По сравнению с другими способами оно меньше зависит от погодных условий. Силосование является сложным микробиологическим процессом. Кислая реакция среды является основным фактором, регулирующим ферментативные процессы в консервированном естественным способом корме. Поэтому от соблюдения технологии заготовки и хранения зависит качество и выход питательных веществ в норме с единицы площади. По данным краевой лаборатории качества кормов, в последние годы заготавливалось 60 - 68% силоса 1 и 2 класса, а неклассного 10 - 12%. Это значит, что ежегодно теряется часть зеленого корма. Поэтому важной задачей, наряду с увеличением производства консервированных кормов, является улучшение качества и снижение затрат, связанных с их заготовкой. Использование высокопроизводительной техники при скашивании и измельчении зеленых растений позволяет производить заготовку силоса в сжатые сроки. Для получения доброкачественного силоса необходимо прежде всего измельчить сырье, быстро и тщательно изолировать измельченное сырье и быстро прекратить к нему доступ воздуха, чтобы устранить дыхание растительных клеток и предотвратить развитие аэробных бактерий и плесневых грибов, а следовательно, и самосогревание силосуемого сырья. При силосовании свежескошенного сырья с вытекающим соком происходят потери питательных веществ. При консервировании трудносилосующихся и несилосующихся растений, таких, как люцерна, клевер, эспарцет и других содержащих мало сахара, важная роль отводится удалению избытка влаги с целью увеличения осмотического давления в растительной клетке, т.е. влагоудерживающей силы, противостоящей сосущей силе большинства анаэробных бактерий. Так, при обезвоживании растений до влажности 68 70% влагоудерживающая сила клеток повышается до 27 кг/см2, а сосущая сила большинства анаэробных бактерий составляет 50 - 52 кг/см2. Поэтому подсушивание или обезвоживание зеленых растений является одним из методов их консервирования. Наибольшее распространение получила технология заготовки сенажа. Однако соблюдение всех технологических операций заготовки сенажа является сложной и зачастую сложновыполнимой задачей. Традиционная технология заготовки сенажа предусматривает следующие операции: скашивание в прокосы и валки, сгребание в валки, ворошение, подбор с измельчением провяленной до влажности 50 -55 % массы, загрузку в транспортные средства, уплотнение и герметизацию. Многие из перечисленных операций энергоемки, требуют большого количества полевой техники и высоких энергозатрат. Эта технология сильно зависит от погодных условий, что не гарантирует получение сенажа хорошего качества. Кроме того, при подборе провяленных трав допускаются значительные полевые потери зеленой массы и в первую очередь — основных носителей белка и витаминов — листьев и соцветий. Общие потери при уборке и хранении превышают 25-30% питательных веществ. Кроме того, неоднократное перемещение сельскохозяйственной техники по многолетним травам и длительное нахождение травостоя под валками препятствует отрастанию последующих укосов и снижает урожайность трав. Таблица 2 Химический состав зеленой люцерны, травяной муки из свежескошенной и отжатой люцерны и выход питательных веществ с 1 га. Наименование Сырой протеи н Сырой жир Сырая клетчат ка Содержится в абсолютно сухом веществе, г. мг Свежескошенная 212 32.0 324 люцерна Гранулы из свежескошенной 186 люцерны Гранулы из отжатой 175 люцерны Зеленый коагулят 369 БЭВ Кал ьци й Фосф ор Кароти н 400 81.1 2.8 212 31.8 272 396 14.6 2.7 173 31.2 304 383 16.2 2.1 137 10.5 39 415 21.9 2.9 369 Выход с 1 га Свежескошенная 1590 240 2430 3000 165 21.3 1590 люцерна Гранулы из свежескошенной 1395 228 2037 2918 110 20.4 1295 люцерны Гранулы из отжатой 1337 226 2114 2930 124 16.1 1170 люцерны Гранулы из отжатой 1558 232 2279 2986 138 16.5 1310 люцерны + коагулят Введение в технологию заготовки зеленых кормов метода частичного механического обезвоживания зеленых растений позволяет заготавливать корм стабильной влажности (63 - 67 %) независимо от исходной, которая может колебаться от 70 до 85 %, обеспечить высокую сохранность питательных веществ, значительно снизить энерго- и трудо- затраты, а следовательно, и его себестоимость. Кроме