Введение к работе
Актуальность тему. Среди экологических.проблем существен
ное место занимает качество продуктов питания человека. В их
числе особое значение имеет молоко. Известно, что его биохими
ческий состав и биологическая ценность зависят от многих факто
ров, среди которых, с одной стороны ? полноценность и сбаланси
рованность питания коров, с другой - наличие в кормах рациона
нежелательных химических соединений. '
, Роль белков и аминокислот, углеводов, липидов, витаминов, минеральных веществ описана в .научной литературе достаточно полно. В частности, для Российской Федерации и стран СНГ в качестве основополагающих трудов в области питания коров значатся книги о химическом составе и питательности различных кормов и рационов (Томме Н.Ф., 1972; Калашников А.П., Клейменов Н.И.,* Щеглов В.В. и др., 1995: Кальницкий Б.Л., 1985). Что касается веществ, представляющих опасность для животных и снижающих качество молока, то. несмотря на повышенный научный интерес и значительное число публикаций (Владимиров В.Л. и др.,.1995; Таланов Г. А. и Хмелевский Б.Н., 1991; Фомичев Ю.П.,; 1998; Stark В.A. et al., 19S8), здесь имеет место определенный пробел.
Значительное поступление минеральных и. органических ве-. ществ в объекты природной среды создает предпосылки нарушения их естественного содержания в звеньях пишевой цепи.и, более того, приводит к накоплению в биосфере несвойственных ей химических соединений: Как следствие, при промышленном производстве продуктов питания человека в них обнаруживают многочисленные потенциально опасные для здоровья химические вещества.
Наибольшую опасность для здоровья людей и сельскохозяйственных животных, а также для окружающей среды, представляют пестициды, соли тяжелых металлов, радионуклиды, нитраты и продукты их восстановления, токсины, , продуцируемые бактериями и грибами, и т.д. Кроме того, названные соединения снижают технологические свойства молочного сырья, затрудняя или делая невозможным приготовление высококачественных.продуктов питания.
Ущерб, наносимый здоровью человека, . а также потери, связанные со снижением продуктивности животных и качества продукции животноводства, весьма значительны. Поэтому во всем мире Dememna обозначенных проблем уделяют первостепенное значение. .
,^ ЦЕНТРАЛЬНАЯ ' * НАУЧЧ,-»! J С ОЛМОТЕКА Моо:. ; ,-'. і с . .домин * 11 і 111 її.
Особую остроту имеет вопрос производства молока, предназначенного для приготовления продуктов детского питания и отвечающего современным медико-биологическим' требованиям. В настоящий момент в нашей стране сложилась' крайне'тяжелая обстановка с его производством. Поэтому в данной работе найдет свое отражение оценка молока на предмет его пригодности для приготовления продуктов детского питания.
Избыточное содержание в молоке токсичных веществ в первую очередь связано с загрязнением окружающей среды и кормов, которое вряд' ли может быть устранено в ближайшее время. Поэтому особую актуальность принимают исследования по разработке способов детоксикации компонентов рациона животных.
В современных условиях, промышленного ведения животноводства естественная способность животных к биосинтезу витамина С оказывается недостаточной для предотвращения токсикозов, стрес-. сов, проявлений иммунодефицита. - При физиологическом содержании аскорбиновой кислоты в гепатоцитах выделение;токсически действующих веществ происходит с желчью или мочой,, а недостаток витамина С приводит к снижению активности энзимов, участвующих в детоксикации (Мелентьева Т.А., ТаберА.М.. 1991; Kolb Е.. 1985). Все это предопределяет повышенный интерес к препаратам на основе аскорбиновой кислоты! '-..-'
Исследованиями последних лет доказана способность сорбентов выводить из организма опасные для здоровья вещества (Шерше-налиева З.Ш., 1990; Her R.K., 1979). Тем не менее вопросы эффективности действия:того или иного сорбента, их влияния на обмен веществ у животных, химическийсостави качество получаемой, продукции остаются во многом открытыми.' -'
В диссертации представленынаучное обоснование и практические предложения по использованию в рационах коров биологически активных аскорбинатов металлов, а также синтетических и природных сорбентов.
