RU2781918C1

RU2781918C1 - Биоконсервант для ферментирования сенажа

Info

Publication number: RU2781918C1
Application number: RU2021139497A
Authority: RU
Inventors: Наталья Евгеньевна Земскова; Александр Геннадьевич Мещеряков; Павел Владимирович Пенкин; Альберт Алимбекович Зиганьшин; Венер Нуруллович Саттаров
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-10-20

Abstract

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой биоконсервант для ферментирования сенажа в виде лиофилизированного порошка, содержащий смесь биомассы штаммов бактерий: Enterococcus faecium ВОА-1 ВКМ В-28720 – 2,3×10¹⁰ КОЕ/г; Lactobacillus plantarum ВКПМ В-11264 – 1,2×10¹¹ КОЕ/г; Propionibacterium freudenreichii subsp. Shermanii ВКПМ B-5592 – 2,2×10⁹ КОЕ/г; Lactobacillus fermentum ВКПМ B-7573 – 1,2×10¹⁰ КОЕ/г; Lactobacillus buchneri ВКПМ В-7641 – 1,2×10¹¹ КОЕ/г, и ферментов: амилазы – 300 ед./г; глюканазы – 300 ед./г; ксиланазы – 300 ед./г; целлюлазы – 100 ед./г. Изобретение позволяет расширить консервирующее и бактерицидное воздействие комплекса живых бактерий и ферментов биоконсерванта на силосуемую растительную массу. 1 табл.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение комплексная биологическая закваска (биоконсервант) Silo Twice относится к микробиологии в кормопроизводстве, в частности к технологии получения комплексных биоконсервантов - препаратов, используемых для силосования кормов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Альтернативой могут служить биоконсерванты, способные сохранять в корме питательные вещества и ускорять в нем процессы ферментации. В настоящее время известны биоконсерванты трех поколений.

Аналог 1. Самосенажирование и самосилосование культур путем создания анаэробных условий без внесения бактерий и (или) ферментов.

Признаки аналогии: консервирование растительных культур под действием образовавшейся естественным образом молочной кислоты из сахаров растений.

Недостатки: недостаток ингибирующей активности по отношению к аэробным микроорганизмам; высокие потери корма из-за плесневения корма.

Аналог 2. Биоконсерванты первого поколения представлены препаратами, состоящими из гомоферментных или гетероферментных молочнокислых бактерий, синтезирующих молочную и другие кислоты [3].

Признаки аналогии: препараты содержат молочнокислые бактерии и могут быть использованы для консервации силосной массы.

Недостаток изобретения: отсутствие ингибирующей ингибирующей активности по отношению к аэробным микроорганизмам: Penicillium, Aspergillus, Mucor и Monascus, которые вызывают плесневение поверхности силоса при доступе кислорода воздуха. Грибы разлагают молочную кислоту, углеводы и протеин, приводя к значительной потере питательности и безопасности кормаувеличение потери сухой массы силоса во время ферментации и менее привлекательные вкусовые качества, связанные с накоплением уксусной кислоты.

Аналог 3. Биоконсерванты второго поколения представлены препаратами, состоящими из гомоферментных или гетероферментных молочнокислых бактерий, а также пропионовокислых бактерий с возможным добавлением ферментов, что обеспечивает достаточную выработку молочной кислоты, антимикробную и фунгицидную защиту корма [2].

Признака аналогии: препарат содержит микроорганизмы: Lactobacillus diolivorans, Lactobacillus buchneri и Lactobacillus rhamnosus. Может быть использован для консервации силосной массы. Подавляет гнилостную микрофлору, плесневые грибы и дрожжи.

Недостатки изобретения: довольно высокая стоимость за счет зарубежного производства.

Аналог 4. Биоконсерванты третьего поколения представлены препаратами, состоящими из гомо- и гетероферментных молочнокислых бактерий [7].

Признака аналогии: препараты содержат микроорганизмы Bacillus subtilis или сенную палочку - почвенные бактерии и ферменты. Могут быть использованы для консервации силосной массы. Подавляют гнилостную микрофлору, плесневые грибы и дрожжи.

Недостатки изобретения: относительно высокая стоимость, за счет зарубежного производства.

