Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биохимическое обоснование и разработка технологии комбикормов длительного хранения

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Тонких, Виктория Викторовна, Краснодар

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

ТОНКИХ Виктория Викторовна

БИОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМБИКОРМОВ ДЛИТЕЛЬНОГО

ХРАНЕНИЯ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 03.00.04 - БИОХИМИЯ

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Научные руководители:

действительный член МАЭН, доктор технических наук, профессор Росляков Ю.Ф.

кандидат технических наук, доцент Соловьева Е.В.

КРАСНОДАР-1999

Содержание

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................... 4

ГЛАВА 1 Обзор отечественной и зарубежной научно-технической литературы ............................................................................................ 8

1.1 Анализ рецептуры комбикормов и выявление наиболее нестойких компонентов.......................................................... 8

1.2 Современные способы хранения комбикормов и их недостатки ....................................................................................... 13

1.3 Химическая консервация........................................................ 19

1.4 Патентные исследования. Резюме.......................................... 27

1.5 Задачи исследования............................................................... 28

ГЛАВА 2 Объекты и методы исследования................................................. 30

2.1 Объекты исследования, условия и схемы проведения экспериментов .............................................................................. 30

2.2 Методы исследования.....................>........................................ 33

2.3 Математико-статистический анализ экспериментальных данных...................................................................................... 36

ГЛАВА 3 Результаты исследований............................................................. 38

3.1 Разработка технологии консервированных рассыпных комбикормов........................................................................ 38

3.1.1 Влияние консервированного влажного зерна злаковых культур в рецептурах комбикормов на их сохранность .... 38

3.1.2 Влияние консервированных вторичных продуктов переработки риса-зерна в рецептурах комбикормов на их сохранность ............................................................................. 44

3.2 Исследование влияния консервированного зернового сырья на физико-механические свойства консервированных комбикормов при хранении......................................... 47

3.3 Определение влияния консервированного зернового сырья на химический состав консервированных комбикормов при хранении........................................................... 49

3.4 Биохимические процессы, происходящие в консервированных комбикормах при хранении................................... 51

3.5 Питательная ценность консервированных комбикормов. 57

3.6 Исследование влияния введения в рецептуру комбикормов консервированного зернового сырья на микробиологические процессы, происходящие в них при хранении. 60

3.7 Разработка способа производства консервированных гранулированных комбикормов......................................... 63

3.8 Разработка способа приготовления премикса................... 66

3.9 Разработка способа и устройств для химической консервации зерна................................................................ 68

3.10 Производственные испытания разработанной технологии комбикормов длительного хранения.......................... 75

3.11 Расчет экономической эффективности применения технологии комбикормов длительного хранения.................. 75

ВЫВОДЫ......................................................................................................... 77

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ ПО КОНСЕРВАЦИИ КОМБИКОРМОВ............................................................................................ 79

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..................................... 80

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) - Акт о проведении производственной проверки технологии производства комбикормов длительного хранения . 94

ПРИЛОЖЕНИЕ В (справочное) - Качественный состав консервированных комбикормов............................................................................................. 97

ПРИЛОЖЕНИЕ С (обязательное) - Рецепт комбикорма Кк 60-6............... 98

ПРИЛОЖЕНИЕ Ю (обязательное) - Рецепт комбикорма Пкк 55-1 ............ 99

ПРИЛОЖЕНИЕ Е (обязательное) - Рецепт комбикорма Пкк 20-1............. 100

ПРИЛОЖЕНИЕ И (обязательное) - Технологическая инструкция по производству комбикормов длительного хранения...................................... 101

ВВЕДЕНИЕ

Комбикорма являются сложными объектами хранения из-за содержания в них органических компонентов - зерна злаковых культур, жмыхов и шротов, получаемых при переработке масличных семян, рыбной и костной муки, а также продуктов переработки зерна - легко подвергающихся при хранении разрушительным процессам.