Большая часть экспериментальных:работ выполнена, в Белгородском районе и ряде хозяйств Белгородской области: Однако полученные данные носят не только зональный характер, но и имеют, как это бы хотелось надеяться, определенное значение для решения обозначенных;проблем в более крупных масштабах:
Цель и задачи исследований. Основная цель работы'заключалась в установлении-закономерностей движения потенциально опасных для-здоровья веществ в звеньях трофической цепи; биохимическом обосновании и -разработке 'способов повышения качества растительных кормов для коров, качества и биологической ценности получаемого от них молока, а также продуктов его переработки. '"'. ,
Для достижения поставленной цели было предпринято решение следующих задач:
, 1. Дать классификацию потенциально опасных для сельскохозяйственных животных веществ, содержащихся в растительных кор-
-
Изучить распределение в звеньях кормовой цепи, организ-. ме коров, молоке и продуктах его переработки нитрат- и нитрит-ионов, тяжелых металлов (ТМ), хдорорганических пестицидов (ХОП). Определить влияние перечисленных соединений на обмен веществ'и продуктивность коров, физико-химические свойства и биохимический состав молока.
-
Систематизировать известные и подучить новые данные о факторах накопления нитрат- и нитрит-ионов в кормовых растениях и кормах, крови и молоке коров; природе юс (нитратов и нитритов) действия на организм коров и качество молока. Изучить сезонную динамику концентрации,ИОз", ЯОг", ТЫ и ХОП в молоке..
-
Исследовать влияние уровня молочной продуктивности коров на элиминацию токсичных соединений в составе молока. Установить зависимость между потреблением коровами. тяжелых металлов, их концентрацией в крови и молоке. _
-
Разработать способы снижения уровня нитратов в кормах, организме коров и молоке.
6. Изучить химическую природу аскорбинатов ряда биогенных
металлов, разработать способы и дозы юс использования в рацио
нах коров; изучить влияние аскорбинатов на обмен веществ, кон
центрацию в тканях животных токсичных соединений,, химический
состав и биологическую ценность молока.
7. Разработать новые кормовые сорбенты» 'определить оптимальные дозы.и способы их скармливания коровам; изучить влияние сорбентов на процессы пищеварения.в рубце, обмен веществ и про-
дуктивность коров, элиминацию токсичных соединении, обеспечен
ность организма некоторыми витаминами, химический состав и био
логическую ценность молока. ''-.'''
Научная новизна и теоретическая значимость- работы- Дана, оригинальная классификация потенциально опасных для здоровья веществ, содержащихся в растительных кормах, по признакам про-. исходдения, химической природе и действию на организм животных.
Внесены коррективы в схему метаболизма нитратов при силосовании растений. Разработаны способы: активации восстановления нитратов в течение силосной ферментации путем инокуляции в зеленую массу препаратов Бактерин-1 и Вактерин-2; снижения уровня нитратов и ТМ в кормах путем фракционирования зеленой массы растений.
Подучены новые данные о распределении потенциально опасных: для здоровья веществ в звеньях трофической-цели, организме коров, молоке и продуктах его переработки. Установлены математические зависимости в виде уравнений регрессии между потреблени- , ем коровами нитратов, нитритов, цинка, меди, кадмия, свинца и их концентрацией в крови и молоке. Определено влияние уровня молочной продуктивности коров на элиминацию токсичных соединений с молоком.
Изучена.химическая природа синтезированных по оригинальной технологии натрия, калия, цинка, марганца и кобальта аскорбинатов. Определены оптимальные дозы препаратов на их основе в рационах коров, а также получены приоритетные данные о влиянии аскорбинатов на белковый,.. углеводный, липидныи и минеральный обмены, усвоение витаминов.
'Разработаны.способы снижения опасных для здоровья веществ в молоке путем использования в рационе коров новых препаратов: мелкодисперсного аморфного:диоксида кремния (атокси белая сажа), смеси отработанного при производстве витамина С активированного угля и аскорбината цинка (аскосорб), природных гидроа-дпмоснликатных минералов (ЛПКД и КремцеП). Доказано положительное действие препаратов на рубцовое пищеварение, элиминацию тяжелых, металлов, интенсивность белкового и дипидного обменов, усвоение каротина, витаминов А, Е и С, молочную продуктивность коров, химический:состав и экологическую чистоту молока.
