Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка биотехнологии кормового белка из растительного сырья

ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Разработка биотехнологии кормового белка из растительного сырья"

На правах рукописи

Дедков Виталий Николаевич

РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИИ КОРМОВОГО БЕЛКА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Специальность 03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Воронеж-2014

005557025

005557025

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный Университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Павловская Нинэль Ефимовна

Официальные оппоненты: Самофалова Лариса Александровна, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс, профессор кафедры «Химия и биотехнология»

Соколенко Галина Григорьевна, кандидат биологических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доцент кафедры биологии и защиты растений

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Сибирский

научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа

Защита состоится 22 октября 2014 года в 10 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.035.06 на базе ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, просп. Революции, 19, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) и на сайте http://www.vsuet.ru/.

Автореферат разослан «22 »СенТ*ор.З 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

У

"Шуваева Галина Павловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время в России наблюдается дефицит комбикормов с достаточным содержанием переваримого протеина, что приводит, как следствие, к недостатку продуктов животноводства для населения страны. В рецептах комбикормов, произведенных по традиционной технологии, доля зерновых компонентов составляет 60 - 80 % (Красильников О.Ю., 2011). При этом мировые запасы зерна сокращаются, а продолжающееся увеличение производства зерновых безнадежно отстает от роста потребления, связанного с интенсивным увеличением спроса. Наряду с этим, во всех странах имеются и постоянно накапливаются большие запасы малоиспользуемых или вообще неиспользуемых отходов различных отраслей сельского хозяйства: растениеводства, животноводства, зерноперерабатывающего и др. производств, которые, после соответствующей обработки, могут приобретать кормовые свойства в 1,5 - 3,0 раза превосходящие фуражное зерно хорошего качества (Перегудов С.С., 2005).

Обогащение микробным белком отходов сельскохозяйственного производства позволит также решить экологические проблемы, возникающие при реализации технологий переработки, а также расширит сырьевую базу для получения кормовых продуктов (Смирнова В.Д., 2012).

В то же время, в рамках комплексной переработки малоиспользуемого сырья при решении проблем дефицита кормового белка, безвредных для человека средств защиты растений и т.д. Актуальным является получение экологически чистых продуктов. В этом аспекте, для получения полноценного сбалансированного кормления сельскохозяйственных животных в настоящее время наиболее перспективно использование биотехнологических методов.

Переход от традиционных способов переработки растительного сырья к биотехнологическим, с использованием ферментов микроорганизмов, во многих случаях становится единственной возможностью для создания малоотходных технологий и экологически чистых производств (Тарабукин Д.В., 2009). В настоящее время для разрушения трудногидролизуемых полисахаридов в целлюлозосодержащем сырье чаще всего применяются химические методы. Данная технология является довольно дорогостоящей, не способствует улучшению питательных свойств сырья, а образующиеся в результате отходы загрязняют окружающую среду, в то время как переработка соломы зерновых с использованием микроорганизмов не только снижает содержание клетчатки, но и обогащает её протеином, витаминами, аминокислотами и пробиотическими компонентами.

Степень разработанности темы. Имеющиеся в открытой печати литературные данные подтверждают целесообразность переработки отходов сельскохозяйственного производства, в частности, соломы зерновых культур в ценные кормовые продукты с улучшенными питательными свойствами. Подобными исследованиями в разное время занимались многие ученые: Алимова Ф.К., Беловежец Л.А., Бойко И.И., Борисенков М.Ф., Вершинина В.Н., Громов С.И., Ездаков Н.В., Закордонец JI.A., Зафрен С.Я., Зелтиня М., Леснов П.А., Леснов А.П., Панфилов В.И., Перегудов С.С., Подгорская B.C., Саловарова В.П., Сушкова В.И., Тарабукин Д.В., Эрнст Л.К., Bailey M.J., Bisaría V.S., Doelle H.W., Kristensen J.B., Lijuan G., MosierN., Murray M.Y., Toride Y., Santos A.L.F. Однако в их работах мало внимания уделено та-

кому отходу сельскохозяйственного производства как солома зерновых культур, в частности, соломе яровой пшеницы и гречихи. Основными продуцентами кормового белка в промышленном производстве являются дрожжи (р.р.Candida, Saccharomyces, Toridopsis), бактерии (p.p. Methylococcus, Pseudomonas, Alcaligenes, Achromobaster, Corinecteriu), одноклеточные водоросли (Chlorella, Scenedesmus, Spirulina), микроскопические грибы (p.p. Pénicillium, Aspergillus, Fusarium). Сведений об использовании гриба Fusarium oxysporum, Trichoderma harzianum и комплексного препарата Байкал ЭМ-1 для комплексной переработки малоиспользуе-мого сырья, в частности, соломы зерновых культур при решении проблем дефицита кормового белка нами не найдено.

Цель работы - разработка технологии комплексной переработки соломы яровой пшеницы и гречихи с использованием грибов Trichoderma harzianum, Fusarium oxysporum и препарата Байкал ЭМ-1 для получения кормового продукта. В соответствии с указанной целью были поставлены следующие задачи:

1. Разработать режимы поэтапной предобработки соломы яровой пшеницы и гречихи для биоконверсии;

2. Составить технологические схемы комплексной переработки соломы зерновых в кормовой белок;

3. Подобрать режимы различных способов ферментации исследуемого целлюло-зосодержащего сырья;

4. Интенсифицировать процесс конверсии ферментативного гидролизата соломы биостимулятором роста микроорганизмов;

5. Изучить токсичность полученных кормовых продуктов;

6. Рассчитать предварительную экономическую эффективность предложенной технологии переработки соломы на полезные кормовые продукты.

Работа выполнялась в период с 2010 по 2013 г.г. в соответствии с Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы» (разработана в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 6 июля 2006 г. № 977-р) и отвечает пункту 8 «Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии» «Перечня критических технологий Российской Федерации» (утв. Указом Президента РФ от 7 июля 2011 г. N 899).

Научная новизна. Научно обоснованы и экспериментально подтверждены параметры предобработки измельченной соломы яровой пшеницы и гречихи, обеспечивающие разрушение лигнин-целлюлозного комплекса, что способствует последующему ферментативному гидролизу исследуемого сырья с использованием микроорганизмов.

Подобраны оптимальные режимы глубинной гетерофазной и твердофазной биоферментации исследуемого целлюлозосодержащего сырья.

Выявлена возможность применения грибов F. oxysporum, Т. harzianum и микробиологического препарата Байкал ЭМ-1 в биоконверсии соломы зерновых с целью получения белкового кормового продукта и установлена эффективность его использования для животноводства и птицеводства.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Научно обоснована эффективность использования фитопатогенного несовершенного гриба F. oxysporiim и микробиологического препарата Байкал ЭМ-1 в биоконверсии соломы зерновых с целью получения белкового кормового продукта.

Разработана комплексная безотходная технология биоконверсии соломы зерновых в кормовой белок с использованием микроорганизмов препарата Байкал ЭМ-1, препаратов продуцентов Т. harziamim, F. oxysporum.

