Ферментация в рубце и эффективность использования питательных компонентов корма при включении в рацион жвачных ферментированных кормов
Корма, употребляемые жвачными животными, такими как крупный рогатый скот и овцы, остаются в рубце в течение относительно длительного периода времени. При этом они умеренно перемешиваются перистальтическими движениями, ферментируются под действием различных микроорганизмов и ферментов и усваиваются в виде питательных веществ. Однако когда содержание твердых волокнистых материалов в кормах слишком высокое или низкое, то ферментация не всегда может происходить эффективно, что создает различные проблемы. Следовательно, при кормлении жвачных животных различными кормами необходимо тщательно осуществлять подбор ингредиентов и состав питательных веществ в них.
Кроме того, требуется, чтобы корма не только содержали достаточное количество твердых волокнистых материалов, но и были легкоусвояемыми. Трава на пастбище и сено являются подходящими кормами, содержащими клетчатку, но в некоторых случаях их можно заменить отходами пищевых производств, некоторые из которых сравнительно легко усваиваются жвачными животными.
Однако из-за недавнего дефицита и роста цен на кормовые ресурсы в животноводстве стало желательным использовать в качестве кормов различные растительные волокна, такие как лузга, шелуха, опилки, которые ранее не использовались в качестве кормов для скота. С этой целью предпринималось много попыток, но на сегодняшний день использование таких растительных волокон в качестве корма для скота оказалось непрактичным, поскольку они трудноперевариваемые. Таким продуктом, например, является корм, приготовленный из древесных опилок и ферментированный с помощью Bacillus subtilis. Полученный таким образом кормовой продукт обладает лучшими вкусовыми качествами и может использоваться вместе с травой для увеличения кормовой базы.
Однако данным кормам не хватает питательной ценности, поскольку их перевариваемость остается такой же низкой, как у опилок, из которых они производятся. Кроме того, полученный таким образом корм является дорогостоящим, поскольку ферментация опилок занимает значительный период времени и требует сложной операции смешивания и специального устройства.
Помимо того, известен другой способ приготовления кормов, при котором трудногидролизуемые растительные волокнистые материалы, такие как рисовая шелуха, обрабатывают аммиаком при высоком давлении в диапазоне примерно от 80 до 100 атм. для разрушения их волокнистой структуры. Но данный способ оказался не очень эффективным, поскольку требует наличия специального крупногабаритного оборудования, способного выдерживать необычно высокую температуру и давление.
Возможно производить готовые комбикорма для скота путем смешивания различных кормов с вышеупомянутыми трудноперевариваемыми растительными волокнами. Однако серьезным недостатком остается низкая питательная ценность, поэтому необходима разработка технологии предварительной подготовки кормов к скармливанию для увеличения эффективности их использования.
Шелуха подсолнечника содержит: 4% сырого белка; 5% липидного материала, включая воск, углеводороды, жирные кислоты, стерины и тритерпеновые спирты; 50% углеводов, в основном целлюлозы и лигнина; 26% редуцирующих сахаров, из которых большинство составляет ксилоза; 2% золы. Из-за высокого содержания в шелухе грубой клетчатки и низкого содержания белка и энергии данный продукт имеет незначительную питательную ценность, и для эффективности ее использования в рационах для животных необходима специальная подготовка к скармливанию, в частности ферментативный или химический гидролиз.
Цель исследования — дать оценку изменения метаболических процессов в организме бычков и эффективность использования питательных веществ при включении в рацион жвачных ферментированных кормов.
Материалы и методы
Работа была проведена с 03.2023 по 08.2024 г. на базе отдела кормления и технологии кормов им. профессора С.Г. Леушина и лаборатории биологических испытаний и экспертиз Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук (г. Оренбург).
Объект исследования — бычки казахской белоголовой породы с хронической фистулой рубца в возрасте 11–12 месяцев.
В качестве испытуемого растительного субстрата использовали отходы маслоперерабатывающих предприятий — подсолнечную лузгу, подвергнутую механическому измельчению и ферментации в биореакторе в течение 9 суток (рис. 1).
Обслуживание животных и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями российских нормативных актов. При проведении исследований были предприняты меры для обеспечения минимума страданий животных и уменьшения количества исследуемых опытных образцов.
Схема эксперимента. В ходе проведения опыта животные методом групп-аналогов были разделены: I группа получала основной рацион (ОР) и подсолнечную лузгу (механически измельченную), II группа — ОР и подсолнечную лузгу (подвергнутую ферментации в течение 9 суток в биореакторе при t = 39 ºС, рН = 6,8–6,9). Лузгу бычкам I и II групп вводили в рацион совместно с концентрированной частью корма, заменяя 10% по объему от количества концентрированных кормов.