Научная новизна исследований подтверждается восемью авторскими свидетельствами и патентами, приоритетной справкой по заявке на предполагаемое изобретение. :
Практическая ценность работы: По результатам исследований обобщена и распространена на региональном уровне информация о наличии в почвах, кормах, организме коров, молоке и продуктах его переработки потенциально опасных для здоровья веществ. Раз- -работаны рекомендации производству по силосованию и фракционированию кормовых растений с повышенным уровнем ксенобиотиков; снижению отрицательного влияния нитратов на организм коров и качество молока; использованию аскорбинатов натрия, калия, цинка, марганца и кобальта, а также сорбирующих кормовых добавок атокс; белая сажа, аскосорб;1 ЛПКД и КремцеП в рационах лактиру- ющих коров. Для всех перечисленных аскорбинатов металлов: составлены! и утверждены Департаментом ветеринарии МСХ Российской Федерации технические условия на производство и временные наставления по их применению в животноводстве. Аналогичные документы, получены на использование атокса, ЛПКД и КремцеПа в рационах лактирующих коров в условиях Белгородской области.
Реализация результатов исследования. Материалы собственных ' исследований включены в утвержденные на российском и областном уровнях:
Систему производства, заготовки и использования кукурузы в колхозах и совхозах Белгородской области;.
Систему интенсивного производства говядины на опыте Белгородской области;
Методические рекомендации по производству и использованию в животноводстве продуктов Фракционирования зеленой массы растений; '
Методические рекомендации по предотвращению отрицательного влияния нитратов на организм коров;
Справочные таблицы химического состава и питательности нетрадиционных кормовых растений;
Методические рекомендации по -использованию сорбентов для снижения уровня токсичных веществ в организме селъекохозяйс-
. твенных животных и получаемой от них продукции.
Результаты исследовании реализованы в практике обучения студентов факультетов ветеринарной медицины и технологии живот-
новолстьа Белгородской ГСХА по дисциплинам органическая химия. биохимия, химико-токсикологический анализ и представлены в трех наименованиях методических указаний для студентов.
Отдельные материалы экспериментальных работ по представляемой проблеме были положены':в основу для написания и зашиты 7 кандидатских диссертационных и 14 дипломных студенческих работ.
Основные положения, выносимые на защиту:
классификация потенциально опасных'для-здоровья веществ, содержащихся в растительных кормах, по признакам проихождения, химической природе и действию на организм животных; -
распределение потенциально опасных для здоровья веществ в звеньях трофической цепи, организме коров, молоке и продуктах его переработки; .;.
профилактика отрицательного действия нитрат- и нитрит-ионов на организм коров и качество молока; '/.'-'' '
*. - метаболизм нитрат-ионов при силосовании растений и способы активации восстановления нитратов в течение силосной- ферментации;.
.- способ снижения уровня нитратов и ТМ в кормах путем фракционирования зеленой массы растений;
сезонная динамика нитратов, цинка, меди, кадмия, свинца и ХОП в молоке; зависимость между потреблением коровами.с кормами этих соединений и их концентрацией в крови и молоке;
влияние уровня молочной продуктивности коров на элиминацию токсичных соединений с молоком;.
химическая природа аскорОинатов натрия, калия, цинка; марганца и кобальта, их оптимальные дозы.в рационах коров и влияние на белковый, углеводный, лилидный и минеральный обмены, усвоение витаминов;
способы снижения опасных для здоровья, веществ в молоке путем использования в рационе коров мелкодисперсного аморфного диоксида кремния (атокс и белая сажа), смеси отработанного при производстве витамина С активированного угля и аскорбината цинка (аскосорб), природных гидроадшосиликатных.минерадлов (ЛПКД и КремцеП);
действие сорбентов на рубцовое пищеварение, элиминацию тяже-
лых металлов, интенсивность белкового и липидного обменов,, усвоение каротина, витаминов А, Ей С, молочную продуктивность коров, химический состав и экологическую чистоту молока.
