Содержание к диссертации
Введение
1. Эффективность использования различных видов субстратов в процессе проращивания зерна на кормовые цели 8
1.1 Значение пророщенного зерна в кормлении молочного скота
1.2 Строение зерна хлебных злаков 9
1.3 Изменения, происходящие в зерне в процессе проращивания
1.4 Влияние условий среды на прорастание зерна 15
1.5 Характеристика традиционных способов проращивания зерна
1.6 Характеристика нетрадиционных способов проращивания зерна с использованием различных видов субстратов
2. Условия, место и методика проведения исследований 50
2.1 Методика проведения исследований 50
3 Сравнительная эффективность проращивания зерна на различных видах субстратов (верховой торф, fin сапропель, мох-сфагнум)
3.1 Определение необходимой температуры и продолжительности замачивания зерна для обеспечения , оптимальных условий его проращивания
3.2 Влияние освещения на процесс проращивания зерна и выращивания гидропонной зелени
3.3 Результаты изучения оптимального соотношения зерна и субстрата при проращивании
3.4 Влияние вида субстрата на процесс проращивания зерна и скоростью роста проростков
3.5 Влияние послойного размещения зерна и субстрата на результаты проращивания .
3.6 Определение оптимальных условий (влажности и температуры) проращивания зерна и выращивания 7« гидропонной зелени в зависимости от вида субстрата
3.7 Определение потерь сухого вещества в зависимости от вида субстрата и продолжительности проращивания q зерна
3.8 Химический состав зерна и готового корма, полученного на различных видах субстратах
4. Результаты зоотехнической оценки методом IN VITRO способов проращивания зерна
5. Совершенствование оборудования для осуществления технологического процесса проращивания зерна
6. Результаты производственной проверки и внедрение разработанных способов проращивания зерна
7. Экономическая эффективности новой технологии проращивания зерна на кормовые цели
Выводы 102
Предложения производству 105
Список использованной литературы 107
Приложения 120
- Значение пророщенного зерна в кормлении молочного скота
- Методика проведения исследований
- Определение необходимой температуры и продолжительности замачивания зерна для обеспечения , оптимальных условий его проращивания
- Результаты зоотехнической оценки методом IN VITRO способов проращивания зерна
- Совершенствование оборудования для осуществления технологического процесса проращивания зерна
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время применяемые в хозяйствах Северо-Западной зоны технологии заготовки и хранения кормов и подготовки их к скармливанию недостаточно совершенны. В результате чего, потери питательных веществ при их осуществлении достигают 25-30% и выше.
Несовершенство применяемых технологий заготовки и хранения кормов является одной из основных причин недостатка витаминов и других биологически активных веществ в рационах животных в стойловый период, что влечёт за собой нарушение физиологических и, в частности, воспроизводительных функций животных, в следствии чего наблюдается снижение их продуктивности, уменьшение выхода телят на 100 коров и т. д. Эффективным способом устранения этих причин является использование в кормлении животных пророщенного зерна. Однако рекомендуемые в настоящее время способы проращивания зерна имеют ряд существенных недостатков. Это, прежде всего большие потери питательных веществ на дыхание прорастающего зерна, которые достигают 20-25%. Кроме этого, часть невсхожих зёрен при проращивании загнивает, микроорганизмы, участвующие в этом процессе, вырабатывают токсины, которые снижают качество готового -корма и могут привести к отравлению животных.
Необходимостью устранения недостатков существующих технологий проращивания зерна и была обусловлена необходимость проведения данных исследований.
Целью исследований являлась разработка приёмов и способов, обеспечивающих сокращение потерь питательных веществ в процессе проращивания зерна и снижение затрат на его производство.
Для осуществления поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
Разработать способы, обеспечивающие сокращение потерь питательных веществ в процессе проращивания зерна, путем использования различных видов субстратов, таких как верховой торф, сапропель, мох-сфагнум.
Изучить сравнительную эффективность используемых субстратов при их совместном и раздельном применении.
Установить оптимальное соотношение и взаиморасположение зерна и субстрата при проращивании.
Определить оптимальный период проращивания зерна, обеспечивающий наибольший выход биологически активных
веществ при минимальных потерях питательных веществ и наименьших материальных затратах.
Определить потери сухой массы и питательных веществ при проращивании в зависимости от вида субстрата.