Проведена промышленная апробация и внедрение биотехнологии обогащенных кормовых добавок на основе растительного сырья в условиях ЗАО «Березки»

Разработаны рекомендации по применению в бройлерном птицеводстве белковых продуктов с повышенной питательной ценностью, полученных на основе ферментолизатов соломы яровой мягкой пшеницы и гречихи.

Получено положительное решение на заявку «Способ микробиологической обработки целлюлозосодержащих материалов» (№2013147322(073556 от 23.10.2013 г)).

Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий для бакалавров направления подготовки -240700 «Биотехнология» в ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет».

Положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований по переработке растительного сырья в кормовые продукты методами глубинной и твердофазной ферментации с использованием грибов Trichoderma harzianum и Fusarium oxysporum, а также комплексного препарата «Байкал ЭМ-1»;

- технологические схемы биотехнологии обогащенных кормовых добавок на основе соломы зерновых

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов работы подтверждается корректным использованием теоретических и экспериментальных методов обоснования полученных результатов, выводов и рекомендаций. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на региональных, всероссийских и международных научно-практических конференциях и конгрессах, в том числе: всероссийской научно-практической конференции «Развитие инновационного потенциала агропромышленного производства» (Орел,

2010), VI Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2011), всероссийской научно-практической конференции «Охрана труда 2011. Актуальные проблемы и пути их решения» (Орел,

2011), международной научно-практической конференции «Инновации аграрной науки и производства» (Орел, 2011), региональной научно-практической конференции молодых ученых «Современный агропромышленный комплекс глазами молодых исследователей» (Орел, 2012), VII Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2013), на ежегодных отчетных научных конференциях ФГБОУ ВПО «ОрелГАУ» по итогам научно-исследовательской работы за 2010-2013 гг.

Работа участвовала во всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Мини-

стерства сельского хозяйства Российской Федерации (Краснодар, 2012), где заняла 3-е место во втором туре и 11-е в третьем.

Работа участвовала во Всероссийском конкурсе научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2014» в рамках XIV Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи (Москва, 2014), где была награждена дипломом НТТМ-2014.

Публикации. По основным результатам исследований опубликовано 12 работ, в том числе 5 статей, в изданиях, рекомендованных ВАК РФ; 1 учебном пособии (гриф УМО).

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и библиографического списка, содержащего 187 источников. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста и включает в себя 18 таблиц, 22 рисунка и 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность научного направления, отмечены практическая значимость и новизна исследований, представлены основные положения, выносимые на защиту.

ГЛАВА 1. Состояние вопроса по литературным источникам

В обзоре литературы обобщены литературные данные о способах переработки и утилизации малоценных растительных отходов сельскохозяйственного производства, а именно, соломы зерновых культур. Рассмотрена проблема кормового белка в мире, РФ и, в частности, Орловской области. Приведена характеристика соломы зерновых и обоснована перспективность использования её в качестве сырья для биотехнологической переработки. На основании анализа данных литературы и другой научной информации сформулирована цель и определены задачи для её достижения.

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования

Экспериментальные исследования выполнены в период с 2010 по 2013 гг. на базе ЦКП «Орловский региональный центр сельскохозяйственной биотехнологии», в Инновационном научно-исследовательском испытательном центре ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

В качестве объектов исследований были выбраны растительные целлюлозо-содержащие отходы сельскохозяйственного производства, в частности солома яровой мягкой пшеницы (ТгШсит аезНгпт) и гречихи {Fagopyrum евсиЫпЫт), пшеничные отруби, некондиционное зерно.

Для биоконверсии целлюлозосодержащего сырья и получения кормового белка в работе использовали грибы рода Т. кагггапит ВКМ Г-40990, К охуярогит / .щ р 'т, биопрепарат Байкал ЭМ-1 (ТУ 9291-001-507105-75-00).

Экспериментальное сырье высушивалось при температуре 80 °С до остаточной влажности 6-8% и измельчалось до размера частиц 1-2 мм на лабораторной зерновой мельнице ЛЗМ. Влажность сырья контролировали анализатором влажности БаПопш МА 150.

Анализ научной, патентной и технической информации, постановка целей и задач

Исследование химического состава и характеристик нативного целлюлозосодержащего сырья (соломы яровой мягкой пшеницы и гречихи посевной)

Исследование этапов предварительной подготовки сырья

Разработка режимов ферментации

X

Глубинная ферментация !--

Получение КЖ Trichoderma harzianum

Культивирование Fusarium oxysporum

j Культуральная жидкость! ! Trichoderma harzianum I

Твердофазная ферментация

Байкал ЭМ-1

Разработка приемов интенсификации процесса биоконверсии

Исследование биохимического состава и характеристик полученных продуктов

Разработка технологических схем производства кормовых продуктов путем ферментативного гидролиза целлюлозосодержащего сырья

Исследование токсичности полученных продуктов

Прогноз экономической эффективности предложенной технологии переработки

Рисунок 1 — Структурная схема исследований

При исследовании состава сырья и полученных продуктов использовали как общепринятые, регламентируемые ГОСТами, так и специальные методы и приборы, используемые при биотехнологическом контроле:

- содержание сырого протеина определяли титриметрическим методом по Кьельдалю (ГОСТ 13496.4-93) и колориметрическим методом по Лоури;

- определение сырой клетчатки проводили с помощью системы Fibertec 1020 и по методу Геннеберга и Штомана (ГОСТ Р 52839-2007);

- содержание лигнина по ГОСТ 11960-79;

- содержание сырого жира по ГОСТ 28178-89;

- редуцирующие вещества (РВ) по ГОСТ 12575-2001 и фотометрическим методом по методике (Вешняков и др., 2008);

- растворимые сухие вещества (PCB) по ГОСТ Р 51433-99;

- ферментативную активность целлюлазы по ГОСТ Р 53046-2008;

- сырую золу — методом сухого озоления (температура 400 — 450°С) по ГОСТ 26226-9?.

Посевной материал грибов получали, выращивая продуценты на агаризован-ной среде Чапека. Выделение и идентификацию культур микроорганизмов проводили с использованием стандартных методов (Градова Н.Б., 2004).

Ферментативный гидролиз соломы зерновых культур и последующее выращивание на полученных гидролизатах микроорганизмов проводили в лабораторных ферментерах марки Sartorius Biostat A plus и Infors Minifors объемом, соответственно, 3 л и 5 л.

Режимы твердофазной ферментации целлюлозосодержащего сырья (с целью использования его в качестве питательного субстрата для микроорганизмов) разрабатывались на предварительно подготовленной соломе яровой пшеницы и гречихи. Инокулятом для ферментации служила культуральная жидкость (КЖ) гриба T.harzianum, полученная при его выращивании на естественной питательной среде (основной компонент - отруби). КЖ, активность целлюлазы в которой составляла 24,0 ед/мл, предварительно стандартизировали, разбавляя ее таким образом, чтобы на 1 г субстрата приходилось 10 ед целлюлолитической активности. Мицелий гриба от жидкой фазы КЖ не отделяли. Ферментолиз проводили следующим методом: субстрат (после термообработки) с влажностью 10 % и рН 5,0 - 5,4 перемешивали при (120 — 150) об/мин, стерилизовали. Культивирование проводили в условиях аэрации в лабораторном реакторе Biostat A plus (V = 3 л) при температуре 50 °С , влажности субстрата 10 % , высоте слоя питательной среды 60 мм, рН 4,5.