Аналог 5 (прототип). Наиболее близким по функциональным свойствам к заявленному изобретению относится биоконсервант второго поколения представленный препаратом, состоящим из гетероферментных молочнокислых и пропионовокислых бактерий с возможным добавлением ферментов. Содержит комбинацию штаммов молочнокислых бактерий: Lactobacillus diolivorans, Lactobacillus buchneri и Lactobacillus rhamnosus, способствует быстрому и интенсивному протеканию процессов брожения в первые недели силосования богатых крахмалом культур. Дозировка: 1 г на тонну силосуемой массы [2].

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В силу климатических условий и несовершенства хранилищ, заготовка кормов в России часто происходит в условиях повышенной влажности, что негативно сказывается на качестве кормов, в том числе силоса и сенажа. Не всегда возможно быстро скормить животным открытый силос, что приводит к ухудшению продуктивности и наносит вред здоровью скота [4]. Гнилостные бактерии и другая патогенная микрофлора приводят к значительным потерям питательных веществ исходного сырья, вызывают ряд заболеваний и снижение продуктивности животных. Этого можно избежать за счет применения химических и биологических консервантов, содержащих микроорганизмы, способные производить высокий уровень молочной кислоты и ферментирующих ряд труднодоступных соединений растений. Применение химических консервантов имеет существенные недостатки: полученный корм может содержать токсичные вещества, что является небезопасным для здоровья [1].

Задачей, стоящей перед авторами, являлось:

- создание нового комплексного биоконсерванта третьего поколения для cилосования зеленой массы всех видов растений, плющеного зерна и консервирования сенажа.

Для решения поставленной задачи был подобран следующий комплекс микроорганизмов и ферментов:

- бациллы Enterococcus faecium, продуцирующие молочную кислоту, причем, содержание энтерококков в растительном и животном сырье не позволяет размножаться в готовой продукции стафилококкам, листериям и кишечным палочкам. Основным фактором антагонистической активности энтерококков является их способность продуцировать антимикробные пептиды - энтероцины [8];

- молочнокислые бактерии: Lactobacillus plantarum, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus fermentum, продуцирующие молочную кислоту, способствующую быстрому снижению pH силосуемой массы, предотвращают развитие анаэробных микробов, вызывающих порчу корма [6];

- пропионовокислые бактерии: Propionibacterium freudenreichii subsp. Shermanii, продуцирующие пропионовую кислоту и ее соли (пропионаты), уксусную и молочную кислоты, обладающие выраженным бактерицидным действием.

Комплекс ферментов:

- целлюлаза, катализирующая гидролиз гликозидных связей в целлюлозе с образованием глюкозы;

- амилаза, катализирующая расщепление крахмала, гликогена и сахаридов до простых моносахаридов, которые легко усваиваются в кишечнике.

- глюканаза, разрушающая бета-глюканы и другие некрахмальные полисахариды зернового сырья с образованием простых сахаров;

- ксиланаза, способствующая высвобождению из клеток растения белка, крахмала, пектина и образованию простых сахаров путем разложения арабиноксиланов до молекулы ксилозы [5].

Микробиологические и физико-химические показатели качества микроорганизмов и ферментов, входящих в биоконсервант Silo Twice соответствуют разработанным ТУ 10.89.19-012-09967133-2021 и содержат следующие штаммы и колониеобразующие единицы (КОЕ/г):

Enterococcus faecium ВОА-1 ВКМ В-28720 - 2,3×10¹⁰ КОЕ/г

Lactobacillus plantarum ВКПМ В-11264 - 1,2×10¹¹ КОЕ/г

Propionibacterium freudenreichii subsp. Shermanii ВКПМ B-5592 - 2,2×10⁹ КОЕ/г

Lactobacillus fermentum ВКПМ B-7573 - 1,2×10¹⁰ КОЕ/г

Lactobacillus buchneri ВКПМ В-7641 - 1,2×10¹¹ КОЕ/г

Амилазы - 300 ед./г

Глюканазы - 300 ед./г

Ксиланазы - 300 ед./г

Целлюлазы - 100 ед./г

Способ получения биоконсерванта Silo Twice - микробиологический синтез с последующей сублимационной сушкой и смешиванием компонентов препарата между собой и сухой молочной сывороткой для нормализации титра. В результате получается новая бактериальная субстанция, содержащая высокоактивные штаммы бактерий и комплекс ферментов для биозакваски «Silo Twice» в целях ферментирования сенажа, силоса, плющеного зерна.