Установить оптимальную влажность зерна в период проращивания.
Изучить изменение химического состава проращиваемого зерна в зависимости от продолжительности периода проращивания и вида субстрата.
Изучить возможность исключения или снижения интенсивности освещения зерна в первые 2-4 дня проращивания.
Изучить влияние освещения на процесс проращивания зерна и выращивания гидропонной зелени.
Усовершенствовать конструкцию лотков и их взаиморасположение на стеллажах в целях повышения качества проращиваемого зерна и увеличения его выхода с единицы полезной площади помещения для проращивания.
Установить влияние температуры внутри помещения на скорость, интенсивность процесса прорастания зерна и развития процессов порчи невсхожих зёрен.
Провести производственную проверку усовершенствованной технологии проращивания зерна и изучить его переваримость методом in vitro.
Научная новизна проведённых исследований заключается в том, что в целях сокращения потерь питательных веществ и замедления порчи невсхожих зёрен в процессе проращивания зерна впервые использованы субстраты, включающие верховой торф, сапропель и мох-сфагнум, обладающие фунгицидным и бактерицидным действием, ускоряющие процесс прорастания зерна и используемые в качестве нетрадиционных видов кормовых средств в кормлении различных видов животных.
Кроме того, в целях сокращения энергетических и материальных затрат, увеличения выхода готового корма с единицы полезной площади помещения для проращивания и повышения его качества, впервые предложены, экспериментально обоснованы и апробированы в производстве новые технологические параметры осуществления процесса проращивания зерна такие как температурный режим и режим освещения, сокращение периода проращивания, новая конструкция лотков. Научная новизна разработки
подтверждена тремя патентами на изобретение № 2230459, № 2230460, № 2230461, полученными в 2004 году.
Практическая ценность работы. Разработанная технология проращивания зерна позволяет значительно снизить затраты на его осуществление, уменьшить себестоимость полученного пророщенного зерна, благодаря сокращению периода проращивания, уменьшению потерь питательных веществ, увеличению выхода готового корма с единицы полезной помещения.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на: межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов (Молочное 2002, 2005), юбилейной научно-практической конференции, посвященной 60-летию факультета агрономии и лесного хозяйства (Молочное 2003), юбилейной научно-практической конференции, посвященной 60-летию факультета агрономии и лесного хозяйства (Молочное 2003), на Емельяновских чтениях в СЗНИИМЛПХ в 2006 году, а также ежегодно докладывались на ученых советах агрономического факультета. Результаты работы прошли производственную проверку в ОПХ «Куркино» Вологодского района и колхозе «Аврора» Грязовецкого района Вологодской области.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 120 страницах компьютерного текста, содержит 25 таблиц, 3 рисунков. Список литературы включает 167 источников.
Исследования по теме диссертационной работы были проведены в отделе кормопроизводства ГНУ Северо-Западный НИИ молочного и лугопастбищного хозяйства (ГНУ СЗНИИМЛПХ) в период 2000-2005 гг. Определение качественных показателей пророщенного зерна вместе с субстратом и зелёными проростками, а также химические анализы по изучению питательности готового корма, и анализы субстратов проведены в химической лаборатории СЗНИИМЛПХ и агрохимцентра «Вологодский» (п. Молочное) по общепринятым методикам. Математическая обработка полученных экспериментальных данных проведена методом дисперсионного анализа (Доспехов Б. А.) с использованием системы ANOVA программы P7D BMDP Статистического пакета программ.
Для решения поставленных задач было проведено 11 лабораторных опытов в четырёхкратной повторности.
В опыте 1 определяли необходимую температуру воды и продолжительность замачивания зерна для обеспечения оптимальных условий его проращивания. Для этого зерно ячменя, замачивали в воде определённой температуры на 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, и 24 часа и ставили в термостат для поддержания температуры воды.
В опыте 2 изучали необходимость освещения в первые 3-4 суток проращивания, а также влияние различных источников освещения на выход готового корма, длину проростков, содержание витаминов и каротина в пророщенном зерне.
Опыты 3-6 включали каждый по девять вариантов. В этих опытах изучали влияние различных доз субстрата (0,5; 1; 2; 5; 7; 10; 30; 50% от массы сухого зерна) на процесс проращивания зерна и выращивания гидропонной зелени. Целью данного опыта являлось установить оптимальную дозу субстрата для проращивания зерна при продолжительности проращивания 5 и 10 дней.