Глубинную ферментацию проводили на среде Чапека с добавлением пшеничных отрубей и свекловичной мелассы. В качестве посевного материала использовалась чистая культура гриба F. oxysporum. Культивирование гриба осуществляли в лабораторном реакторе infors Minifors при влажности субстрата 80%, объеме среды 2 л, в условиях аэрация и перемешивания при 150 об/мин в течение 5 суток.

Биоконверсию соломы зерновых культур проводили методом твердофазной ферментации спорово-мицелиальной суспензией микромицета Т. harziamim в лабораторном реакторе Biostat A plus (влажность субстрата 60 %, высота слоя 60 мм, температура 30 °С, рН 4,5, аэрация). Продуцент выращивали до начала споруля-ции культуры. Для повышения содержания усвояемого белка в полученном продукте исследовали возможность обогащения ферментолизата соломы продуктами автолиза микромицета Т. harziamim. Для этого гетерогенную массу выдерживали в течение 23 ч при температуре 50 - 55 °С, используя в качестве мембранотропного индуктора автолиза этиловый спирт с массовой долей 70° в концентрации 1% от объема субстрата.

Приготовление маточной закваски биопрепарата Байкал ЭМ-1 проводили при рН 5,4 - 5,5 с внесением 0,5 % раствора лактозы для активации ферментирующих грибов и ингибирования молочнокислых бактерий, способных ассимилировать лактозу. Состав закваски: размол (0,3 части проросших зерен ячменя и 0,7 части пшеничных отрубей) и вода (80 - 100 °С) в соотношении 1:1; препарат «Байкал ЭМ-1» ( 0,08 г на 1 кг субстрата); раствор лактозы с массовой долей 0,5 % из расчета 100 г на 1 кг субстрата. Полученную закваску оставляли для созревания на 5 -6 часов, после чего использовали как инокулят при ферментации целлюлозосодержащего сырья. Условия ферментации: в камеру объемом 3 л помещали измельченную солому пшеницы, прошедшую термогидролиз при рН 3,0, температуре 112 °С, давлении 0,5 атм, и 25 минут. Увлажняли солому до массовой доли влаги 65 % и добавляли посевной материал. Ферментацию проводили в течение 3 суток в анаэробных условиях при температуре 24 - 26 °С при начальном рН 5,4 - 5,5. Спустя 36 ч для активации биосинтеза целлюлолитических ферментов в субстрат дискретно вносили раствор лактозы с массовой долей 0,5 % (из расчета 100 г на 1 кг сырья). Аналогичной обработке подвергали солому гречихи (термогидролиз при рН

8

3,0, температуре 112 °С, в течение 25 минут). По окончании процесса рН ферментационного субстрата доводили до рН 5,4 - 5,5.

Эффективность деструкции целлюлозного комплекса соломы пшеницы оценивали по накоплению редуцирующих веществ в ферментолизате.

Накопление микробной биомассы в культуральной жидкости определяли прямым подсчетом клеток в камере Горяева, фотометрическим методом, а также чашечным методом Коха. Анализ микробиологической чистоты культур определяли с помощью светового микроскопа Olympus СХ 21.

Общую токсичность полученных кормовых добавок определяли с помощью биологической пробы на белых мышах и тест-культуры инфузории Tetrahymena pyriformis на стандартной питательной среде по ГОСТ 13496.7-97.

Токсикологическая безопасность кормового продукта, полученного с использованием гриба F. oxysporiim, была исследована на лабораторных мышах CD-I. Для оценки токсичности было сформировано 2 группы (опытная и контрольная) по 10 мышей в каждой группе. 10 % основного рациона опытной группы заменили полученным экспериментальным продуктом. Эксперимент проводили в течение 14 дней. Питье не ограничивали.

Испытание полученных кормовых продуктов в бройлерном птицеводстве проводилось на цыплятах-бройлерах кросса «Конкурент-2». Технология выращивания цыплят-бройлеров (содержание, параметры микроклимата, режимы освещения и мощность освещения) была одинаковой для всех групп. В каждой клетке размещали по 10 голов цыплят-бройлеров.

В течение всего периода выращивания наблюдали за ростом и сохранностью цыплят подопытных групп. В возрасте 42 дней цыплят-бройлеров направляли на убой Цыплят-бройлеров взвешивали в суточном возрасте и при убое.

Статистическая обработка данных проводилась при помощи пакета статистических программ Microsoft Office Excell 2007.

ГЛАВА 3. Результаты исследований и их обсуждение

3.1. Изучение химического состава соломы зерновых культур как сырья для получения кормового белка

Солома зерновых культур - это целлюлозосодержаший материал, который обладает невысокой питательной ценностью и состоит, главным образом, из полисахаридов (таблица 1). Питательные вещества соломы заключены в прочный лигнин-целлюлозный комплекс, который плохо разрушается в желудочно-кишечном тракте животных. Клетчатка соломы состоит на 35 — 45 % из целлюлозы, на 14 — 20 % - из лигнина, на 20 - 30 % - из пентозанов и на 3 — 5 % - из кремниевых солей. Чем выше содержание в соломе клетчатки, тем ниже ее кормовое достоинство.

Таблица 1 — Химический состав соломы зерновых культур

показатели содержание, % а.с.в.

солома пшеницы солома гречихи

Целлюлоза 41.52±0,4 38,2±0,78

Гемицеллюлоза 23,23±0,13 20,89±0,17

Лигнин 21,37±0,81 20,51±1,01

Сырая клетчатка 34,02±0,84 44,95±1,28

Сырой протеин 4.52±0,09 2,95±0,08

Сырой жир 1,46±0,17 1,18±0,01

Сырая зола 4,14±0,04 2,19±0,12

Изучение органического состава соломы исследуемых сортов зерновых культур показало, что ее можно рассматривать как перспективное целлюлозосо-держащее сырьё, потенциально обладающее высокой пищевой ценностью. Разработка экологически безопасных биотехнологических процессов конверсии этого вида сырья способствует получению ряда ценных целевых продуктов направленного действия.

3.2. Исследование способов предподготовки исследуемого целлюлозосодержащего сырья

Известно, что гидролиз целлюлозы до глюкозы можно осуществить двумя способами: химическим и ферментативным, более перспективным из которых является последний.

Однако для увеличения эффективности процесса ферментолиза сырье необходимо предварительно обработать. Наиболее доступный и простой метод - термообработка под давлением. Было исследовано изменение структуры измельченной соломы зерновых культур, подверженных различным режимам термогидролиза (рис. 2, 3, 4).

Рисунок 2 -

Рисунок 3 - Структура соломы пшеницы после термообработки: температура

Рисунок 4 - Структура соломы пшеницы после термообработки: температура 121 °С, давление 2 атм, время 0,25 ч (*400)

Отмечено, что в структуре нативной соломы пшеницы (рис. 2), хорошо видны ориентированные в пространстве жёстко скрепленные волокна, отсутствуют продольные и поперечные разрывы.