Использование при производстве комбикормов зерна пониженного технологического качества, а также зерновой мучки, жмыхов, шротов, рыбной и костной муки, клеточная структура которых нарушена при предшествующих технологических операциях, обусловливает активное течение в этих компонентах комбикормов целого спектра химических и биохимических реакций, инициируемых собственными ферментами комбикормов и, особенно, ферментами присутствующих на них микроорганизмов.

Одним из эффективных способов предотвращения быстрой порчи комбикормов при хранении является подавление развития на них микроорганизмов путем обработки компонентов рецептуры пропионовой кислотой (ПК), ингибирующее действие которой на микрофлору достаточно известно.

В то же время влияние такой обработки на биохимические процессы, происходящие в компонентах комбикормов, существенно различающихся по химическому составу, структуре и биологическим свойствам, практически не исследовано, хотя их определяющее влияние на длительность хранения и качество комбикормов бесспорно.

В связи с этим, изучение биохимических процессов, происходящих в комбикормах, компоненты которых обработаны пропионовой кислотой при хранении, является актуальным для комбикормовой промышленности и открывает возможность создания технологии комбикормов длительного хранения.

Целью настоящей работы является биохимическое обоснование и разработка технологии комбикормов длительного хранения путем введения в их рецептуру комбикормового сырья, консервированного пропионовой кислотой.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение биохимических и микробиологических процессов, происходящих в компонентах комбикормов, неустойчивых при хранении;

- изучение динамики количественного и видового состава микроорганизмов в комбикормах при введении в рецептуру компонентов, обработанных пропионовой кислотой, обоснование рекомендуемых доз консерванта и выяснение путей локализации пропионовой кислоты в компонентах комбикормов при хранении;

- изучение изменения активности гидролаз и оксидоредуктаз в комбикормах, приготовленных с включением в рецептуру консервированных пропионовой кислотой компонентов, при хранении;

- анализ и оценка биохимических, химических и физико-механических характеристик, питательной ценности комбикормов, полученных- предлагаемым способом, а также исследование изменения их свойств при хранении; определение допустимых сроков хранения консервированных комбикормов;

- биохимическое обоснование и разработка технологии комбикормов длительного хранения, способов и устройств для обработки компонентов пропионовой кислотой и их введения в рецептуру комбикорма;

- производственная проверка разработанной технологии комбикормов длительного хранения и расчет экономической эффективности ее применения;

- разработка нормативной документации.

Научная новизна. Установлено снижение активности окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов в комбикормах при хранении под влиянием введения в их рецептуру нестойких компонентов -влажного зерна злаковых культур и продуктов его переработки, предварительно обработанных пропионовой кислотой. Выдвинута гипотеза о частичной десорбции паров пропионовой кислоты из консервированных зерновых продуктов, вводимых в рецептуру комбикормов, и ингибировании ими биохимических и микробиологических процессов, происходящих в комбикормах. Доказана возможность увеличения сроков безопасного хранения комбикормов, полученных по предлагаемой технологии, до трех и более месяцев. Теоретически обосновано и экспериментально доказано ингибирую-

щее действие паров пропионовой кислоты на деструктивные процессы, происходящие в хранящихся комбикормах.

Практическая значимость. Разработан способ консервации свеже-убранного зерна злаковых культур с использованием потока аэрозоля пропионовой кислоты, образуемого газообразной двуокисью углерода, используемой в качестве газа-носителя. Разработаны конструкции трех устройств для физико-химической консервации зерна. Разработан способ производства рассыпных комбикормов с использованием консервированного зернового сырья и продуктов его переработки. Разработан способ производства гранулированных комбикормов с использованием раствора пропионовой кислоты в мелассе. Разработан способ приготовления премикса с использованием в качестве наполнителя, обработанного пропионовой кислотой зерна.

Основные технические и технологические решения защищены 7-ю патентами Российской Федерации.