Опыт 7 включал 5 вариантов по изучению влияния вида субстрата на процесс проращивания зерна и скорость роста проростков.
Опыт 8 состоял из 9 вариантов по изучению эффективности и целесообразности послойного .расположения зерна ячменя и субстрата при проращивании, в целях его экономии.
Опыт 9 состоит из 5 вариантов по изучению потерь сухого вещества и элементов питания в процессе проращивания зерна и выращивания гидропонной зелени на исследуемых субстратах. Продолжительность опыта 10 дней. Учёты по потерям сухого вещества проводили через каждые 3 дня.
Опыты 10 проводился с целью определения оптимальной температуры при проращивании зерна, обеспечивающей минимальную степень порчи невсхожих зёрен без снижения скорости прорастания. Для этого процесс проращивания зерна на различных видах субстратов проводили при пяти градациях температуры: +10, +13, +15, +18, +20С. Продолжительность опыта 10 дней. Схема опыта включала 5 вариантов.
Опыт 11 состоял из 5 вариантов по определению оптимальной влажности зерна в процессе его проращивания в зависимости от вида субстрата. Для установления оптимальной влажности зерно ячменя в опыте увлажняли до 40, 50,60,70,80% путём замачивания в воде. Продолжительность опыта 10 дней.
В ходе опытов проводили наблюдения за ростом и развитием проростков зерна в зависимости от вида субстрата, от процентного соотношения зерна и субстрата, от послойного расположения зерна и субстрата при проращивании, от условий проращивания (температура, влажность, свет)..
В ходе исследований были изучены химический состав и питательность пророщенного зерна вместе с субстратами и отдельно зелёных проростков, определена переваримость сухого вещества методом in vitro.
Значение пророщенного зерна в кормлении молочного скота
Известно, что для повышения продуктивности животных важное значение имеет рациональное кормление, заключающееся в использовании рационов сбалансированных по всем видам питательных и биологически активных веществ.
Наряду с обеспечением кормовых рационов протеином, углеводами, минеральными веществами, очень важным является обогащение их витаминами, стимуляторами роста и другими биологически активными соединениями. Так как витаминов промышленного производства вырабатывается ещё мало и стоимость их ещё высокая, то главным источником обогащения рационов витаминами являются растительные корма внутрихозяйственного производства.
Наиболее острый недостаток биологически активных веществ наблюдается в зимний, особенно, ранне-весенний периоды. В результате того, что большая их часть теряется в процессе хранения; в целях уменьшения их дефицита в последние десятилетия стали широко применять гидропонную зелень, т. е проращивание зерна в течение 12-14 дней до образования зелёных ростков длиной 10-15см (33).
Необходимость в проращивании зерна диктуется тем обстоятельством, что во влажном зерне активизируется комплекс ферментов, с помощью которых питательные вещества гидролизируются и превращаются в растворимые простые соединения, легко усвояемые молодняком раннего возраста, у которых, как известно, пищеварительные соки ещё недостаточно сильны для эффективного переваривания растительных кормов (5). Благодаря непрерывности процесса выращивания гидропонного корма животные могут получать его в любое время года независимо от погодных условий. Скармливание пророщенного зерна обеспечивает повышение их продуктивности, сокращение заболеваемости и падежа скота, при этом значительно сокращаются случаи авитаминоза, анемии. Сводятся к минимуму затраты на покупку дорогих витаминных препаратов и премиксов, улучшается использование кормов основного рациона (17).
Методика проведения исследований
Для проведения опытов использовали зерно ячменя. Для того чтобы получить зерно с влажностью необходимой для прорастания его замачивали в воде комнатной температуры на 8 часов. По истечении этого срока, воду сливали, а зерно перемешивали с субстратом и раскладывали на лотки для проращивания согласно схеме опыта. В качестве субстратов использовали верховой торф, сапропель, мох-сфагнум. Проращивание зерна а лабораторных опытах проводили в лотках со сплошным дном размером 23 на 12 см и высотой стенок 5 см. По мере подсыхания поверхности зерно орошали 2 раза в сутки водой комнатной температуры. Проращивание велось в течение 5 и 10 суток.