Структура соломы после термообработки меняется. После обработки при температуре 100 °С и давлении 1,0 атм в течение 1,5 ч пространственная ориентация волокон нарушается, видны незначительные продольные разрывы, получены единичные волокна целлюлозы (рис. 3).

Анализ результатов структуры пшеничной соломы показал изменчивость волокнистой части соломы и после термообработки при температуре 121 °С, давлении 2 атм, в течение 0,25 часа. В этом случае пространственная ориентация волокон практически не изменяется, однако происходит разрушение лигнинового слоя, заметны незначительные продольные разрывы (рис. 4).

Таблица 2 - Химический состав соломы зерновых культур (яровой мягкой пшеницы и гречихи посевной) после предварительной обработки

Образец (режим обработки) Массовая доля лигнина. % Массовая доля клетчатки, %

Солома пшеницы нативная 21,37±0,81 34,02±0,84

Солома пшеницы (после термообработки при 1 = 100°С, р= 1,0 атм, т= 1,5 ч) 17,9±0,13 33,52±0,78

Солома пшеницы (после термообработки при 1 = 121°С, р = 2,0 атм, т=0,25 ч) 14,3±0,17 31,14±0,81

Солома гречихи нативная 20,51 ±1,01 44,95±1,28

Солома гречихи (после термообработки при 1 = 100°С, р= 1,0 атм, т= 1,5 ч) 20,11±0,14 44,54±0,84

Солома гречихи (после термообработки при 1 = 121°С, р = 2.0 атм, т=0,25 ч) 19,84±0,09 42,98±0,12

Таким образом, значительное уменьшение количества лигнина и клетчатки в соломе пшеницы и гречихи, снижающих пищевую ценность сырья, наблюдается после термогидролиза при температуре 121 °С, давлении 2,0 атм и экспозиции 0,25 ч. В растительном сырье наблюдается разрыв и нарушение пространственной ориентации волокон целлюлозы, что делает его более доступным для воздействия микроорганизмов и обосновывает применение последующего ферментативного гидролиза исследуемого сырья с их использованием .

В дальнейшей работе в качестве питательного субстрата для микроорганизмов с целью получения кормового белка использовали как нативпую солому яровой пшеницы и гречихи, так и их гидролизаты.

3.3. Подбор режимов твердофазной ферментации (ТФФ) целлюлозосо-держащего сырья

В настоящее время известны способы твердофазной ферментации вторичных отходов производств, осуществляемые эпифитной бактериальной и дрожжевой микробиогой, в частности представителями p.p. Pseudomonas, Mycobacterium, Chromobacteriam, Micrococcus, Bacillus, Rhodotorula, Debaryomeces, Candida, Cryptococcus, Sporobolomyces, Schizosaccharomyces и др.

В качестве посевного материала для твердофазной ферментации исследуемого целлюлозосодержащего сырья использовали спорово-мицелиальную суспензию микромицета Т. harzianum. Мицелиальные грибы лучше всего приспособлены к

ТФФ ввиду ряда их морфологических и физиологических свойств: относительно крупные размеры, апикальный рост, способность к неограниченному росту на едва увлажнённых субстратах при низкой активности воды, аэробность, богатый ферментный комплекс и, вследствие этого, способность расти на различных субстратах.

Основными управляемыми факторами, регулирующими рост и развитие продуцентов при твердофазной ферментации, являются температура, уровень кислотности и влагосодержание субстрата. Исходя из этого, были исследованы режимы ферментации с различными значениями вышеуказанных параметров. Эффективность режима определяли по накоплению редуцирующих Сахаров в ферменто-лизате а также по выходу белка.

Таким образом, установлена зависимость выхода редуцирующих веществ от температуры культивирования, рН среды и времени ферментации. Максимальный выход редуцирующих веществ наблюдался спустя 96 часов ферментации при температуре 30 °С и рН 4,5 (рис. 5, 6). Максимальное содержание белка в ферментоли-затах соломы пшеницы и гречихи отмечено спустя 96 ч ферментации (рис. 7). Полученные данные учитывались при дальнейшей работе с грибом Т. ИаЫапит.

24 48 72 96 120

Время ферментации, часов

Рисунок 5 - Зависимость выхода редуцирующих веществ от времени ферментации

и температуры среды

24 48 72 96 120

Время ферментации, часов Рисунок 6 - Зависимость выхода редуцирующих веществ от времени ферментации

и рН среды

■ Солома пшеницы * Солома гречихи

24 48 72

Время ферментации, часов

Рисунок 7 — Зависимость выхода белка от времени ферментации

3.4. Подбор режимов глубинной гетерофазной биоферментации целлюло-зосодержащего сырья

Обогащение микробным протеином методом глубинной гетерофазной ферментации проводят при использовании дрожжей Candida, Saccharomyces, Torulopsis и др. Широко известно, что грибы рода Fusarium являются источником белка пищевого и кормового назначения. Известен штамм гриба Fusarium sambucinum ВСБ-917 (ВКПМ F-169), используемый в качестве продуцента белка и физиологически активных веществ. Выбор продуцента белка Fusarium oxysporum f. sp. pisi для биоконверсии исследуемого целлюлозосодержащего отхода методом глубинной гетерофазной ферментации обусловлен подбором нового доступного эффективного штамма для получения кормового белка.

Зависимость роста биомассы гриба F. oxysporum от времени ферментации pH и температуры выращивания на экспериментальном субстрате представлена на рисунках 8 и 9.

□ pH 3,5 S pH 4,5 ■ pH 5,5 я pH 6,5 ü pH 7,5

Рисунок 8 - Динамика накопления биомассы гриба Г. оху.чрогит в зависимости от кислотности среды (прямой подсчет в камере Горяева)

■15 20 -25 30

•35

сутки

Рисунок 9 - Динамика накопления биомассы гриба Р. оху.чрогшп в зависимости от температуры выращивания (прямой подсчет в камере Горяева)

Таблица 3 - Содержание редуцирующих Сахаров, протеина и клетчатки в исследуемых образцах на пятые сутки ферментации с применением гриба К охуаротт

Показатели Содержание в образцах

Из соломы пшеницы Из соломы гречихи

В гидролн-зате В полученном кормовом продукте В гидроли-зате В полученном кормовом продукте

РВ, мг/мл 14,23±0,14 17,12±0,12 12,24±0,24 14,69±0,18

Сырой протеин, % а.с.в. 4,52±0,09 16,2±0,08 2,95±0,16 8,64±0,28

Сырая клетчатка, % а.с.в. 31,14±0.84 24,12±0,42 42,98±0,32 38,28±0,64

Таким образом, установлена зависимость накопления биомассы гриба F. oxysporum от температуры, рН среды и времени ферментации. Максимальное накопление биомассы гриба F. oxysporum наблюдалось на пятые сутки культивирования при рН 5,5 (рисунок 8) и температуре 25 °С (рисунок 9). Наибольшее содержание редуцирующих веществ и сырого протеина отмечено в полученных кормовых продуктах на основе соломы зерновых культур спустя 120 часов ферментации с использованием гриба F. oxysporum (таблица 3). Полученные данные учитывались в экспериментах по ферментативной переработке целлюлозосодержащих отходов грибом F. oxysporum.