Микроорганизмы закваски обеспечивают быстрое консервирование и усиленный эффект аэробной стабильности, направленный против гнилостных бактерий, дрожжей, плесеней и др. грибков. Живые бактерии Lactobacillus plantarum обеспечивают высокий уровень образования молочной кислоты в силосе, минимизируют появление нежелательных кислот и других соединений в ходе брожения зеленой массы, обеспечивают высокий уровень сохранения каротиноидов в продукте, повышая его биологическую ценность, обладают антагонистическими свойствами по отношению к нежелательной микрофлоре, приводящей к порче силоса. Установлено, что эффективная переработка масляной кислоты корма штаммом L. fermentum в перекись водорода (H₂O₂), позволяет дополнительно бороться с возникающими плесенями, грибками и патогенными бактериями, защищать пищеварительный тракт животного от инфекций пищевого происхождения, а также помогает предотвратить окислительное повреждение кормовых продуктов. Ферментный комплекс биоконсерванта Silo Twice (целлюлаза, амилаза, глюканаза, ксиланаза) способствует расщеплению некрахмалистых полисахаридов и высвобождению дополнительных питательных веществ, в частности, белка, тем самым улучшая качество консервирования трудносилосуемых растений.

Задача изобретения направлена на обеспечение стабилизации кислотно-щелочной среды консервированного корма, повышение биодоступности компонентов корма.

Изобретение основано на воздействии консервирующих компонентов на химические и биологические составляющие силосуемых растений и является расширяющим арсенал существующих заквасок для растительных кормов на российском рынке.

Изобретение направлено на предупреждение развития и размножения гнилостных и патогенных микроорганизмов корма.

Изобретение позволяет законсервировать силосную и сенажную массу за максимально короткий срок и сохранить питательные вещества исходного сырья.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ: расширенное консервирующее и бактерицидное воздействие комплекса живых бактерий и ферментов биоконсерванта Silo Twice на силосуемую растительную массу. В готовом ферментированном биоконсервантом Silo Twice продукте по сравнению с самоконсервируемым продуктом сохранены все питательные вещества исходного сырья и повышена усвояемость питательных веществ, что подтверждается лабораторными исследованиями.

СУЩЕСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Консервирующее воздействие комплекса бактерий биоконсерванта Silo Twice обеспечивают быстрое консервирование под действием молочной кислоты, аэробную стабильность, подавление патогенной микрофлоры и эффективную переработку масляной кислоты в перекись водорода, предотвращая окислительную порчу корма. Ферменты биоконсерванта Silo Twice расщепляют полисахариды, обеспечивая биодоступность сахаров корма.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В 1 г Биоконсерванта Silo Twice содержится не менее 5×10¹¹колониеобразующих единиц (КОЕ) Enter. Биоконсервант Silo Twice применяют для cилосования трудносилосуемой зеленой массы всех видов растений, плющеного и цельного зерна и консервирования сенажа повышенной влажности.

Enterococcus Faecium, не менее 5×10¹¹колониеобразующих единиц (КОЕ) Lactobacillus Fermentum, а также комплекс ферментов с активностью не менее 10000 ед/г. Биоконсервант Silo Twice применяют для cилосования трудносилосуемой зеленой массы всех видов растений, плющеного и цельного зерна и консервирования сенажа повышенной влажности. Биоконсервант Silo Twice представляет собой сыпучий однородный порошок или гранулы от белого до светло-коричневого цвета, идеально растворимый(ые) в воде.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ заключается в ферментировании сенажа, силоса, цельного и плющеного зерна повышенной влажности. Биоконсервант Silo Twice добавляют в закладываемую зеленую массу из расчета 1,0 г препарата (с активностью не менее 1х10¹¹КОЕ) на 1 т силосуемого сырья, разводя его в необходимом количестве воды. Готовый раствор препарата вносят в силосуемую массу с помощью распыляющих устройств на комбайне, либо в траншее. При отсутствии таких устройств, препарат можно вносить в траншею лейкой с мелкими отверстиями. Силосуемую массу необходимо тщательно герметизировать после ее укладки и трамбовки в течение 1-2 суток, т.к. молочнокислые бактерии способны размножаться строго без доступа кислорода воздуха. Побочных явлений и осложнений при применении биоконсерванта Silo Twice в рекомендуемых дозах не выявлено. Противопоказаний к применению биоконсерванта Silo Twice (Сило твайс. Двойное силосование) не установлено. Биоконсервант Silo Twice совместим со всеми ингредиентами кормов, другими кормовыми добавками и лекарственными средствами. Продукцию от животных (в т.ч. птицы и рыбы) после применения биоконсерванта Silo Twice можно использовать в пищевых целях без ограничений.