того, данная технология позволяет перевести заготовку зеленых кормов на промышленную основу и практически исключить зависимость ее от погодных условий. Полученный при этом отжатый травяной сок используется при кормлении свиней и птицы как белково-витаминная добавка. Технология приготовления травяной муки из отжатой люцерны отличается от традиционной лишь наличием дополнительной линии для измельчения и частичного обезвоживания зеленой массы перед ее подачей в сушильную камеру агрегатов, АВМ 0,65, АВМ - 1,5, АВМ - 3. В процессе производства травяной муки при сушке частично обезвоженной зеленой массы (отжатой травы) расход горючего уменьшается в 2 – 2,5 раза, а производительность сушильных агрегатов может быть увеличена в 1,5 - 2 раза. При этом травяная мука не подгорает, равномерно сушится и отвечает по качеству требованиям 2 класса. В то же время при производстве травяной муки из неотжатой зеленой массы около 20-30% ее получается неклассной по причине неравномерного высушивания листьев и стеблей. Данные, указанные в таблице, показывают высокий уровень питательных веществ в зеленом коагуляте. Содержание питательных веществ в гранулах из люцерны немного снижается, однако общий выход питательных веществ с 1 га с учетом 10 % полученного коагулята, повышается. Для получения 1 кг травяной муки из зеленых трав необходимо выпаривать до 4,5 кг воды, в то время как при сушке жома всего 1,25 кг, независимо от влажности поступающей на переработку зеленой массы. При этом на получение 1т травяной муки при сушке зеленой массы расходуется 275 кг/т дизтоплива, при сушке травы после отжима расход дизтоплива составляет 120 кг/т, что на 149 кг меньше расхода ГСМ при заготовке по обычной технологии. Данные по расходу топлива на приготовление травяной муки представлены в таб. 3. Таблица 3 Расход топлива (кг) на получение 1 т травяной муки Показатели Влажность травы перед сушкой, % 85 80 75 70 65 60 Дизельное автотракторное, ГОСТ 305 - 62 Расход 393 275 205 157 126 Печное бытовое (ТУ 3800 - 150 - 71) Расход 463 324 241 185 148 Природный газ, ГОСТ 5542 - 50 Расход 470 330 245 190 150 99 116 120 При получении травяной муки из отжатого растительного сырья производительность агрегатов может возрастать в 1,5 - 2 раза и находиться на одном уровненезависимо от влажности исходной зеленой массы. Кроме того, значительно (более чем в 2 раза) снижается расход топлива на получение 1 т травяной муки. При этом затраты электроэнергии на механическое обезвоживание незначительны и составляют менее 20% от стоимости сэкономленного топлива, себестоимость травяной муки снижается более чем на 20 %. Бесперебойную работу агрегата для получения травяной муки АВМ – 1,5 в сезон заготовки обеспечивает сырьевой конвейер в объеме 8000 т зеленой массы. Это позволит получить 1360 т гранул травяной муки, 960 т белково-витаминного концентрата и обеспечить высокую рентабельность производства. 2. Способы получения белково-витаминных концентратов. Использование синтетических витаминов в животноводстве из-за большой дороговизны затруднительно. Получение белково-витаминных концентратов позволяет заменить их на относительно дешевые растительные витамины, получаемые получаемых из зеленой массы трав, преимущественно бобовых. Удаление из трав клетчатки, или точнее, выделение содержимого растительных клеток, дает возможность получить продукт, более богатый белком (до 50% в сухом веществе) и витаминами – БВК. Содержание клетчатки в таком корме составляет всего 25%, что позволяет широко использовать его в рационах моногастричных животных и птиц. Ферментированный травяной сок можно получить практически в любом хозяйстве и из всех видов зеленых растений, хранить в течение года в консервированном виде до полного использования. При этом выход питательных веществ с единицы площади возрастает с традиционным способом заготовки кормов в 1,5-2 раза. Кроме того, значительно снижаются потери питательных веществ. Во влажном коагуляте сырого протеина содержится 360г, клетчатки 39г, лизина 12,5г, каротина 386 мг\кг. Все продукты, полученные при фракционировании зеленой массы богаты белком, каротинами, витаминами группы В, минеральными веществами. Особенно богат ими пастообразный коагулят, полученный из люцерны. В нем содержится 65 г\кг переваримого протеина, до 70 мг/кг каротина. В сухом веществе продуктов фракционирования в сравнении с зеленой исходной массой увеличивается содержание витаминов, белка, резко снижается содержание клетчатки. Наибольший эффект от использования зеленого концентрата наблюдается в свиноводстве и птицеводстве. 