3.5. Микробиологическая переработка соломы пшеницы и гречихи биопрепаратом Байкал ЭМ-1

Проведена оценка химического состава пшеничной и гречишной соломы после её обработки закваской биопрепарата Байкал ЭМ-1.

Препарат Байкал ЭМ-1 представляет собой устойчивую симбиотическую ассоциацию порядка 60 штаммов микроорганизмов (фотосинтезирующие бактерии, грибы p.p. Aspergillus и Penicillium, дрожжи, молочнокислые бактерии, актиноми-цеты). Микроорганизмы биопрепарата не являются спорообразующими, согласно СанПин 23.2.1078-01, препарат входит в перечень веществ, не оказывающих вредного воздействия на кормовые продукты. Изготовлен 04.2012 г.

Спустя 72 часа ферментации пропаренной соломы пшеницы разрушилось 47,86 % полисахаридов и 72,67 % лигнина. Содержание сырого протеина составило 5,93 %, что на 1,41 % больше, чем в нативном сырье. Содержание редуцирующих веществ с внесением раствора лактозы на 16,27 % больше, чем без внесения этого компонента.

В продукте на основе пропаренной соломы гречихи разрушилось 35,76 % полисахаридов и 61,04 % лигнина. Содержание сырого протеина составило 5,52 %, что на 2,58 % больше, чем в нативной соломе гречихи. Содержание редуцирующих веществ с внесением 0,5% раствора лактозы на 36,18% больше, чем без внесения этого компонента. Результаты обработки пропаренной нативной соломы пшеницы и гречихи биопрепаратом Байкал ЭМ-1 представлены в таблице 4.

Через 72 часа ферментации прогидролизованной соломы пшеницы разрушилось 56,14 % полисахаридов и 78,38 % лигнина. Содержание сырого протеина составило 8,55 %, что на 4,02 % больше, чем в нативной соломе пшеницы. Содержание редуцирующих веществ с внесением лактозы на 23,54 % больше, чем без внесения этого компонента.

Таблица 4 - Химический состав кормовых продуктов, полученных обработкой пропаренной соломы зерновых культур закваской биопрепарата Байкал ЭМ-1

Показатели Содержание в полученном продукте, % а.с.в.

Из пропаренной соломы пшеницы Из пропаренной соломы гречихи

без внесения раствора лактозы с внесением раствора лактозы без внесения раствора лактозы с внесением раствора лактозы

Целлюлоза и геми-целлюлоза 35,72±0,005 33,76±0,22 37,99±0,02 37,96±0,02

Лигнин 5,63±0.02 5,84±0,02 7,97±0,01 7,99±0,06

Сырой протеин 5,11 ±0.02 5,93±0,02 4,97±0,02 5,52±0,03

РВ 8,3±0,13 9,65±0,06 5,86±0,05 7,98±0.01

РН 6,4±0,03 6,47±0,06 6,28±0,03 6,45±0,04

В продукте на основе пропаренной соломы гречихи спустя 72 часа ферментации разрушилось 50,13 % полисахаридов и 71,62 % лигнина. Содержание сырого протеина составило 8,14%, что на 5,19% больше, чем в нативной соломе гречихи. Содержание редуцирующих веществ с внесением 0,5% раствора лактозы на 40,88% больше, чем без внесения этого компонента. Результаты микробиологической обработки прогидролизованной нативной соломы пшеницы и гречихи представлены в таблице 5.

Таблица 5 — Химический состав кормовых продуктов, полученных обработкой гид-ролизованной соломы зерновых культур закваской биопрепарата Байкал ЭМ-1

Показатели Содержание в полученном продукте, % а.с.в.

Из прогидролизованной соломы пшеницы Из прогидролизованной соломы гречихи

без внесения раствора лактозы с внесением раствора лактозы без внесения раствора лактозы с внесением раствора лактозы

Целлюлоза и гемицеллю-лоза 28,98±0,02 28,4±0,02 30,99±0,02 29,47±0,01

Лигнин 4,54±0,04 4,5&±0,15 5,75±0,05 5,82±0,02

Сырой протеин 7.34±0.03 8,55±0,05 7.21±0,02 8,14±0,02

РВ 11,64±0,03 14,38±0,02 10.03±0,05 14ДЗ±0,01

РН 6,45±0,12 6.53±0,004 6.26±0,02 6.3±0,03

Таким образом, обработка целлюлозосодержащего сырья (соломы пшеницы и гречихи) биопрепаратом Байкал ЭМ-1 снижает содержание полисахаридов в среднем на 50,13 - 56,14 %, лигнина на 71,62 - 78,38 %, увеличивает сырой протеин на 4,02 - 5,19 %. Биодеструкция целлюлозосодержащего сырья эффективна при использовании прогидролизованной соломы с внесением 0,5 % раствора лактозы. Содержание редуцирующих веществ в таких продуктах выше на 16,27 -40,88 %. При этом длительность ферментации предварительно обработанной соломы пшеницы по вышеприведенным способам уменьшается до 72 часов (3 суток).

Результаты исследования послужили основой для разработки технологической схемы получения кормового продукта с использованием биопрепарата Байкал ЭМ-1 (рисунок 10).

Рисунок 10 - Технологическая схема получения кормового продукта путем переработки целлюлозосодержащего сырья с использованием биопрепарата Байкал ЭМ-1

3.6. Биотехнологическая переработка соломы зерновых культур (пшеницы и гречихи) грибами рода Тпскойегта /югпапит на кормовой белок

Известно, что микромицет Т. Иатстит способен синтезировать богатый комплекс целлюлолитических ферментов (эндо-р-1,4-глюканазы (ЕС 3.2.1.4), экзо-целлобиогидролазы (ЕС 3.2.1.91), и Р-глюкозидазы (ЕС 3.2.1.21)), которые эффективно секретируются в культуральную среду и синергически осуществляют гидролиз высокомолекулярных труднорасщепляемых растительных полисахаридов. Грибы технологичны, нетребовательны к субстрату, устойчивы к экологическому стрессу

На основании вышесказанного была исследована возможность использования КЖ грибов рода Т. Иатапит в качестве препарата для ферментативного гидролиза соломы зерновых культур.

Эффективность деструкции полисахаридов оценивали по накоплению редуцирующих веществ в гидролизате. Результаты исследований показали, что концентрация РВ в течение 120 минут инкубирования была максимальной и составила 14,23 мг/мл.