В процессе опыта проводили наблюдения за энергией прорастания семян в зависимости от наличия и дозы субстрата, проводили замеры высоты растений через определённые промежутки времени для установления динамики роста растений. Наличие плесени на зерне и количество загнивших зерен определяли визуально и по процентному содержанию заплесневевших зёрен. Для этого брали навеску пророщенного зерна вместе с субстратом массой 100г. При разборе навески подсчитывали количество заплесневевших и чистых зёрен, рассчитывали степень плесневения и количество загнивших зёрен в процентах. По окончании опыта определяли отдельно массу зеленых проростков, проросшего зерна с корнями и субстратом и отбирали образцы на химический анализ.
Лабораторные опыты по проращиванию зерна и получению гидропонной зелени проводили в лаборатории кормопроизводства, химические анализы по изучению питательности пророщенного зерна были проведены в аналитической лаборатории СЗНИИ молочного и лугопастбищного хозяйства по общепринятым методикам.
Для изучения химического состава массу зелёных проростков и проросшего зерна с субстратом тщательно перемешивали и брали необходимые навески для анализа. Качественные показатели пророщенного зерна с субстратом и зелёными проростками определяли в соответствии с ГОСТами: общий азот по Къльдалю (ГОСТ 13496.2-91); влажность -высушиванием навески до постоянного веса при температуре 105С; водорастворимые углеводы - по Бертрану (ГОСТ 26176-84); зола - сухим озолением в муфельной печи при температуре 450-500С (ГОСТ 26226-95); обменную энергию, кормовые единицы - расчетным путём (Рекомендации ВНИИ кормов, 1990г, рекомендации БелНИЖ применительно к формуле Аксельсона), жир - по Сокслету (ГОСТ 13496.15-97); калий и натрий - на пламенном фотометре; микроэлементы - в растворе золы фотокалориметрическим методом; кальций и магний - с помощью комплексона-3 (102).
Химический анализ верхового торфа и сапропеля был выполнен в агрохимцентре «Вологодский» (пос. Молочное) по следующим показателям: рН солевой вытяжки с помощью рН-метра; подвижный фосфор - по Кирсанову; калий - на пламенном фотометре; механический состав - по Качинскому (8, 97).
Определение необходимой температуры и продолжительности замачивания зерна для обеспечения , оптимальных условий его проращивания
Прорастание зерна - начальный этап жизненного цикла растений. Для прорастания семян требуются строго определённые условия: достаточная влажность, тепло и воздух (точнее кислород). Прорастание начинается с поглощения семенами влаги и его набухания.
Минимальная влажность зерна, при которой начинается его прорастание, составляет 35-37%, однако, для быстрого и дружного прорастания требуется более высокая влажность. Для того, чтобы получить зерно с требуемой для проращивания влажностью его погружают в воду на определённое время. Характерной особенностью зерна является медленное проникновение воды в его внутреннюю часть. Поэтому для приобретения зерном необходимой влажности требуется значительный промежуток времени. Причём, чем ниже исходная влажность, тем больше времени требуется для его увлажнения.
Для этого зерно ячменя замачивали в воде с температурой 10; 18; 20; 25; 30 и 35С на 6, 8,10,12,14,16, 18, 20, 22 и 24 часа.
Для определения влияния на всхожесть семян температуры воды и продолжительности замачивания, в конце каждого срока замачивания отсчитывали четыре пробы по 100 семян и определяли их всхожесть в соответствии с методикой ГОСТ. Проращивание семян проводили в чашках Петри с использованием фильтровальной бумаги и помещали их в термостат. И после шести суток проращивания подсчитывали количество проросших семян. Влияние продолжительности замачивания и температуры воды на всхожесть зерна представлено в таблице 10.
На основании проведённых исследований мы установили, что только после 8-Ю часов нахождения в воде зерно приобретало необходимую для прорастания влажность выше 35% (табл. 10).
Результаты зоотехнической оценки методом IN VITRO способов проращивания зерна
Зоотехническая оценка технологии проращивания зерна на субстратной основе проведена путём изучения переваримости сухого вещества методом in vitro. Переваримость сухого вещества определяли после пяти дней проращивания при образовании проростков длиной 2-3 см и после 10 дней проращивания при длине ростков 12-17 см.
