Кормовая добавка для крупного рогатого скота в виде инкапсулированных жиров и способ ее производства

Изобретение относится к кормовой промышленности. Способ получения кормовой добавки для крупного рогатого скота в виде инкапсулированных жиров, включающий формирование эмульсии альгината и активного вещества, инкапсуляцию путем контактирования капель эмульсии с водным раствором ионов двухвалентных металлов. При этом для формирования эмульсии в качестве активного вещества используют лецитин соевый фракционированный, в качестве инкапсулирующей смеси используют натриевые и/или калиевые соли альгиновой кислоты в любом соотношении, причем лецитин соевый нагретый до температуры 70-75ºС смешивают с инкапсулирующей смесью в соотношении 6-8:4-2 соответственно, перемешивают до однородной массы с помощью магнитной мешалки в течение 10-20 минут и подают через фильеры в 5-20 масс.% раствор солей Са2+, регулируя объём падающей капли инкапсулируемой смеси для получения микрокапсул диаметром не более 5 мм, полученные микрокапсулы промывают дистиллированной водой, декантируют и сушат в течение 3-5 часов при температуре 85-95ºС, периодически перемешивая 3 раза в час. Кормовая добавка для крупного рогатого скота в виде инкапсулированных жиров, полученная вышеописанным способом и представляющая микрокапсулы диаметром не более 5 мм, в которых в качестве оболочки выступает альгинат, а именно натриевые и/или калиевые соли альгиновой кислоты в любом соотношении, и в качестве ядра - лецитин соевый фракционированный. Изобретение позволяет получить кормовой продукт, который восполнит энергетический баланс в организме животных, а также повысит жирность удоев молока при использовании в период отёла и лактации коров за счет выделения порядка 97% фосфолипидов инкапсулируемой смеси только в среде тонкого кишечника, что обеспечивает сниженное негативное влияние на пищеварение КРС, а также высокую усваиваемость и биодоступность. 2 н.п. ф-лы.

 

Группа изобретений относится к отрасли сельского хозяйства, в частности к кормовым высокоэнергетическим жировым добавкам для жвачных животных и способу их производства, и предназначена для восполнения энергетического баланса в организме животных, а также повышения жирности и удоев молока при использовании в период отёла и лактации коров.

Повышение удоев, увеличение содержания жира в молоке, улучшение качества других продуктов животноводства были и остаются актуальными задачами кормления крупного рогатого скота (далее КРС). Известно, что жиры являются необходимым компонентом для полноценного поддержания энергетического состояния коровы, энергетическая ценность жиров в 2.25 раза больше углеводов и белков. Рекомендуемое содержание жира в рационе жвачных животных составляет 4% от общей массы корма, а его увеличение ведет к нарушению обменных процессов в преджелудках КРС.

Свободные высшие жирные кислоты (далее ВЖК) и жирные кислоты, входящие в состав ди- и триглицеридов, влияют на микробный обмен: увеличение концентрации ВЖК подавляет рост рубцовой микрофлоры, а снижение, наоборот, способствует развитию микроорганизмов.

В рубце животных содержатся Isotricha intestinalis, Isotricha prostoma и др., которые имеют специальные органеллы – гидрогеносомы, в которых происходит синтез АТФ с выделением молекулярного водорода (Agarwal N., Kamra D. N., Chaudhary L. C. Rumen Microbial Ecosystem of Domesticated Ruminants // Rumen Microbiology: From Evolution to Revolution / 2015. Р. 17–30.; Tzirita M., Papanikolaou S., Chatzifragkou A., Quilty B. Waste fat biodegradation and biomodification by Yarrowia lipolytica and a bacterial consortium composed of Bacillus spp. and Pseudomonas putida // Engineering in Life Sciences / 2018. P. 1-29.).