Для повышения содержания усвояемого белка в полученном продукте исследовали возможность обогащения ферментолизата соломы зерновых культур про-

дуктами автолиза продуцентов белка грибов рода Т. Ьашапит. Автолиз проводили этиловым спиртом

Таблица 6 - Динамика изменения химического состава соломы зерновых культур в результате её ферментации суспензией грибов рода Т. Иагггапит

Показатели биоферментации Время биоферментации, час

24 | 48 | 72 | 96 | 120

Солома пшеницы

РВ, мг/мл нач. 14,23±0,14

РВ, мг/мл 15,20±0,09 | 15,96±0,04 | 16.12±0.08 | 18,47±0,11 | 18,49±0,09

сырой белок, % а.с.с. нач. 4,52±0.09

сырой белок после автолиза, % а.с.с. 5,02±0,12 7,14±0,05 9,36±0,07 14,04±0,09 12,40±0,08

сырая клетчатка, % а.с.с. нач. 34,02±0,84

сырая клетчатка после автолиза, % а.с.с. 30,92±0,12 26,12±0,13 21,06±0,09 18,84±0,08 18,94±0,02

Солома гречихи

РВ, мг/мл нач. 12,24±0.06

РВ, мг/мл 12,96±0,05 | 14,12±0,08 | 14,94±0,09 | 15,24±0,07 | 15,21±0,05

сырой белок, % а.с.с. нач. 2,95±0.08

сырой белок после автолиза, % а.с.с. 3,04±0,07 5,12±0,14 7,86±0,12 10,64±0,11 8,90±0,07

сырая клетчатка, % а.с.с. нач. 44,95±1,28

сырая клетчатка после автолиза, % а.с.с. 41,38^0,11 39,14±0,23 37,86±0,14 31,62±0,15 32,38±0,09

Через 96 часов ферментации отмечается максимальное количество редуцирующих веществ в гидролизате соломы зерновых культур и составляет 18,47 мг/мл. При этом содержание сырого протеина увеличилось в 2,7 раза, сырой клетчатки уменьшилось в 1,8 раз. Полученные в результате исследований данные показывают, что при твердофазном культивировании грибов рода Т. Ьатапит на ферменто-лизатах соломы пшеницы и при последующем автолизе этиловым спиртом содержание сырого протеина в кормовых продуктах повышалось до 14,04 %.

Таким образом, при использовании грибов Т. Иатапит для биоконверсии углеводного состава соломы зерновых культур получены белково-углеводные кормовые продукты для животноводства с содержанием сырого протеина до 14,04 %, сырой клетчатки до 18,84 % (таблица 6). На основе результатов исследований были разработаны биотехнологические схемы получения культуральной жидкости гриба Т. 1гаг:1стит на полусинтетической питательной среде (рисунок И) и получения кормового продукта методом твердофазной ферментации целлюлозосодер-жащего сырья с использованием культуральной жидкости гриба Т. ЪаЫапит (рисунок 12).

Рисунок 11 - Технологическая схема получения культуральной жидкости гриба Т. ЪаЫапит на полусинтетической питательной среде

Рисунок 12 - Технологическая схема получения кормового продукта методом твердофазной ферментации целлюлозосодержащего сырья с использованием культуральной жидкости гриба Т. harzianum

3.7. Использование гриба Fusarium oxysporum для глубинной гетерофаз-ной ферментации соломы яровой мягкой пшеницы

Несовершенный гриб F. oxysporum в процессе развития продуцирует целлю-лолитические ферменты (эндоглюканаза, целлобиогидролаза, ß-глюкозидаза, кси-ланаза и ß-ксилозидаза) и микопротеин. В связи с этим была исследована возможность использования его для биоконверсии соломы яровой мягкой пшеницы.

Глубинную гетерофазную ферментацию соломы проводили на лабораторном ферментере INFORS Minifors объемом 5 л в течение семи суток.

18

Накопление микробной биомассы в ферментолизате определяли чашечным методом Коха.

. 1000 £ 800 | п 600 | I 400 | Ü 200 1 0 ,

§ 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168

часы

Рисунок 13 - Динамика накопления биомассы гриба F. oxyspomm в ферментолизате

На рисунке 13 ясно различимы фазы роста гриба: адаптации (0 - 24 ч), логарифмической фазы (от 24 до 48 ч), фазы затухающего роста (48-72 ч ), стационарной (72-108 ч), фазы отмирания (108-168 ч), что представляет собой типичную кривую роста продуцентов.

По окончании культивирования жидкость отфильтровывали и исследовали состав полученного осадка, содержащего ферментированные солому и отруби, а также автолизат биомассы микромицета F. oxysporum. Следует отметить, что биомасса гриба Fusarium содержит низкомолекулярные олигопептидные соединения, щелочные олигопептиды, 18 аминокислот (в т.ч. незаменимые триптофан, лизин, метионин).

В полученном продукте определяли содержание редуцирующих веществ, сырого протеина и клетчатки (таблица 7).

Таблица 7 - Биохимические показатели нативной соломы яровой мягкой пшеницы

и кормового продукта

Показатели Нативная солома Кормовой продукт

РВ, мг/г 14,23±0,14 16,45±0,16

Сырой протеин, % а.с.в. 4.52±0.09 22.2±0.12

Сырая клетчатка, % а.с.в. 34,02±0,84 28,05±1,04

В результате глубинного культивирования гриба F. oxysporum на полусинтетической питательной среде количество редуцирующих веществ в готовом продукте увеличилось незначительно, что говорит о слабой степени ферментативного гидролиза клетчатки. Это подтверждается экспериментально - содержание целлюлозы снизилось с 34,02 до 28,05 %. Содержание белка в готовом продукте, обогащенном биомассой гриба F. Oxysporum, увеличилось в 4,9 раз по сравнению с нативной соломой пшеницы.

Известно, что различные виды грибов рода Fusarium в процессе жизнедеятельности способны синтезировать микотоксины: боверицин, монилиформины и фумонизины, являющиеся токсичными для млекопитающих (табл. 8). Есть данные, что количество микотоксинов зависит от условий культивирования и может быть существенно снижено при определённых условиях. Отмечается также, что термическая обработка также инактиварует эти метаболиты. В связи с этим полученный продукт высушивали в сухожаровом шкафу при температуре 180 °С в течение 20 минут, так как по литературным данным подобная термообработка снижает уровень содержания боверицина на 80 % от исходного. Деградацию боверицина, по

мнению G. Mecaa, A. Ritienib, Т. Zhouc также вызывают ферменты, продуцируемые штаммами дрожжей Saccharomyces cerevisiae L09, YE5, А34, и А17.

Таблица 8 - Основные микотоксины, продуцируемые грибами рода Fusarium

(Т.Ю. Гагкаева, 2012)

Вид гриба Трихотеценовые микотоксины Зеарале-пон (ЗЕН) Фумони-зины (ФУМ) Монили-формин (МОН)

Дезокси-ниваленол (ДОН) Т-2/НТ-2 токсины Нива-ленол (НИВ) Диацеток-сисцирпе-нол (ДАС)

F. graminearum +++ + +++

F. culmorum ++ + ++

F. sporoírichioides +++ + +

F. langsethiae +++ ++

F. poae +++ ++

F. cerealis 4+ +

F. avenaceum +++

F.tricinctum +++

F. equiseti + ++ +

F. verticillioides +++ +

F. proliferatum ++ ++

F. subglutinans + + ++

F. oxysporum + +

На основе полученных результатов эксперимента была разработана технологическая схемы получения кормового продукта методом глубинной гетерофазной ферментации целлюлозосодержащего сырья с использованием гриба Р. охуьрогит (рисунок 14).