Практическое применение

При внесении биоконсерванта Silo Twice в дозе 1,0 г/т при сенажировании зеленой массы суданской травы, убранной в фазу выметывания метелки, был получен сенаж, химический состав которого представлен в скобках, после показателей суданской травы. Итак, влажность травы составляла 71,43%, а сенажа (76,64%), сырого протеина 3,51% (2,80%), крахмала 0,06% (1,06%), простых сахаров 0,66% (0,32%), молочной кислоты 1,34% (1,95%), уксусной кислоты 0,07% (0,30%), масляной кислоты 0,00% (0,00%), аммиак 0,03% (0,13%), относительная ценность корма 84 (101). Итак, в сенаже часть протеина перешло в кислоту, что доказывается увеличением аммиака, простые сахара перешли в спирторастворимые углеводы и органические кислоты. Возросла относительная ценность корма на 17 ед., по сравнению с исходным сырьем. По сравнению с классическим самоконсервированием сенажа, внесение биоконсерванта Silo Twice обеспечивает снижение потерь протеина в 2,0-2,2 раза. Скармливание молочным коровам сенажа, полученного при внесении биоконсерванта Silo Twice, обеспечивает увеличение надоя молока на 8,0%, по сравнению с контрольной группой, жирности молока - на 0,4%.

Использование в рационе молочных коров сенажа, полученного при внесении биоконсерванта Silo Twice, способствовало сокращению затрат обменной энергии и концентратов на 2,43% и 2,95%, соответственно.

Использование в рационе молочных коров сенажа, полученного при внесении биоконсерванта Silo Twice, приводило к оптимизации процессов в рубце, повышению уровня летучих жирных кислот и бактерий, при снижении количества аммиака на 16,3%, что свидетельствует об улучшении переваримости и усвоения азота в рубце коров.

Скармливание молочным коровам в течение 60 дней сенажа, полученного при внесении биоконсерванта Silo Twice, обеспечило экономию 2250 рублей на корову.

Таблица 1 - Сравнительный анализ консервированного корма на примере сенажа из суданской травы (в сухом веществе (СВ) корма)
Показатели	Контроль (прототип)	Опыт I самоконсерви-рование	Опыт II консервиро-вание биоконсер-вантом Silo Twice
Сырой протеин (СР), %	11,85	11,20	11,99
Растворимый протеин, % СР	56,3	61,4	57,0
Расщепляемый в рубце протеин, % СР	67,3	59,0	66,0
Транзитный протеин, % СР	32,7	41,0	34,0
Крахмал, %	4,51	3,86	4,56
Молочная кислота, %	8,28	5,30	8,33
Уксусная кислота, %	1,40	0,89	1,30
Обменная энергия, МДж/кг	9,45	8,68	9,93
Переваримая энергия, МДж/кг	11,32	10,12	11,70
Относительная кормовая ценность	100	82	101

Количество сырого протеина во всех трех образцах сенажа соответствует норме. Оптимальное значение сырого протеина должно быть < 190 г/кг СВ или, в переводе на проценты должно составлять <19 % [9].

Растворимый протеин - это процент сырого протеина, растворимого в буфере, который отвечает за рН рубца. Показатель дается в % от общего сырого протеина. Высокое содержание растворимого сырого протеина говорит о том, что большое количество протеина будет доступно в рубце. Как результат - высокое содержание расщепленного в рубце и низкое содержание протеина, усваиваемого в кишечнике. Таким образом, растворимый сырой протеин является индикатором качества протеина. Этот параметр дает представление о величине усвоения протеина в рубце. Высокий показатель говорит о том, что протеина для бактерий доступно больше, чем они могут усвоить, поэтому протеин теряется (не используется) в окружающей среде. В тех случаях, когда показатель расщепляемого в рубце протеина низкий, количества энергии и протеина находятся в равновесии, тогда как отрицательное значение расщепляемого в рубце протеина говорит о нехватке протеина в рубце, что означает недостаточно оптимальный рост бактерий. Данный показатель во всех исследуемых группах образцов находится в пределах норматива.

Транзитный протеин означает - нерасщепляемый протеин, это количество протеина, которое не расщепляется в рубце, а проходит через рубец транзитом для последующего усвоения в тонком кишечнике. Нормальный показатель - более 14,0%, следовательно, все исследуемые образцы по данному показателю соответствуют норме.