Эти бактерии содержат в себе гидрогеносомы (Choudhury P. K., Salem A. Z. M., Jena R., Kumar S., Singh R., Puniya A. K. Rumen Microbiology: An Overview // Rumen Microbiology: From Evolution to Revolution / 2015. P. 3–16.). Выделяющийся водород реагирует с ненасыщенными жирными кислотами пищи – идет процесс биогидрогенизации, в результате которого возможно образование транс-изомеров жирных кислот. Самым распространенным из них является транс-изомер олеиновой кислоты С_18:1 – вакценовая кислота (Ferlay A., Bernard L., Meynadier A., Malpuech-Brugère C. Production of trans and conjugated fatty acids in dairy ruminants and their putative effects on human health: A review // Biochimie / 2017. V. 141. P. 107–120.; Schmidely P., Ghazal S., Berthelot V. Effect of rumen-protected conjugated linoleic acid on ruminal biohydrogenation and transfer of fatty acids to milk in dairy goats // Livestock Science / 2017. V. 199. P. 7–13.). Часть ненасыщенных жирных кислот не подвергается биогидрогенизации, а накапливается в рубце, где интенсивно окисляется с образованием ацетоуксусной, в-оксимасляной кислот и ацетона (Amachawadi R. G., Nagaraja T. G. Liver abscesses in cattle: A review of incidence in Holsteins and of bacteriology and vaccine approaches to control in feedlot cattle12 // Journal of Animal Science / 2016. V. 94(4). P. 1620–1632.).

Под термином «защищенные жиры» понимают смесь С₁₂-С₁₈ ВЖК. Особенность «защищенных жиров» заключается в том, что они проходят через рубец, сетку, книжку неизменными, а в сильнокислой среде сычуга начинается их распад. В тонком кишечнике при взаимодействии солей желчных кислот формируются мицеллы, которые транспортируются к стенкам кишечника и всасываются в них диффузно, уже в кишечной стенке происходит ресинтез триглицеридов из свободных жирных кислот и глицерол-3-фосфата, который образуется в печени из глюкозы. Затем они капсулируются в низкоплотные липопротеины, транспортируются в лимфатическую систему и по кровеносным сосудам доставляются в органы и ткани (Toral P. G., Monahan F. J., Hervás G., Frutos P., Moloney A. P. Review: Modulating ruminal lipid metabolism to improve the fatty acid composition of meat and milk // Challenges and opportunities. Animal / 2018. P. 1–10.).

Кормовые добавки, содержащие «защищенные жиры» различаются по типу обработки: гидрогенизированные, фракционированные, омыленные (кальциевые соли ВЖК). От типа обработки зависит жирнокислотный состав кормовых добавок. Так, например, у гидрогенизированных жиров в составе преобладает стеариновая и пальмитиновая жирные кислоты, у фракционированных пальмитиновая, а у кальциевых солей высокий процент содержания олеиновой и линолевой жирных кислот.

На сегодняшний день эффективность кормовых добавок «защищенных жиров» была подтверждена различными исследованиями, в которых наблюдалось увеличение удоев, в среднем на 3 л/сут, а также жирности молока на 0,5-1% (Морозова Л. А., Субботина Н. А., Миколайчик И. Н. Использование кормовой добавки «Мегалак» в рационах высокопродуктивных коров // Зоотехния: теоретический и научно-практический журнал по всем отраслям животноводства / 2013. T. 10. С. 5-6; Есаулова Л.А., Елизарова Т.И. Эффективность использования защищённых кормовых жиров в рационах дойных коров в хозяйствах Воронежской области // материалы международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства, проводимой на базе ФГБОУ ВО «Воронежский Государственный Аграрный Университет имени императора Петра I» / Воронеж. 2016. С. 103-106.).

Известны способы изготовления жировой добавки для снижения депрессии рубцового пищеварения и повышения энергоемкости корма. «Защищенный» жир можно получить путем омыления свободных жирных кислот щелочными металлами, главным образом кальцием и магнием; смешиванием жиров с серосодержащими аминокислотами; обработкой альдегидами; заключением жиров в белковую оболочку (Grant, R.J., V.F. Colenbrander, and D.R. Mertens. Milk fat depression in dairy cows: Role of silage particle size. J. Dairy Sci. 1990. 73:1834-1842); обработкой липидов формальдегидом; смешиванием с витаминами группы B, с микроэлементами (Clapperton J.L. Protected fats in ruminant feeding - an update // Feed Compounder. 1986. №8. P. 27-28).

Однако липиды, прошедшие обработку формальдегидом, не применяются в кормлении животных, поскольку есть риск образования канцерогенов.