Рисунок 14 - Технологическая схема получения кормового продукта с использованием гриба /ч oxysporum

3.8. Испытание на токсичность полученных кормовых продуктов

Полученные кормовые белковые продукты исследовали на токсичность. Как показали результаты эксперимента, у белых мышей опытной и контрольной групп на протяжении всего периода наблюдений (14 суток) не проявлялось внешних признаков интоксикации. Отклонений от нормы поведения в общем состоянии и снижение аппетита у животных также не регистрировалось. Мыши были подвижными и активными, хорошо поедали корм, сохраняли все рефлексы.

Обобщая полученные данные, можно сделать вывод, что замена белковым продуктом, полученным при обработке пшеничной соломы грибом Г. Оху^рогит, до 10% массы корма, способствует увеличению живой массы мышей на 10,4%. Кормовая добавка не вызывала выраженного токсикоза, на основании чего ее можно считать малотоксичной.

3.9. Испытание полученных кормовых продуктов в бройлерном птицеводстве

Полученный кормовой белковый продукт использовали в качестве добавки в корм для цыплят - бройлеров. В результате проведенных исследований было установлено, что замена в комбикорме 10% пшеницы на разработанные кормовые добавки: К.Д.] (солома пшеницы + Т. каг:1апит)\ К.Д.2 (солома пшеницы + Байкал ЭМ-1; К.Д.з (солома пшеницы + К охухротт) не снижала роста и сохранности цыплят (таблица 7).

Живая масса одной головы во всех группах в начале выращивания составляла (41,0 - 41,3) г.; в конце выращивания - имела незначительные различия. Наибольшая живая масса (в возрасте 42 дня) была у цыплят-бройлеров третьей опытной группы, получавшей кормовую добавку из соломы пшеницы, обработанной грибами К охузрогит. Этот показатель (2031,4 г) был выше по сравнению с живой массой цыплят в контрольной, 1-й и 2-й опытными группами на 1,38%, 1,97% и 3,7%, соответственно. Однако разница между группами по данному показателю недостоверна. Среднесуточный прирост за весь период выращивания варьировался в пределах 47,2 г у цыплят 2-й опытной группы; 47,4 г - 3-й опытной группы; 47,3 г -контрольной и 1-й опытной групп.

Таблица 7 - Показатели интенсивности роста и сохранности цыплят-бройлеров

Показатели Группы

Контрольная (комбикорм) 1 опытная (комбнкорм+ К.Д.,) 2 опытная (комбикорм+ К.Д.2) 3 опытная (комбикорм+ К.Д.з)

Количество голов в начале опыта 30 30 30 30

Количество голов в конце опыта 28 29 30 28

Живая масса одной головы в начале опыта, г 41,2±0,09 41,1±0,10 41,3±0,08 41,0±0,11

Живая масса одной головы в конце опыта (42 дня), г 2028,6±8,40 2027,4±7,20 2023,9±11,34 2031,4±7,90

Абсолютный прирост одной головы, г 1987,4±8,65 1986,3±7,11 1982,6±9,74 1990,4±7,87

Среднесуточный прирост, г 47,3±0,19 47,3±0,16 47,2±0,18 47,4±0,15

Сохранность, % 93 97 100 93

Скармливание корма с добавлением полученных кормовых добавок цыплятам-бройлерам в течение 42 дней положительно сказалось на их сохранности. Мак-

21

симальной она была во второй опытной группе (100%), где цыплятам давали кормовую добавку, полученную после обработки соломы пшеницы препаратом Байкал ЭМ-1. В первой опытной группе сохранность цыплят-бройлеров (97%.) была на 4% выше по сравнению с контрольной ( 93%.) и третьей (93%.) опытными группами.

Замена в комбикорме 10% пшеницы на полученные кормовые добавки при кормлении цыплят-бройлеров, начиная с 2-х недельного возраста, позволило снизить расход комбикорма на одну голову за весь период выращивания на 238 г (таблица 8). В связи с этим, расход комбикорма на 1 кг прироста цыплят-бройлеров в опытных группах был ниже по сравнению с контрольной группой на 5,3 % в 1-й и 2-й опытных группах и 5,8 % в 3-й опытной группе, соответственно.

Таблица 8 - Расход кормов на 1 кг прироста цыплят-бройлеров (без учета кормовой добавки)

Группы Расход комбикорма за весь период выращивания на 1 голову, г Расход комбикорма на голову в сутки, г Абсолютный прирост 1 головы за весь период выращивания. г Расход комбикорма на 1 кг прироста, кг

Контрольная 4340 103,3 1987,4±8,65 2,18

1-я опытная 4102 97,7 1986,3±7,11 2,07

2-я опытная 4102 97,7 1982,6±9,74 2,07

3-я опытная 4102 97,7 1990,4±7,87 2,06

Таким образом, замена в комбикорме для цыплят-бройлеров 10 % пшеницы на полученные нами кормовые добавки: К.Д., (солома пшен.+Т); К.Д.2 (солома пшен.+БЭМ-1); К.Д.3 (солома пшен.+Р) позволило:

- сохранить интенсивность роста цыплят-бройлеров в опытных группах на уровне контроля, а в третьей опытной группе при применении кормовой добавки (солома пшеницы + К. охуярогит), увеличить ее по сравнению с контролем на 1,5%;

- повысить сохранность цыплят-бройлеров на 7% при применении кормовой добавки (солома пшеницы + Байкал ЭМ-1) и на 4% при применении кормовой добавки (солома пшеницы + Т. каг21апит)\

- снизить расход комбикорма на 1 кг прироста цыплят-бройлеров в опытных группах по сравнению с контрольной группой на 5,3 - 5,8%.

Расчеты показали, что себестоимость 1 кг кормовой добавки К.Д.2 (солома пшеницы + Байкал ЭМ-1), полученной обработкой соломы яровой мягкой пшеницы препаратом Байкал ЭМ-1 составила 5 руб. 49 коп, что ниже стоимости фуражного зерна, применяемого в комбикорме для цыплят-бройлеров, на 4 руб. 01 коп.

Уровень рентабельности производства кормовой добавки К.Д.2 составил 73,04%. Экономический эффект от использования кормовой добавки К.Д.2 составил 1021,19 руб. на 1000 голов цыплят-бройлеров. Данный показатель рассчитан с учетом разницы в стоимости фуражного зерна и кормовой добавки (4,01 руб.), а также с учетом 100% сохранности поголовья при применении данной кормовой добавки (в ценах 2013 г.).