При кормлении бычков использовали рационы, в состав которых входили: сено разнотравное луговое — 42,4–43,2%, силос кукурузный — 17,6–18,9%, зерновая смесь дробленая (пшеница/ячмень) — 38,2–39,0%. Рационы для животных были сформированы по потребности в питательных веществах и энергии.
Лабораторные исследования рубцовой жидкости проводили в Федеральном научном центре биологических систем и агротехнологий Российской академии наук: уровень летучих жирных кислот (ЛЖК) в содержимом рубца определяли методом газовой хроматографии на хроматографе газовом «Кристаллюкс-4000М» (СКБ «Хроматек», Россия), формы азота — по ГОСТ 26180-84, ГОСТ 13496.4-2019.
Переваримость корма оценивали в течение 7 дней в процессе проведения балансовых опытов и учитывали количество потребленного животными корма, несъеденные остатки, количество выделенного кала. Коэффициент переваримости (КП) рассчитывали в процентах как отношение переваренных питательных веществ к принятым питательным веществам. В кале и кормах анализировали содержание питательных веществ — сухого вещества, сырого протеина, сырого жира, содержание золы в соответствии с рекомендациями.
В кормах и кале определяли массовую долю: сухого вещества, сырого протеина, жира, сырой клетчатки, сырой золы.
Биохимический анализ сыворотки крови проводили в лаборатории «Агроэкология техногенных наноматериалов» (ФНЦ БСТ РАН) на автоматическом анализаторе CS-T240 (DIRUI Industrial Co., Ltd, Китай) с коммерческими наборами (ЗАО «ДИАКОН-ДС», Россия). Отбор проб крови — по окончании эксперимента из подхвостовой вены (с утра до кормления) в вакуумные пробирки с активатором свертывания (XINLE, Китай).
Данные были обработаны с помощью программы SPSS Statistics 20 («IBM», США), рассчитывали средние (М), среднеквадратичные отклонения (±σ), ошибки стандартного отклонения (±SE). Для сравнения вариантов использовали непараметрический метод анализа. Различия считали статистически значимыми при р ≤ 0,05, р ≤ 0,01, р ≤ 0,001.
Результаты и обсуждение
Биореакторы обладают огромным потенциалом для применения в производстве сельскохозяйственных кормовых продуктов из альтернативных субстратов. Этот метод обработки отходов очень эффективен для утилизации антипитательных веществ. Ферментация трудногидролизуемых отходов пищевых производств значительно повышает качество ферментированных продуктов перед включением в конечный рацион.
Для лучшего разложения кормовых субстратов предпочтительна загрузка в биореактор одного субстрата. Ферментирование лузги подсолнечника в биореакторе в течение 15 суток показало, что уровень сухого вещества на первые сутки снижался на 24,5% (р ≤ 0,05), к 5-м суткам — на 27,3% (р ≤ 0,05), к 9-м суткам — на 28,5% (р ≤ 0,05). Дальнейшее разложение лузги (до 15-х суток) не показало значимого исчезновения питательных компонентов субстрата.
Достаточно эффективна деградация сырой клетчатки, ее содержание в кормовом субстрате при ферментации в течение 9 суток снижалось с 16,0 до 20,5% (р ≤ 0,05) относительно нативного образца. Улучшение кормов методом ферментации включает среди прочего увеличение содержания белка на 2,8 г, а также улучшение усвояемости их для животных.
Понимание метаболизма в рубце имеет центральное значение и является необходимым условием для удовлетворения потребностей животного в питательных веществах и энергии.
Использование ферментированной лузги подсолнечника в рационе бычков казахской белоголовой породы при включении в рацион в количестве 10% с заменой по объему показало увеличение концентрации летучих жирных кислот в рубце: уксусной — на 32,1% (р ≤ 0,01), пропионовой — на 33,8% (р ≤ 0,01), масляной — на 29,9% (р ≤ 0,05), валерьяновой — на 24,1% (р ≤ 0,05) (рис. 1).
Микробиота рубца представляет собой сложную экосистему, метаболическая активность которой отвечает за метаболизм в рубце, включая переработку азота внутрируминально. Включение в рацион ферментированного корма повышало содержание в рубце метаболитов азота, в частности общего, белкового и небелкового, на 16,8% (р ≤ 0,05), 13,2% и 26,3% (р ≤ 0,05) соответственно, что увеличивает долю пищевого протеина для животного (табл. 1). Снижение концентрации мочевинного азота на 26,6% (р ≤ 0,01) в рубцовой жидкости бычков II группы указывает на снижение потерь азота из рубца.
Изменение структуры рациона может повлиять на определенные группы микроорганизмов, разлагающих аммиак. В рационах, содержащих трудногидролизуемые углеводы и менее доступную энергию, увеличиваются процессы дезаминирования в рубце, что сопровождается достоверным увеличением аммиачного азота в 2,3 раза (р ≤ 0,01) и может способствовать большему образованию парниковых газов.