Известна кормовая добавка для коров (Патент № 2496327 от 27.10.2013), содержащая измельченные зерна кукурузы - 35%, шрот соевый (с массовой долей протеина 46% и выше) - 40% и сухой растительный жир - 25%. В качестве сухого растительного жира использован «защищенный» жир в сухой форме «BergaLac». Данная кормовая добавка направлена на повышение энергетической обеспеченности высокоудойных коров в период раздоя. Используется как источник энергии и легкоусваиваемых углеводов в кормлении сельскохозяйственных животных.

Недостатками данного технического решения является то, что добавка представляет собой высокоэнергетическую смесь, более применимую для концентратного типа кормления крупного рогатого скота на откорме (Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. Справочное пособие. 3-е издание переработанное и дополненное. / Под ред. А.П. Калашникова, В.И. Фисинина, В.В. Щеглова, Н.И. Клейменова. - Москва. 2003. С. 456.), но не пригодную для дачи коровам молочного направления, к тому же после отела. Высокая энергетическая насыщенность добавки может вызывать усиление молочнокислого брожения, закисление среды рубцового химуса. Это способствует изменению соотношения ацетата, пропионата, приводит к развитию ацидотических явлений в организме и снижению содержания жира в молоке.

Известна кормовая добавка (Патент № 2627575 от 16.08.2017), содержащая в %: ячменя дробленого - 86, фуза-отстоя – 8, стеариновой жирной кислоты - 2 и минеральной добавки – 4, путем гранулирования в рабочем режиме при давлении 10 мПа и температуре 100-120 выше температуры плавления стеариновой кислоты - 70 и кавитационную обработку фуза-отстоя подсолнечного масла частотой 22 кГц±10% с экспозицией 10 мин. Дозировка при откорме молодняка крупного рогатого скота составила 3,5-3,7% от сухого вещества.

Известна кормовая добавка «Энерфло» для молочного скотоводства, которую получают из фракционированного пальмового масла путем гидрогенизации (насыщения водородом). Его точка плавления выше температуры тела жвачных, поэтому он нерастворим в рубце и не оказывает негативного воздействия на его функционирование (Морозова.Л. «Защищенный» жир «Энерфло» в рационах высокопродуктивных коров. // Молочное и мясное скотоводство. – 2011. №2. С. 14-17.).

Известна кормовая добавка «Мегалак», содержащая жирные кислоты и кальций, в следующих количествах: жир - 84 %, кальций - 9 %. Кальций защищает жирные кислоты от разрушения в рубце, поэтому они проходят в целости и сохранности в сычуг с кислой средой (рН 2,5), и затем после гидролиза - в тонкий кишечник для усвоения. Сочетание защищенности в рубце, высокая усвояемость в тонком кишечнике и высокая эффективность использования энергии объясняет превосходный показатель чистой энергии лактации в «Мегалаке» (Саткеева А.Б., Шастунов С.В. Влияние «Мегалак» на молочную продуктивность коров // Животноводство и молочное дело». 2018. С. 156-159.).

Известна кормовая добавка «Профат». Представляет собой комбинацию жирных кислот пальмового масла и кальция в количестве 84.0 % и 9.0 % соответственно. (Крупин Е.О. Влияние корректоров энергетического обмена в комплексе с витаминно-минеральными премиксами на показатели воспроизводства и состояние молочной железы у высокопродуктивных коров // Животноводство и молочное дело. 2010. С. 140-143.).

Существует ряд недостатков у вышеперечисленных аналогов, связанных с биодоступностью и технологией процесса получения защищенных жиров:

1) гидрогенизированные жиры понижают усваиваемость, образуют транс-изомеры свободных жирных кислот, их производство связано с высокими температурами (180-220ºС) и достаточно токсичными катализаторами (Voigt J., Kuhla S., Gaafar K., Derno M., Hagemeister H. Digestibility of rumen protected fat in cattle // Slovak J. Anim. Sci. / 2006. V.39. 16–19.; Гамаюрова В.С. Мифы и реальность пищевой промышленности // Вестник Казанского технологического университета / 2010. T. 8. C. 116-120.).