Реализация результатов исследования. Разработанная технология производства комбикормов длительного хранения испытана в научных лабораториях кафедры технологии переработки зерна и комбикормов и кафедры биохимии и технической микробиологии КубГТУ и реализована на комбикормовом заводе акционерного общества фирмы "Агрокомплекс" ст. Выселки Краснодарского края.

Суточная экономическая эффективность от внедрения разработанных технических и технологических решений составляет 400 руб. при производительности технологической линии, равной 200 т комбикормов в сутки (в ценах на 01.01. 1998 г.).

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на заседании Краснодарского отделения Всероссийского биохимического общества РАН (г. Краснодар, 1996 г.), на международной научной конференции "Рациональные пути использования вторичных ресурсов АПК" (г. Краснодар, 1997 г.), на международной научно-теоретической конференции "Молодые ученые - пищевым и перерабатывающим отраслям АПК" (г. Москва, 1997 г.), на Второй межрегиональной научно-практической конференции "Пищевая промышленность - 2000" (г. Казань, 1998 г.).

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 5 научных статей, 3 тезиса докладов, получено 7 патентов Российской Федерации на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, методической части, экспериментальной части, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 104 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц и 15 рисунков. Список литературы включает 172 источника, из которых 29 - иностранных.

ГЛАВА I. ОБЗОР ОТЕЧЕСТВЕННОЙ И ЗАРУБЕЖНОЙ НАУЧНО - ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Анализ рецептуры комбикормов и выявление наиболее нестойких компонентов

Комбикормовая промышленность выпускает полнорационные комбикорма, комбикорма-концентраты, содержащие повышенное количество протеина, минеральных веществ и микродобавок, белково-витаминные добавки, премиксы/59, 123, 140/.

Концентрированные и полнорационные комбикорма выпускают в рассыпном, гранулированном или брикетированном виде.

Гранулирование является одним из наиболее перспективных методов производства комбикормов для сельскохозяйственных животных, так как позволяет сохранять питательность кормовых продуктов, повышает их вкусовые качества и способность усвояния животными, существенно улучшает физико-механические свойства комбикорма. Продукты в гранулированном виде имеют большую по сравнению с рассыпным комбикормом объемную массу, лучшую сыпучесть, меньшую распыляемость, исключают самосортирование компонентов, не слеживаются при хранении и удобны при транспортировке /140/.

Полнорационные комбикорма вырабатывают главным образом для свиней и птицы. Они должны обладать приятным запахом, хорошим вкусом и благоприятно воздействовать на пищеварение и состояние здоровья животных/122/.

Комбикорма - концентраты предназначены для скармливания животным в дополнение к грубым и сочным кормам и восполнения недостатка питательных веществ в основной части рациона /67/.

Белково-витаминные добавки используют в качестве дополнителей к концентрированным или другим кормам для повышения эффективности основного рациона. Белково-витаминные добавки (БВД) представляют однородную смесь измельченных до необходимой крупности высокобелковых кормовых средств и микродобавок.

Рецепты БВД разрабатывают с учетом вида и возраста животных, потребности их в питательных веществах, а также содержания в основных кормах протеина, витаминов, аминокислот, минеральных веществ. Вводят БВД в зерновые смеси в количестве от 15 до 25 %.

Премиксы представляют однородную смесь измельченных до необходимой крупности микродобавок и наполнителя, используемых для обогащения комбикормов и БВД /59/. В качестве наполнителя используют пшеничные отруби, муку пшеничную тонкого помола, кормовые дрожжи, соевый шрот. Премиксы вводят в комбикорма в количестве 1 %.

Состав комбикормов для различных видов и групп животных определяется рецептами.

Для примера приведем состав комбикорма ( % ) для коров К 60-3 (таблица 1).