Содержащиеся в составе лузги подсолнечника волокнистые трудноперевариваемые компоненты (лигнинцеллюлозы), подвергающиеся предварительному разложению в биореакторе или микробной ферментации, являются более доступными в организме животных по сравнению с включением данных кормовых продуктов в рацион жвачных в нативном измельченном виде. В результате установлено повышение переваримости сухого вещества корма на 9,8% (р ≤ 0,05), сырой клетчатки на 18,4% (р ≤ 0,01), сырой золы на 4,7% (р ≤ 0,05) у бычков II группы при сравнении с I (табл. 2).
Биохимический анализ крови показал, что использование в рационе лузги подсолнечника в измельченном и ферментированном видах не оказывало существенного влияния на параметры крови, все они находились в пределах физиологической нормы (рис. 2). У бычков II группы отмечено усиление липидного обмена, что сопровождалось увеличением показателей триглицеридов, холестерина и билирубина, соответственно, на 112,5% (р ≤ 0,001), 32,4% (р ≤ 0,01) и 53,6% (р ≤ 0,001) относительно I группы.
От интенсивности белкового и углеводного обмена в организме зависят функциональное состояние и резистентность, при этом объективными критериями оценки метаболизма являются такие биохимические параметры, как концентрация общего белка и глюкозы.
При нарушении белкового обмена иммунная система не способна осуществлять эффективную защиту от потенциально болезнетворных агентов, а также при снижении активности белкового обмена теряется и реализация продуктивного потенциала. Основными показателями белкового обмена являются общий белок и альбумин, в опытной II группе отмечено увеличение данных показателей на 8,0% (р ≤ 0,05) и 4,2% относительно I группы.
Глюкоза является основным показателем состояния углеводного обмена, а также главным источником энергии для организма животных. От наличия в рационах жвачных легкоусвояемых углеводов зависит уровень глюкозы в крови животных, а при снижении уровня данного показателя, соответственно, происходит угнетение окислительно-восстановительных процессов в организме животных. Анализ уровня данного показателя в сыворотке крови опытных бычков показал, что у животных I группы он был в пределах нижней границы нормы — 2,8 ± 0,19 г/л, а у бычков II группы уровень глюкозы увеличивался на 4,5%.
Содержание азотсодержащих продуктов (мочевины — главного конечного продукта белкового обмена) в крови определяет уровень поддержания гомеостаза. Снижение концентрации мочевины на 3,4% во II опытной группе свидетельствует о повышенном синтезе белка, что может рассматриваться как прогноз увеличения продуктивности.
Введение в рацион бычков ферментированной лузги подсолнечника оказало определенное влияние и на функциональную активность ряда ферментов крови. У животных II группы при сравнении с I группой активность ферментов трансаминирования АСТ повышалась (на 4,2%), при этом активность АЛТ, напротив, снижалась — на 4,0 %.
Однако следует отметить, что уровень данных ферментов в сыворотке крови животных обеих опытных групп был на нижней границе нормы, что, возможно, связано с дефицитом энергии в рационе бычков при включении отходов — лузги подсолнечника.
Выводы
Непрерывная ферментация характеризуется повторным использованием агропромышленных отходов в качестве кормовых продуктов для сельскохозяйственных животных. Произведенные с помощью этой простой технологии кормовые субстраты для животных могут повысить эффективность использования кормов и снизить экономические затраты на производство продукции.
Правильный выбор культуральной среды, субстрата и режимов культивирования способствует улучшению качества кормового продукта, в частности увеличению белка (на 2,8 г) и снижению клетчатки (до 20,5%), а также увеличению течения метаболических процессов в рубце, в частности повышению общего уровня ЛЖК (на 30,8%) и общего азота (на 16,8%), что способствовало увеличению переваримости сухого вещества корма (на 9,8%) (р ≤ 0,05), сырой клетчатки (на 18,4%) (р ≤ 0,01) и сырой золы (на 4,7%) (р ≤ 0,05).
Об авторах
Елена Владимировна Шейда 1, 2, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник 1; старший научный сотрудник 2
elena-shaejjda@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-2586-613X
Галимжан Калиханович Дускаев 1, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник
gduskaev@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-9015-8367
Сергей Александрович Мирошников 1, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН,
главный научный сотрудник
fncbst@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-1173-1952
Иван Сергеевич Мирошников 1, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник
sparco911@rambler.ru https://orcid.org/0000-0002-0190-0612
1 Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук,
ул. 9 Января, 29, Оренбург, 460000, Россия
2 Оренбургский государственный университет, пр-т Победы, 13, Оренбург, 460018, Россия
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-392-03-90-96
УДК 664;57.088.5
Просмотров: 256