3. Технология механического обезвоживания зеленой массы люцерны и ее заготовки. Заготовку зеленой массы производят в фазе начала бутонизации и не позднее начала фазы цветения. Кошение производят кормоуборочными комбайнами типа КСК-100 или КПИ-2,4 с измельчением стеблей на частицы длиной 20-50 мм. Оптимальная высота среза растений 50-70 мм. Загрузку скошенной и измельченной массы производят непрерывно в рядом идущий транспортер. Время от скашивания зеленой массы до начала ее переработки не должно превышать 1-1,5 часа. Скошенная в поле масса поставляется на линию механического фракционирования. Процесс фракционирования на сок и жом производится на стационарной линии, располагающейся непосредственно у кормохранилищ или на линии агрегата АВМ-1,5. Из транспортных средств зеленая масса перегружается в питатель зеленой массы типа ПЗМ1,5, из которого подается в измельчитель, где производится разрушение клеточной структуры и стеблей. Затем масса подвергается отжиму на пресс с удельным давлением 2,5-4 МПа и разделяется на сок и жом.В сок переходит до 35% влаги, содержащейся в исходной массе. Он подвергается очистке от клетчатки и грубых включений в механическом фильтре, смешивается с консервантом и перекачивается в накопительную емкость для дальнейшей коагуляции. Ферментированный сок используют для кормления животных, для выращивания дрожжей, как биостимулятор, либо для производства протеиновых концентратов. 4. Биоконверсия отходов растениеводства. Растительная биомасса - возобновляемый и легкодоступный источник сырья. Основные ее компоненты - целлюлоза (2/3), крахмал, гемицеллюлоза, лигнин. Лигнин высокомолекулярный нерастворимый трехмерный неупорядоченный ароматический полимер. Целлюлоза - высокомолекулярный нерастворимый полимер глюкозы. Она является главным компонентом как растительной биомассы, так и сельскохозяйственных, бытовых отходов, а также отходов деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. В основе биологической деградации лигноцеллюлозы лежит действие целлюлолитических ферментов. Реакционная способность природных целлюлозосодержащих материалов невелика, поэтому сырье для ферментативного осахаривания целлюлозы должно иметь большую поверхность, а микрофибриллярная структура целлюлозы должна быть разрушена. Реакционную способность природных субстратов также снижает наличие лигнина. Наиболее эффективным, а также дорогим и энергоемким способом предварительной подготовки сырья является размол. Поэтому для предобработки используют воздействие 0.5-2% растворов щелочи, гамма-облучение, механо-термообработку в разбавленной серной кислоте с последующей экстракцией лигнина и др. методы. Гидролиз можно проводить и биологическим способом, с помощью ферментов, выделяемых грибами видов Trichoderma, Aspergillus, Sporotrichum. Далее при использовании дрожжей можно получить спирт, при использовании бактерий Klebsiella или Aeromonas - бутанол. Ряд микроорганизмов рода Clostridium могут продуцировать уксусную и молочную кислоты, лактат, ацетон из опилок, соломы, отходов сахарного тростника. С помощью Trichoderma reesii биомасса разлагается до сахаров. Ферменты и неразложившаяся целлюлоза поступают в повторные циклы, а остаточный лигнин используется в качестве источника энергии для перегонки спирта. Технология, разработанная в Арканзасском университете и используемая в промышленности нефтяной компанией «Галф ойл», заключается в одновременном осахаривании целлюлозы и сбраживании сахаров, полученных путем гидролиза. Для этого к смеси целлюлозной биомассы и дрожжей добавляют раствор целлюлаз. Остающийся лигнин также используется для перегонки в качестве топлива, но пентозы не сбраживаются. Фирма «Био фьюэл индастриз» из Ричмонда намерена построить в шт. Вирджиния фабрику, на которой в 1985 г. будет производиться 500 т этилового спирта в сутки из 2500 т целлюлозных отходов