Апробация работы. Основные положения диссертации, были представлены на международных конференциях: "Выращивание и ков- . сервирование зеленых кормов" (Ченстохова, Польша, 1986); "Биологические основы высокой продуктивности сельскохозяйственных животных" (Калуга,'.l1990); 14th General Meeting of the European Grassland Federation (Лахти, Оинляндия, 1992); "Экологические проблемы ' сельскохозяйственного производства" (Воронеж, 1994); "Актуальные проблемы ветерннарно-санитарного контроля сельскохозяйственной ' продукции" (Москва, 1995); "Научное наследие Бельговского И. В. и современные проблемы зоотехнии и ветерана- * рии" (Харьков, Украина, 1995); "Медико-биологические проблемы экологической безопасности агропромышленного комплекса" (Сергиев Посад, 1996); "Загрязненность экологических систем токсикантами и актуальные вопросы современной фармакологии и токсикологии. Подготовка кадров" (Троицк, 1996); "Экологические проблемы паталогии, -фармакологии и терапии животных" (Воронеж, 1997); "Экологическое образование и просвещение населения "(Пушино, 1998); "Эколого-генетические проблемы животноводства и экологически безопасные технологии производства продуктов питания" (Дубровицы, 1998); на республиканских и зональных научно-практических конференциях (Киев, 1990; Волгоград, 1990; ' Минск, 1991; Краснодар, 1996; Саратов, 1997; Белгород, 1995, 1996, 1997, 1998); совместном заседании кафедры животноводства Хель-синского университета и сельскохозяйственного исследовательского центра Финляндии (Хельсинки, 1939); заседании департамента питания животных- Шведского университета сельскохозяйственных" наук (Упсала, 1989); заседаниях лаборатории биохимии сельскохозяйственных ЖИВОТНЫХ ВНИИ! (Дубровицы, 1990 - .1998); расширенном заседании лаборатории биологических исследований Белгородской ГСХА (Белгород, 1998).'... ."'.-'...".'
Публикации.: Основные материалы диссертации изложены в 74 печатных работах, среди которых 5 наименований методических рекомендаций производству из- методических указания для студентов, 8 патентов и 1 положительное .решение на изобретение.
Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов собственных исследованй, результатов и их обсуждения, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на стр. 312 машинописного текста, содержит 84 таблицы и 42 рисунка. Список использованной литературы включает 359 источников, в том числе 133 иностранных.
В соответствии с целью и задачами исследований в период с 1988 по 1997 годы были выполнены 8 лабораторных опытов по консервированию и фракционированию кормовых растений, 1 физиологический опыт, на коровах с фистулой рубца в условиях вивария, 10 -. .на дактирующих коровах и 1 - на ярках в условиях животноводческих хозяйств. Также вели систематические наблюдения за химическим составом почв, кормов рациона, кровью и молоком коров, продуктами его переработки. Обшая'схема научно-исследовательских работ по теме диссертации представлена на рис; 1.
I Потенциально опасные для здоровья вещества I-—
' ' і і і і r I -
Сезонная динамика
SOT1**
молоке
Зависимость между потреблением, одержанием
Влияние ных
мало1
продуктивности на
элиминацию
МОЛОКОМ;
Действие на обмен
веществ, коров, биохимический состав и качество молока
уров! этнои
Распределение в почвах, кормах, организме коров, молоке и продуктах его переработки
Разработка способов снижения опасных для здоровья веществ
в кормах, организме коров и молоке
Добавление ь корм аскорбинатов металлов и энтеросороентов
X
Химическая природа препаратов
Редукция нитратов при силосовании. растении
Влияние на химический состав и качество
молока
йствие на мен веществ и элиминацию токсикантов
, і !- I I I ,
| Рекомендации производству и учебные пособия для студентов |
Рис. 1. Концепция диссертационной работы
Объектами исследований были препараты на основе природных минералов, соединений химического и бактериального сВЭтеза. почва, зеленая масса кормовых растений, силос, сено, кормовые продукты фракционирования растений, корма рационов, кал, моча, содержимое рубца, кровь, молоко, продукты его переработки и непосредственно животные. .
Проведение лабораторных, физиологических и научно-хозяйственных ' опытов, Формирование экспериментальных групп коров,. нормирование их кормления,- учет:потребления кормов и молочной продуктивности, а также взятие средних проб почв, кормов,, экскрементов, крови и молока осуществляли яа основании действующих государственных стандартов м методических указаний.
