Введение к работе
Актуальность работы. Среди важнейших проблем питания сельскохозяйственных животных наиболее актуальной остается проблема недостатка полноценного белка. Проблема дефицита белка в свиноводстве связана с тем, что потребность свиней в белке удовлетворяется на 88% из них только на 63% - в сбалансированном по основным необходимым аминокислотам. В среднем недостаток белка в рационах свиней составляет в среднем 24%, что приводит к увеличению стоимости в 1,5 раза кормовых затрат для фабрик.
Обеспечение животноводства белком, в основном, совершается за счет протеинов из растительных источников, часть которых в совместном балансе составляет приблизительно 90%, при этом высокобелковые корма растительного происхождения (соя, горох, чина, продукция переработки маслянистых культур) не превышают 12%. Вместе с тем, ориентируясь на белок из растительного источника, следует, чтобы питание обладало определенным количеством животной составляющей. Хорошее воздействие белков животного происхождения на физиологические функции свиней обуславливается не только оптимальным содержанием аминокислот и совокупностью иных раннее установленных питательных веществ, но и многими не идентифицированными факторами. Корма, изготовленные из сырья животного происхождения, даже в наименьших количествах совершенствуют перевариваемость растительных кормов, составляющих основу комбикормов.
Вовлечение в производство кормового белка вторичного коллагенсодержащего сырья способствует решению этих проблем. Коллагенсодержащие отходы содержат в значительных количествах ценный белок.
Актуальность интенсификации производства и переработки коллагенсодержащих отходов предопределяет необходимость, как рационального использования имеющихся кормов и вырабатываемых добавок, так и изыскания новых кормовых средств, особенно белковых.
В коллагенсодержащих отходах, помимо разнообразных органических и неорганических соединений, содержится значительное количество патогенных микроорганизмов.
В этой связи с достаточно широким спектром антибактериального действия препаратов на основе серебра, существует вероятность бактерицидного эффекта в отношении патогенной и нормальной микрофлоры.
Доказано, что растворы наносеребра не только безопасны для организма, но и применяются в профилактических дозах взамен антибиотиков. Ученые сходятся во мнении, что прием серебра способствует угнетению патогенной микрофлоры, что приводит к развитию нормальной.
Степень разработанности. В Российской Федерации существенный вклад в подходы к целесообразному использованию коллагенсодержащего сырья на пищевые и кормовые цели внесли ученые: М.Р. Апсите, A.B. Архипова, Р.У. Бикташева, Л.Е. Бори-сенко, С.И. Вишнякова, Г.Д. Гуменюка, A.M. Жадана, И.А. Исаева, Л.И. Карпухина, А.Н. Коробко, Р.И. Кушак, С.А. Левантовский, В.К. Недзвецкий, А.Я. Озолса, AB. Пономарева, Г.Ф. Рыжкова, Р.Н. Чайковская и др.
Учеными установлено, что коллагенсодержащие отходы могут являться основным источником протеина, подходящего с целью применения в рационах сельскохозяйственных животных.
Цель и задачи исследований. Целью работы является исследование и разработка технологии переработки коллагенсодержащих отходов консорциумом микроорганизмов, модифицированным наносербром в белковую кормовую добавку.
Для достижения установленной цели сформулированы задачи исследований:
исследовать химический состав коллагенсодержащего сырья (свиных шкур);
провести скрининг коллекционных штаммов-деструкторов с целью формирования консорциума для переработки вторичного коллагенсодержащих отходов в кормовую добавку для животных сельскохозяйственного сектора;
изучить влияние наночастиц серебра на штаммы микроорганизмов – деструкторов коллагенсодержащего сырья;
подобрать оптимальные параметры совместного культивирования дрожжей, входящих в состав консорциума для биодеструкции коллагенсодержащих отходов;
подобрать параметры биодеструкции коллагенсодержащего сырья консорциумом микроорганизмов с коллагеназной активностью;
исследовать состав и свойства гидролизата коллагенсодержащего сырья, полученного с помощью микробного консорциума;
подобрать параметры сушки гидролизата вторичного коллагенсодержащего сырья с целью получения кормовой добавки для сельскохозяйственных животных;
- разработать технологическую модель изготовления белковой кормовой добавки
на основе гидролизата коллагенсодержащих отходов, а также рецептуру полнорационно
го корма для животных сельскохозяйственного сектора;
разработать научно-техническую документацию на белковую добавку;
рассчитать экономическую эффективность выработки кормовой добавки;
осуществить промышленную апробацию технологии.
Научная новизна работы.