1) при получении фракционированных жиров используется многостадийная технология, а также импортное сырье, преимущественно пальмовое масло (Кузнецова Л.Н., Папченко В.Ю., Демидов И.Н. Получение низкоплавкой фракции пальмового масла // Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ": сб. науч. тр. Темат. вып.: Новые решения в современных технологиях / Харьков: НТУ "ХПИ". 2013. T. 11 (985). С. 121-124.; Kellenc M., Gibon V., Hendrix M., Greyt W.D. Palm oil fractionation // Eur. J. Lipid Sci. Technol / 2007. V. 109. P. 336–349.).

2) в омыленных жирах присутствует резкий щелочной запах, к тому же кальциевые соли ВЖК являются нерастворимыми, что существенно снижает их абсорбцию в клетки кишечника жвачных животных (Левахин Г.И., Мирошников И.С., Рязанов В.А. Защищенные жиры в кормлении жвачных (обзор) // Вестн. мясного скотоводства / Всерос. науч.-исслед. ин-т мясного скотоводства. Оренбург. 2012. T. 4(78). С. 94-97.).

На сегодняшний день «защищенные» жиры производят из фракций пальмового масла и гидрированных жирных кислот импортные компании из Малайзии, Германии, Китая и т.д. Производство «защищенного» жира в России возможно только путем гидрирования ненасыщенных ВЖК, но образование большого количества транс-изомеров ВЖК является существенным минусом этой технологии. Импортные «защищенные» жиры также обладают рядом недостатков, такими как низкая усваиваемость и биодоступность. В связи с вышеперечисленными факторами можно сделать вывод о необходимости разработки новых «защищенных» жиров на основе ненасыщенных жирных кислот, которые будут обладать высокой усваиваемостью и биодоступностью, а также обладающих сниженным негативным влиянием на пищеварение КРС при дополнительном включении в рацион жиров и соответственно разработки технологии их производства на территории РФ.

Известен способ, описанный в источнике WO9924159 (A1) от 1999-05-20, который включает формирование эмульсии или дисперсии альгината и активного вещества, инкапсуляцию путем контактирования капель эмульсии или дисперсии с водным раствором ионов двух-или трехвалентных металлов.

Недостатком является то, что способ не может быть использован для получения кормовых добавок для применения в сельском хозяйстве, а именно для КРС, так как изобретение находит особое применение в стоматологических ароматизаторах-капсулах для использования в зубных пастах.

Задачей изобретения является разработка и расширение ассортимента защищенных жиров в качестве кормовых добавок для КРС, а также способа их получения.

Техническим результатом поставленной задачи является:

- предложенная кормовая добавка в виде инкапсулированных жиров для крупного рогатого скота, представляющая собой микрокапсулы диаметром не более 5 мм, в которых в качестве ядра выступает лецитин соевый фракционированный и в качестве оболочки - альгинат в соотношении 6-8 : 4-2 соответственно;

- способ получения кормовой добавки в виде инкапсулированных жиров, в которых в качестве оболочки выступает альгинат и в качестве ядра - лецитин соевый фракционированный, обладающий большой энергетической ценностью, так как фосфолипиды в своём составе содержат жирные кислоты, холин и остаток фосфорной кислоты;

- восполнение энергетического баланса в организме животных, а также повышение жирности и удоев молока при использовании в период отёла и лактации коров за счет выделения порядка 97% фосфолипидов инкапсулируемой смеси только в среде тонкого кишечника, что обеспечивает сниженное негативное влияние на пищеварение КРС, а также высокую усваиваемость и биодоступность.

Из уровня техники известно использование соевого летицина в качестве эмульгатора, как натуральной пищевой добавки Е322 которая входит в категорию антиоксидантов и защищает продукты питания от процессов окисления и изменения цвета. Кроме того, его используют в косметике и фармацевтике, и даже в производстве непищевых продуктов благодаря наличию антиокислительных, стабилизирующих и эмульгирующих свойств.

(Источник: https://pravo.guru/zzp/kachestvo-tovarov/pishhevye-dobavki/antiokisliteli/e322-lecitin.html Право.гуру © Ваш персональный юрист).

Однако из уровня техники неизвестно использование лецитина соевого фракционированного инкапсулированного в оболочку из альгината для применения в качестве кормовой добавки для КРС, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию новизна и изобретательский уровень.