Образцы почвы, взятые из пахотного (О - 20 см) и подпахот- -ного (0 - 40 см) слоев,. анализировали по следующим показателям: массовая доля влаги (ГОСТ 5180-84) и гумуса (ГОСТ 26213-84), рН солевой вытяжки (ГОСТ 26483-85), массовая доля нитратного азота (ГОСТ 26Q51-86) и тяжелых металлов.
Образцы кормов подвергали полному зоотехническому анализу, а также исследовали по специальным, определенным задачами эксперимента, показателям. Первоначальную и гигроскопическую влагу определяли путем высушивания навесок при температуре 60-65 и 100-105С соответственно. При этом влажность силоса рассчитывали с учетом потерь летучих субстанций (молочная кислота, ЛХК, этанол) согласно рекомендациям Портера (1984). Сырую золу анализировали путем сжигания образцов: в муфельной- печи при 550-600С, обший и небелковый азот - по Къелъдалю, сырой жир -по Сокслету, сырую клетчатку - по Геннербергу и Штоману, каротин - колориметрически, сахар - по Бертрану, нитраты- потевци-ометрически, нитриты - колориметрически по реакции сальфа-наф-тиламином, аминокислоты _ - на анализаторе ААА-881. В образцах силоса дополнительно определяли рН и общую титруемую кислотность, концентрацию аммиака - по Къелъдалю, ЛШК- методом газо-. вой хроматографии.
В крови животных, которую брали из яремной вены до кормления или через 3-4 часа после, определяли эритроциты и лейкоциты в камере Горяева, концентрацию гемоглобина - гемцианидным методом, метгемоглобина - - колориметрически с использованием .
феррицианида калия/ общего белка:1- биуретовым методом, альбуминов, а-, в-*и т-глобулинов .-.методом электрофореза на бумаге.' небелкового аэота (после осаждения белков крови 10 X : раствором ТХУ) - по Къельдалю, аэота мочевины - колориметрически по реак-' ции.с диацетилмоноксимом,.нитратов и нитритов -.колориметрически по реакции с реактивом Грисса. общих липидов - по Цолнеру и Киршу/ холестерола - методом Илька, общих фосфолипидов - модифицированным методом Зильверсыит и Дзвис, ЛЖ - методом паровой дистилляции, НЗЖК - по Данкомб, глюкозы - орто-толуидиновым методом, ацетона - спектрофотометрически по реакции с салициловым альдегидом, кальция - титрометрически, неорганического фосфора -.колориметрически по реакции сванадат-молибденовым реактивом, витамина А и каротина - спетрофотометрически, витамина Е - по модифицированному методу Биери, витамина С - титрометрически.
В пробах молока определяли концентрацию жира с использованием автоматического анализатора, белка - методом . формального .титрования, золы - гравитометрически, лактозы - методом восстановления' раствора феллинговой жидкости, каротина и витамина А -спектрофотометрически, витамина Е - по Вильямсу, аскорбиновой кислоты - методом титрования, нитрат- и нитрит-ионов - по цветной реакции, с адьфа-нафтиламином.
В содержимом рубца коров исследовали общий азот - методом Къельдаля, азот аммиака - микродиффузным методом Конвея, рн -потенциометрически, ЛЖК- отгонкой с водяным; паром с последующим газохроматографическим.,разделением кислот. витамины Bi и Вг - фдюорометрически, нитрат-ионы- колориметрически по реакции нитритов с а-нафтидамином; численность инфузорий по Севастьянову.
В моче - азот аммиака - микродиффузшм методом;. В кале-сухое вещество и сырую; золу - гравиометрически; общий азот - по Къельдалю; клетчатку - методом Гаввеберга и Штомана,' кальций -тридонометрически; фосфор.- по реакции с ванадат-молибдатным: реактивом; нитраты - ионометрически.
Кроме этого, в исследуемых образцах определяли, калий и натрии с использованием пламенного фотометра, серу, кобальт и йод - колориметрически, магний, железо, цинк, медь, марганец, кадмий'. И' свинец - методом атомно-абсорСдаонной спектроскопии.
-Наличие остаточного количества хлорорганических пестищшов (ЖГ и гексахлоран) - методом тонкослойной хроматографии.
Полученный экспериментальный материал обрабатывали статистически с использованием персональной ЭЕМ. Результаты рассматривали как достоверные, начиная со значения р<0,05.