Таким образом, полученные в работе результаты исследований и расчет экономической эффективности производства доказывают целесообразность замены 10% фуражной пшеницы в комбикорме для цыплят-бройлеров кормовой добавкой К.Д.2 (солома пшеницы + Байкал ЭМ-1)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Обоснована возможность использования соломы зерновых культур в качестве сырья для получения кормового белка с применением микробиологического препарата Байкал ЭМ-1 и грибов Т. Harzianum, F. oxysporum. Оптимальными параметрами предобработки измельченной до 2 мм соломы яровой пшеницы и гречихи, обеспечивающими разрушение лигнин-целлюлозного комплекса и способствующими последующему ферментативному гидролизу исследуемого сырья с использованием микроорганизмов, являются температура 121 °С, давление 2,0 атм и время термогидролиза 0,25 часа.

2. Максимальный выход редуцирующих веществ, являющихся основным показателем эффективности процесса деструкции целлюлозного комплекса соломы пшеницы и гречихи, наблюдался при твердофазной ферментации споро-мицелиальной суспензией гриба Т. harzianum через 96 часов ферментации при температуре 30 °С и рН 4,5. При указанных условиях отмечено максимальное содержание белка в ферментолизатах. Разработка режимов глубинной гетерофазной биоферментации показала, что на десятые сутки культивирования накопление массы гриба F. oxysporum достигало максимального значения при рН 5,5 и температуре среды 25 °С, что позволило считать данные параметры оптимальными.

3. Установлено, что при использовании грибов рода Т. harzianum в биоконверсии соломы пшеницы и гречихи возможно получение белково-углеводных кормовых продуктов для животноводства с содержанием сырого протеина до 14,04 %, сырой клетчатки до 18,84 %; микромицет F oxysporum может быть использован для получения белковой кормовой добавки с содержанием сырого протеина до 22,2 % а.с.в. Биопрепарат Байкал ЭМ-1 снижает содержание полисахаридов в соломе в среднем на 52 %, лигнина на 75,53 %, увеличивает сырой протеин на 2,71 %.

4. Замена 10 % массы корма для мышей на кормовой белок, полученный при обработке пшеничной соломы микроорганизмами F. oxysporum, позволила достоверно увеличить живую массу мышей на 10,4 %. Кормовая добавка не вызывала выраженного токсикоза и не оказывала отрицательного влияния на гомеостаз организма мышей, на основании чего ее можно считать малотоксичной.

5. Разработаны технологические схемы комплексной переработки соломы зерновых культур в кормовой белок; рассчитана предварительная экономическая эффективность предложенной биотехнологии переработки соломы на полезные кормовые продукты. Проведена промышленная апробация в условиях ЗАО «Березки».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Дедков, В.Н. Биоконверсия соломы злаковых культур грибами рода Trichoderma в кормовые продукты для животноводства / В.Н. Дедков, И.А. Гнеушева, Н.Е. Павловская // Вестник ОрелГАУ. - 2012. - №4(37). - С. 102 - 105. - 0,25 п.л. (лично автором -0,08 пл.).

2. Дедков, В.Н. Применение препаратов растительного происхождения с целью повышения продуктивности цыплят-бройлеров / В.Н. Дедков, А.И. Дедкова, С.Н. Хими-чева [и др.] // Главный зоотехник. - 2013. -№ 10. - С. 27 - 31. - 0,31 пл. (лично автором -0,08 пл.).

3. Дедков, В.Н. Применение в бройлерном птицеводстве кормовых добавок на основе ферментолизатов соломы яровой пшеницы / В.Н. Дедков // Зоотехния. — 2014. — № 1.-С. 14 -16,- 0,19 п.л. (лично автором -0,19 пл.).

4. Дедков, В.Н. Использование гриба Fusarium oxysporum для глубинной гете-рофазной ферментации соломы яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum) / В.Н. Дедков, Н.Е. Павловская // Главный зоотехник. - 2014. - № 1. - С. 22 - 28. - 0,44 п.л. (лично автором - 0,22 п.л.).

5. Дедков, В.Н. Использование биопрепарата Байкал ЭМ-1 для биоконверсии соломы яровой мягкой пшеницы / В.Н. Дедков, И.А. Гнеушева, Н.Е. Павловская // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова -2013. - Т. 9, № 4. - С. 33 - 37. - 0,31 п.л. (лично автором - 0,10 п.л.).

Публикации в других изданиях и материалах конференций:

1. Гнеушева, И.А. Биотехнологические подходы для получения белково-углеводных кормовых добавок для животноводства / И.А. Гнеушева, И.В. Горькова, В.Н. Дедков // Развитие инновационного потенциала агропромышленного производства: Материалы Всероссийской научно-практической конференции 24 ноября 2010 года. - Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2010. -С. 45-48.-0,25 п.л. (лично автором -0,08 пл.).

2. Гнеушева, И.А. Разработка технологий, снижающих содержание загрязнителей в окружающей среде / И.А. Гнеушева, В.Н. Дедков, O.A. Бородина, Н.Е. Павловская // Охрана труда 2011. Актуальные проблемы и пути их решения: Материалы Всероссийской научно-практической конференции 28-29 апреля 2011 г. Сборник статей. -Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2011. - С. 308 - 312. - 0,31 пл. (лично автором - 0,08 пл.).

3. Дедков, В.Н. Микробиологическая переработка соломы яровой пшеницы препаратом «Байкал ЭМ-1» / В.Н. Дедков // Современный агропромышленный комплекс глазами молодых исследователей: Материалы региональной научно-практической конференции молодых ученых. Сборник статей. - Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2012. - С. 48-51,- 0,25 п.л. (лично автором - 0,25).

4. Дедкова, А.И. Биоэнергетические ресурсы: Учебное пособие. / А.И. Дедкова, H.H. Сергеева, В.Н. Дедков. - Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2011. - 168 с. - 10,5 п.л. (лично автором - 3,5 п.л.)

5. Павловская, Н.Е. Получение БАВ из соломы биотехнологическим методом / Н.Е. Павловская, И.В. Горькова, И.А. Гнеушева, В.Н. Дедков // Инновации аграрной науки и производства: Материалы Международной научно-практической конференции 14-15 декабря 2011 года. Сборник статей. - Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2011. -С. 124 - 127. - 0,25 пл. (лично автором - 0,06 пл.).

6. Павловская, Н.Е. Применение биотехнологии в рецикле отходов сельскохозяйственного производства для получения рутина и кормовых добавок / Н.Е. Павловская, В.Н. Дедков, И.А. Гнеушева [и др.] // Биотехнология и качество жизни: Материалы Международной научно-практической конференции 18-20 марта 2014 года. - М. : ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2014. - С. 449. - 0,06 пл. (лично автором - 0,01 пл.).

7. Парахин, Н.В. Биологическая ценность продуктов биоконверсии соломы злаковых / Н.В. Парахин, Н.Е. Павловская, И.А. Гнеушева, В.Н. Дедков, И.Ю. Солохина, И.В. Яковлева // Биотехнология: состояние и перспективы развития: Материалы VI Московского международного конгресса 21-25 марта 2011 года.-г. Москва, 2011.-С. 50-51.-0,13 п.л. (лично автором -0,02 пл.).

Подписано в печать 10.07.2014 г. Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме, Усл. леч. л 1.0. Заказ 80. Тираж 100 экз. Отпечатано в издательстве Орел ГАУ, 2014, Орел, бульвар Победы, 19