Таблица 1 - Рецепт комбикорма К 60-3

Компоненты Содержание, %

Мука травяная 7,0

Пшеница (зерно) 30,0

Ячмень 10,5

Отруби пшеничные 25,0

Шрот хлопковый 7,5

Жмых подсолнечный 12,0

Горох 16,0

Фосфат кормовой 1,0

Соль 1,0

Комбикорм предназначен для дойных коров с удоем от 25 до 40 кг в сутки. Комбикорм рекомендуется скармливать высокопродуктивным коровам.

Для мясного откорма свиней применяют комбикорма - концентраты и полнорационы. Приведем пример полнорационного комбикорма (таблица 2).

При откорме свиней этим комбикормом получен среднесуточный привес 723 г. Он рекомендуется для откорма свиней с живым весом от 75 до 110 кг.

Таблица 2 - Рецепт комбикорма ПК 55-4

Компоненты Содержание, %

Ячмень и кукуруза (1:1) 77,5

Отруби пшеничные 15,0

Дрожжи кормовые 1,3

Мясокостная мучка 1,0

Шрот подсолнечный 1,5

Горох 1,2

Травяная мука 1,0

Мел 1,0

Соль 0,5

Для производства комбикормов используют обширнейший ассортимент различных кормовых средств, минеральных продуктов, биологически активных веществ /122/.

К основному сырью комбикормовой промышленности относятся зерно, а также побочные продукты зерноперерабатывающих предприятий - отруби, мучка, лузга.

В зерне хлебных и крупяных культур много углеводов, но недостаточно протеина. Один из лучших компонентов комбикормов - кукуруза. Она содержит до 135 кормовых единиц в 100 кг зерна, обладает, хорошими вкусовыми качествами, ее охотно поедают животные и птица. Основной недостаток - низкое содержание протеина и ряда незаменимых аминокислот, в первую очередь лизина /67/.

Наибольшее применение кукуруза находит в свиноводстве /119, 141/. Ее норма ввода в зависимости от возраста и типа откорма свиней составляет 20-40 %. Завышенная норма ввода ухудшает качество сала свиней /129/. Не следует превышать нормы ввода кукурузы в рецептах для дойных коров, так как от этого животные быстро жиреют. Кукуруза в рецептах птицы в допустимых количествах способствует яйценоскости и росту молодняка /67/.

Пшеницу используют в комбикормах для всех видов животных и птиц. Содержание протеина в ней достаточно высокое (8-12 %), клетчатки сравнительно мало. Для производства применяют зерно с пониженными хлебопе-

карными свойствами, с примесью зерен других культур, но пригодное для кормовых целей /122/.

Обычно ввод пшеницы в комбикормах не превышает 25...30 %, в рационах для свиней ее содержание может быть больше (до 40...45 %). Предпочтительнее пшеницу использовать в комбикормах для птицы, поросят и телят /48/. Ввод в комбикорма больших доз пшеницы может вызывать вялость животных, так как в пшенице содержатся вещества (пептиды), угнетающе действующие на нормальную перистальтику кишечника.

Ячмень - биологически ценный и легкоусвояемый корм для всех видов животных, содержание протеина в нем 8... 14 %. В состав комбикормов для птицы ячмень (без пленки) вводят в количестве 25...50 %, в рационах свиней и крупного рогатого скота до 70 % от массы комбикорма /122/.

Кроме указанных злаковых культур, в состав комбикормов вводят зерно овса, ржи, сорго, просо, а также гречиху, чумизу и другие культуры /67/.

Зернобобовые кульутры, используемые для производства комбикормов, по химическому составу существенно отличаются от зерна злаковых. В зерне этих культур содержится в 2...3 раза больше сырого протеина и в 3...5 раз больше лизина. Протеин состоит из белка (глобулина), содержание амидов в зерне незначительно.

Безазотистые экстрактивные вещества в большей части состоят из крахмала. Клетчатка содержится в семенных оболочках, которые при измельчении зерен хорошо перевариваются животными. Лимитирующая аминокислота для большинства зернобобовых - метионин. Легкая растворимость белков зерна обусловливает высокое усвоение содержащихся в них аминокисло