Задача по разработке кормовой добавки для КРС в виде инкапсулированных жиров и способ ее производства для повышения энергетического баланса организма крупного рогатого скота в период отёла и лактации на основе комплекса полиненасыщенных жирных кислот и инкапсулирующей смеси, решается предложенным способом, включающим формирование эмульсии или дисперсии альгината и активного вещества, инкапсуляцию путем контактирования капель эмульсии или дисперсии с водным раствором ионов двух-или трехвалентных металлов., в который внесены следующие новые признаки:

- в качестве активного вещества используют лецитин соевый фракционированный;

- в качестве инкапсулирующей смеси используют натриевые и/или калиевые соли альгиновой кислоты в любом соотношении;

- к лецитину соевому нагретому до температуры 70-75ºС приливают инкапсулирующую смесь в соотношении 6-8 : 4-2 соответственно, перемешивают до однородной массы с помощью магнитной мешалки в течение 10-20 минут;

- смесь лецитин соевый фракционированный с солями альгиновой кислоты переносят в емкость с фильерами;

- для сферификации и инкапсуляции смесь подают через фильеры в 5-20 масс.% раствор солей Са²⁺. Регулируют объём падающей капли инкапсулируемой смеси для получения микрокапсул диаметром не более 5 мм, что важно для сохранения их целыми по пути через ЖКТ до кишечника;

- полученные микрокапсулы промывают дистиллированной водой, декантируют и отправляют на сушку;

- сушку производят в течение 3-5 часов при температуре 85-95ºС, с периодическим перемешиванием 3 раза в час.

Для исследования поведения предложенной кормовой добавки в ЖКТ крупного рогатого скота проводили следующие испытания:

1. Исследование стабильности проводили на модельных средах стандарт-титров с заданными значениями водородного показателя: 1,65; 3,56; 4,01; 6,86; 9,18; 12,43. Совместно оценивали термолабильность, согласно физиологическим показателям температуры тела крупного рогатого скота, в диапазоне 36 – 42ºС. Временной диапазон исследований составил 0 – 72 часа, что соответствует максимальному времени переваривания пищи у КРС.

Подготовка образцов: 0,5 г. инкапсулированной кормовой добавки помещали в лабораторную пробирку, приливали 10 мл необходимого раствора стандарт-титра рН-среды, закрывали и термостатировали. В определённые временные интервалы оценивали внешний вид капсул.

При наблюдении видимых изменений образцов проводили исследование высвобождения фосфолипидов.

В ходе эксперимента установлено, что изменение температуры в пределах физиологических показателей КРС незначительно влияет на видимые изменения инкапсулированной кормовой добавки. Ключевым показателем влияния является водородный показатель среды. Видимые изменения образцов наблюдаются в щелочной среде (рН>7).

1. Определение начального времени высвобождения инкапсулируемой смеси: подготовку образцов инкапсулированных жиров осуществляли аналогично пункту 1. Термостатировали при 39ºС, диапазон показателя рН среды 7,0-9,0 с интервалом 0,2.

Использовали реакцию качественного определения фосфолипидов – образование белого хлопьевидного осадка с насыщенным раствором хлорида кадмия. В ходе данного исследования установлено, что высвобождение инкапсулируемой смеси происходит при щелочном водородном показателе, начиная с 7,2 единиц. Повышение рН-среды вызывает ускорение процесса высвобождения «защищённых жиров» и временем начального высвобождения является время начального контакта образца кормовой добавки защищённых жиров с раствором модельной среды.

2. Определение времени полного высвобождения инкапсулируемой смеси: использовали гравиметрический метод определения фосфоросодежащих веществ.

Подготовка образцов: 0,5 г. инкапсулированной кормовой добавки помещали в лабораторную пробирку, приливали 10 мл необходимого раствора стандарт-титра рН-среды, закрывали и термостатировали при 39 ºС в течение 0 – 72 часов. Водородный показатель среды 7,4; 7,6; 7,8.