посредством этой технологии и целлюлаз из Trichoderma reesii. Третий вид технологии состоит в прямом сбраживании целлюлозными бактериями гексоз и пентоз, образующихся при гидролизе целлюлозы и гемицеллюлоз. Преимущества этой технологии, разработанной в лабораториях Массачусетского технологического института, заключаются в следующем: помимо одновременной конверсии целлюлоз и пентоз в этанол происходит комбинация целлюлозного и спиртового брожения, а, кроме того, необходимая предварительная обработка субстратов сводится к минимуму. При микробной деградации и конверсии целлюлоз и гемицеллюлоз можно получать этиловый спирт и сырье для химической промышленности (фурфурол, фенолы, крезолы). 200 000 т надлежащим образом переработанной соломы дают 50 000 т этанола и 20 000 т фурфурола. По оценкам некоторых специалистов, при микробной переработке целлюлозы можно получить до 30% нефтехимикатов. Методы генной инженерии помогут создать штаммы, которые будут лучше адаптированы к этим типам конверсии и дадут больший выход. Это позволит разработать реальную стратегию замещения, которая станет эффективной после 2000 г. (к тому времени химия углерода придет на смену нефтехимии при производстве новых биополимеров, биорастворителей и биодетергентов). Перенос генов целлюлаз и гемицеллюлаз из Clostridium thermocellum в другие виды Clostridium позволит превращать целлюлозы и гемицеллюлозы в этиловый спирт, ацетон, бутанол, уксусную и молочную кислоты. Термофилия определенных штаммов Clostridium (при оптимальной температуре роста 65—75° С) создает известные преимущества, так как стоимость перегонки этилового спирта и других растворителей уменьшится, а это сделает производственный процесс более экономичным. Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) и Рутгерского университета (США) обнаружили, что бактерия Zymomonas mobilis, выделяемая из пальмового вина и мексиканского алкогольного напитка пульке, сбраживает сахара вдвое быстрее, чем дрожжи. Этот вид также подвергается геномной модификации, которая позволит разлагать целлюлозу с одновременным сбраживанием сахаров, получающихся в ходе деградации. В условиях строгого анаэробиоза можно осуществлять биометаногенез ароматических соединений. Этот процесс, надо полагать, широко распространен в природе, особенно в отходах и сточных водах, а также при конверсии некоторых биоцидов. По наблюдениям Ферри и Вольфа, в этом процессе участвуют несколько видов микробов, ответственных за различные стадии деградации ароматических колец до ацетата, который является одним из субстратов для метанобактерий (иными словами, его дегидрирование дает электроны, требующиеся для восстановления двуокиси углерода в метан). Среди бактерий видов превалируют, судя по всему, Methanobacterium formicicum и Methanospirillum hungati. Ферри и Вольфу удалось их вывести в чистые культуры. Бензольное кольцо сначала восстанавливается и затем разрезается на алифатические кислоты под действием грамотрицательных микроорганизмов. Последние превращаются в субстраты, используемые метанобактериями. Образующиеся электроны, вероятно, способствуют образованию водорода, который восстанавливает СО 2 в СН4. Разложение бензольного кольца в метан в процессе анаэробиоза не является правилом. Например, в рубце жвачных животных бензоат и ароматические кислоты, получающиеся за счет деградации целлюлозы, не приводят к образованию метана; их можно обнаружить в моче и виде гиппуратов и других сходных соединений. В природных условиях ароматические соединения получаются при медленном разложении таннинов и лигнина главным образом благодаря внеклеточным микробным ферментам. Так как лигнины и таннины составляют значительную часть почвенного органического материала, метаногенез этих полимеров—важный процесс в углеродном цикле биосферы. Одним их отходов сельского хозяйства является солома. Эти отходы трудно использовать, так как скорость разложения соломы невелика. Лучшая утилизация инокулирование её ассоциацией целлюлолитических грибов, азотфиксирующих и полисахаридообразующих бактерий. В таком виде солому можно запахивать в землю как органическое удобрение, а можно через определенное время использовать как высокобелковый витаминизированный корм.