Уровень крахмала коррелирует с уровнем молочной кислоты. Наибольший показатель крахмала (предпочтительно) отмечен во второй опытной группе, где применялся биоконсервант «Silo Twice», незначительно меньшее количество крахмала - в прототипе, а в группе, где применялось самоконсервирование - отмечено наименьшее значение.

Молочная кислота - одна из кислот, образующихся в процессе консервации. Сахар является топливом для молочнокислых бактерий, которые производят молочную кислоту. Норматив: 3-15%. Наибольшее количество молочной кислоты содержится во второй опытной группе, где применялся биоконсервант «Silo Twice» (8,33%), незначительно меньшее количество - в прототипе (8,28%), а в группе, где применялось самоконсервирование - отмечено наименьшее значение (5,30%).

Уксусная кислота очень важна, так как помогает предотвратить перегрев кормов. Травяной силос/сенаж с низкой долей уксусной кислоты очень чувствителен к перегреву. Оптимальное содержание уксусной кислоты составляет 1,0-2,0% или 10-20 г/кг СВ. Наибольшее количество уксусной кислоты содержится во второй опытной группе, где применялся биоконсервант «Silo Twice» (1,30%), незначительно большее количество - в прототипе (1,40%), а в группе, где применялось самоконсервирование - отмечено наименьшее значение (0,89%).

Содержание обменной энергии в продукте кормления - это количество энергии, доступной для обмена веществ. Переваримая (усвояемая) энергия - это валовая энергия за минусом энергии, выделяемой с навозом. Переваримая (усвояемая) энергия с корректировкой на количество энергии, теряемой с выделением мочи и газа (в основном, метана) считается количеством обменной энергии. Данная энергия доступна для использования в процессе обмена веществ. В процессе обмена веществ большая часть энергии расходуется на производство тепла. Обменная энергия с корректировкой на энергию тепла считается, в конечном счете, чистой энергией. Чистая энергия используется для роста, производства молока и воспроизводства. Оптимальный уровень обменной энергии составляет >10.5 MДж/кг СВ [9]. Наибольшее количество обменной и переваримой энергии отмечено во второй опытной группе.

Наивысшая кормовая ценность отмечена во второй опытной группе.

Используемые источники

1. АИВ-2000 Плюс Na применяют для заготовки силоса https://kormovit.ru/wp-content/uploads/2020/05/instrukcziya-aiv-2000-plyus-na-taminco.pdf.

2. БОНСИЛАЖ SPEED M https://schaumann.ru/product/bonsilazh-speed-m.

3. Использование биоконсервантов при заготовке кормов https://agrovesti.net/lib/tech/fodder-production-tech/ispolzovanie-biokonservantov-pri-zagotovke-kormov.html.

4. Консерванты для животноводства https://teknofeed.org/2019/06/25/preservatives-for-livestock/

5. Корма и кормовые добавки https://www.tsenovik.ru/articles/korma-i-kormovye-dobavki/kormovye-fermenty-rasshcheplyayushchie-nekrakhmalistye-polisakharidy/.

6. Кормовые консерванты https://www.tsenovik.ru/articles/korma-i-kormovye-dobavki/kormovye-konservanty/.

7. Новый биоконсервант для силосования кормов и способ его получения https://patenton.ru/patent/RU2645227C1.

8. Пробиотические штаммы энтерококков как средства терапии и профилактики заболеваний кишечника у детей file:///C:/Users/user/Downloads/probioticheskie-shtammy-enterokokkov-kak-sredstva-terapii-i-profilaktiki-zabolevaniy-kishechnika-u-detey-obzor-literatury.pdf.

9. Растворимый сырой протеин https://sagitov.pro/downloads/BLGG.pdf.

Claims

Биоконсервант для ферментирования сенажа в виде лиофилизированного порошка, содержащий смесь биомассы штаммов бактерий: Enterococcus faecium ВОА-1 ВКМ В-28720 – 2,3×10¹⁰ КОЕ/г; Lactobacillus plantarum ВКПМ В-11264 – 1,2×10¹¹ КОЕ/г; Propionibacterium freudenreichii subsp. Shermanii ВКПМ B-5592 – 2,2×10⁹ КОЕ/г; Lactobacillus fermentum ВКПМ B-7573 – 1,2×10¹⁰ КОЕ/г; Lactobacillus buchneri ВКПМ В-7641 – 1,2×10¹¹ КОЕ/г, и ферментов: амилазы – 300 ед./г; глюканазы – 300 ед./г; ксиланазы – 300 ед./г; целлюлазы – 100 ед./г.