изучены физиологические и биохимические свойства дрожжей-деструкторов, обладающих коллагеназной активностью;
выбраны пять штаммов дрожжей для создания микробного консорциума для осуществления гидролиза коллагенсодержащего сырья в кормовую добавку для свиней:»Сandida utilis Y-263 с коллагеназной активностью, равной 18,4 Е/мг белка, Clavispora lusitaniae Y-3723 с коллагеназной активностью, равной 32,3 Е/мг белка, Сandida lipotica Y-3153 с коллагеназной активностью, равной 15,8 Е/мг белка, Сandida lipotica Y-3157 с коллагеназной активностью, равной 16,7 Е/мг белка, Сandida аrthrobotrys F-1138 с коллагеназной активностью, равной 57,3 Е/мг белка;
доказана биосовместимость пяти используемых штаммов дрожжей между собой;
- установлено, что наносеребро характеризуется повышенной противомикробной
активностью по отношению ко всем тестируемым штаммам: Сlostridium perfringens С-
587, Salmonella enterica ATCC-14028, Escherichia coli ATCC-25922, Staphylococcus aureus
ATCC-25923, Pseudomonas aeruginosa ATCC-9027, Proteus vulgaris ATCC-63, Candida
albicans ЭМТК-34;
подобраны оптимальные параметры биодеструкции коллагенсодержащих отходов микробным консорциумом, состоящим из пяти штаммов дрожжей с коллагеназной активностью (соотношение микроорганизмов 1:1:1:1:1): температура 28 С; рН 7,0; длительность культивирования 24,0 ч; соотношение объема используемого материала для посева к объему перерабатываемого вторичного коллагенсодержащего сырья 1:5000;
установлено, что биодеструкция коллагенсодержащего сырья микробным консорциумом позволяет получить гидролизат содержанием сырого белка (23%), и высокой пе-ревариваемостью (78%), что позволяет получить белковую добавку при использовании микробного консорциума для биодеструкции коллагенсодержащего сырья.
Теоретическая и практическая значимость работы. На базе полученных результатов изложены главные параметры формирования консорциума дрожжей-деструкторов, позволяющих гидролизовать коллагенсодержащее сырье кормовую добавку.
Разработан метод обезвоживания ферментативного гидролизата коллагенсодер-жащего сырья - сублимационная сушка при следующих параметрах: температура нагрева 40С; длительность сушки 4,5 ч; слой покрова сушки 10,0 мм. Разработан научно-технический документ (ТУ 9291-005-22928783-2018), технологическая схема изготовления кормовой добавки, рецептура полнорационного корма для животных сельскохозяйственного сектора. Проведена промышленная апробация технологии в фирме ООО МИП «Кера-Тех».
Методология и методы исследований. Исследования проводили с помощью общепризнанных и стандартных способов биохимического, физико-химического, структурно-механического анализа.
Положения, выносимые на защиту.
- консорциум дрожжей - деструкторов: Сandida utilis Y-263, Clavispora
lusitaniae Y-3723, Сandida lipotica Y-3153, Сandida lipotica Y-3157, Сandida
аrthrobotrys F-1138;
состав питательной среды и условия для совместного культивирования пяти штаммов дрожжей - деструкторов;
условия биодеструкции коллагенсодержащего сырья консорциумом, состоящим из пяти штаммов дрожжей - деструкторов;
Степень достоверности и апробация работы. Подлинность итогов подтверждается повторностью проделанных экспериментов и воспроизводимостью полученных результатов, применением общепринятых способов, устройств, оснащения. Основные положения диссертации доложены на I и II Международной научно-практическая конференции «В мире научных исследований» (Краснодар, 15 января и 20 апреля 2013 год); IV Международной научно-практической конференции «Теория иyпрактика актуальных исследований» (Краснодар, 15 мая 2013 год); Международных научных конференциях «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово, апрель 2013 и 2014 год); Международнойoнаучно-практической конференции «Теоретические и практические проблемы развития современной науки» (Махачкала, 31 июля 2014 год); региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения» (Томск, 6 ноября 2015 год).
Поoматериаламpдиссертацииoопубликованоr11rпечатныхrработ,rизeних 2 – в журналах, рекомендованных ВАК МинистерстваyобразованияyиeнаукиeРФ. Также получен патент № 2574682 «Белковая кормовая добавка «BioLSOW» для рациона питания сельскохозяйственных животных».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из» введения, аналитического обзора, экспериментальной части, выводов, перечня использованных источников и приложений. Основной текст работы изложен на 123 страницах, включает 23 рисунка и 28 таблиц. Список использованных источников включает 151 российских и зарубежных авторов.