На разных временных интервалах термостатирования содержимое пробирок переносили в колбу для определения азота, приливали 15 мл концентрированной серной и 5 мл концентрированной азотной кислот. Смесь нагревали до обесцвечивания. Колбу охлаждали до комнатной температуры, содержимое переносили в стакан и нейтрализовали концентрированным раствором аммиака. Приливали 0,5 мл 0,1М соляной кислоты и 7 мл насыщенного раствора хлорида аммония. Затем нагревали раствор до 60-65 ºС. К нагретому раствору прибавляли смесь растворов сульфата магния, гидроксида аммония, хлорида аммония. Раствор перемешивали и приливали 50 мл 3% раствора аммиака. Через 60 минут приливали 20 мл концентрированного раствора аммиака. Содержимое стакана оставляли на 10 часов, по истечении времени осадок отфильтровывали. Полученный осадок сжигали и взвешивали. Эксперимент проводили в трёх повторностях для каждого образца. Эквивалентное содержание фосфора Х (%) рассчитывали по формуле:

Х=m×0,2783×100, %

где m – масса полученной золы, г;

0,2783 – коэффициент пересчёта.

Установлено, что в слабощелочной среде в диапазоне рН 7,4-7,8 время полного высвобождения фосфолипидов составляет 12 часов.

3. Моделировали среды отделов ЖКТ крупного рогатого скота:

- сетчатый желудок (рубец и сетка): рН=5,5-7,0; Т=39-40ºС;

- книжка: рН=6,0-7,0; Т=39-40ºС;

- сычуг: рН=1,0-3,0; Т=39-40ºС;

- тонкий кишечник: рН=7,2-7,6; Т=39-40ºС.

Навеску кормовой добавки инкапсулированных жиров 0,5 г помещали в химический стакан, приливали 15 мл модельного раствора рН-среды, термостатировали в указанном температурном диапазоне. Первоначально определяли наличие видимых изменений с образцом и наличие факта высвобождения фосфолипидов по пунктам 1 и 2.

При подтверждении выделения фосфолипидов определяли время и количественное высвобождение фосфолипидов по пункту 3.

Выделение фосфолипидов инкапсулируемой смеси произошло только в модельной среде тонкого кишечника через 1 час термостатирования. Доля высвободившихся фосфолипидов составила 97,3+0,8%.

Таким образом достигнут заявленный технический результат:

- кормовая добавка для крупного рогатого скота в виде микрокапсул диаметром не более 5 мм, в которых в качестве оболочки выступает альгинат и в качестве ядра - лецитин соевый фракционированный, позволяющая восполнять энергетический баланс в организме животных, а также повышать жирность и удои молока при использовании в период отёла и лактации коров за счет выделения порядка 97% фосфолипидов инкапсулируемой смеси только в среде тонкого кишечника, что обеспечивает высокую усваиваемость и биодоступность, а также сниженное негативное влияние на пищеварение КРС.

- разработан способ получения указанной кормовой добавки в виде микрокапсул диаметром не более 5 мм, в которых в качестве оболочки выступает альгинат и в качестве ядра - лецитин соевый фракционированный.

1. Способ получения кормовой добавки для крупного рогатого скота в виде инкапсулированных жиров, включающий формирование эмульсии альгината и активного вещества, инкапсуляцию путем контактирования капель эмульсии с водным раствором ионов двухвалентных металлов, отличающийся тем, что для формирования эмульсии в качестве активного вещества используют лецитин соевый фракционированный, в качестве инкапсулирующей смеси используют натриевые и/или калиевые соли альгиновой кислоты в любом соотношении, причем лецитин соевый, нагретый до температуры 70-75ºС, смешивают с инкапсулирующей смесью в соотношении 6-8:4-2 соответственно, перемешивают до однородной массы с помощью магнитной мешалки в течение 10-20 минут и подают через фильеры в 5-20 масс.% раствор солей Са2+, регулируя объём падающей капли инкапсулируемой смеси для получения микрокапсул диаметром не более 5 мм, полученные микрокапсулы промывают дистиллированной водой, декантируют и сушат в течение 3-5 часов при температуре 85-95 ºС, периодически перемешивая 3 раза в час.

2. Кормовая добавка для крупного рогатого скота в виде инкапсулированных жиров, полученная способом по п. 1, представляющая микрокапсулы диаметром не более 5 мм, в которых в качестве оболочки выступает альгинат, а именно натриевые и/или калиевые соли альгиновой кислоты в любом соотношении, и в качестве ядра - лецитин соевый фракционированный.