В основу данного метода положено моделирование в лабораторных условиях, процессов пищеварения; происходящих в организме жвачных животных. Для проведения анализа использовали мешочки из полиамидной ткани размером 3 х 4см. При их изготовлении остаётся не заклеенной одна из более узких сторон. Мешочки высушивали до постоянной массы при температуре +65С и до проведения исследований хранили в эксикаторе. Образцы корма предварительно высушивали при температуре +65С до постоянного веса. Высушенные образцы размалывали до величины частиц 1мм.
Масса навески корма составляла 0,5г (точность взвешивания до 0,0001 г). После взвешивания образец корма помещали в мешочек, предварительно взвешенный и пронумерованный.
Мешочки с образцами кормов при помощи зажимов из нержавеющей проволоки равномерно закреплялись на четырёх растяжках рамки. Тщательно перемешивали рубцовую жидкость. В ванну ферментатора заливали 2700мл буферного раствора, предварительно подогретого до температуры 39-40С, а затем добавляли 700мл рубцовой жидкости. После этого рамку с зафиксированными на ней мешочками погружали в ванну. Эту операцию следует выполнять осторожно, чтобы избежать смачивания верхнего края мешочков.
Затем в термостат помещали два лабораторных магнитных смесителя, на которые устанавливалась ванна ферментатора. В ванну опускали движетели смесителей, после их погружения необходимо было убедиться, что каждый из них находится в зоне действия магнитного поля смесителя. Ванна закрывалась крышкой, которая уплотнялась при помощи пластилина или лейкопластыря.
Для создания анаэробных условий воздух из ванны вытесняли углекислым газом, который подавался по резиновому шлангу через отверстия в крышке ванны; вытесняемый воздух выходил через отверстие, предназначенное для датчика рН-метра, который предварительно извлекался из крышки.
Переваривание образцов корма в среде буферного раствора и рубцовой жидкости продолжалось 48 часов при температуре 38-39С. По окончании указанного срока отключали магнитные смесители, открывали крышку ванны ферментатора, вынимали рамку с мешочками и 2-3 раза промывали их струёй водопроводной воды.
Вторая стадия переваривания заключалась в воздействии на образцы кормов раствора пепсина и соляной кислоты, в результате чего происходил гидролиз белков в сычуге и кишечнике. В ванну заливали 3150мл дистиллированной воды и 350мл однонормального раствора соляной кислоты; предварительно подогретого до температуры 38-40С. Затем растворяли в ванне 7,1 г пепсина и помещали в ванну рамку с мешочками, опускали на дно рамки движетели магнитных смесителей, закрывали крышку и включали смесители. Продолжительность второй стадии инкубации составляла 24 часа. Создание анаэробных условий и герметизация крышки не производилась. После завершения второго этапа инкубации образцов рамку с мешочками дважды промывали под струёй водопроводной воды и устанавливали под углом 45 на двое суток для высушивания. После этого мешочки с образцами снимали с рамки и сушили до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 60-65С (114).
Совершенствование оборудования для осуществления технологического процесса проращивания зерна
Вырастить зелёный корм методом гидропоники непросто. Необходимо соблюдать определённую технологию и создать оптимальные условия для проращивания зерна. В результате проведённых исследований мы установили, что для получения готового продукта высокого качества зерно при проращивании должно постоянно поддерживаться во влажном состоянии, а целях предупреждения плесневения невсхожих зёрен процесс проращивания необходимо вести при температуре не выше +10 + 16С. В связи с тем, что при увеличении срока проращивания зерна до 10-12 дней потери питательных веществ зерна достигают 25-28%, поэтому сокращение периода проращивания зерна до 3-4 суток позволяет их снизить в 4-5 раза.
Для проращивания зерна можно использовать лотки различной конструкции (рис. 1) В настоящее время наиболее часто применяют лотки со сплошным дном и высотой стенок 5-6см. При этом дном лотка служит обычное листовое железо, которое расстилают по всей длине яруса. Поперёк листа железа на расстоянии 50-60см друг от друга приваривают пластинки шириной 5-6см, которые служат боковыми стенками лотков, из такой же пластинки изготавливают и заднюю стенку лотка. Переднюю часть лотка оставляют открытой для обеспечения стекания избытка воды и облегчения выгрузки зерна. В целях предупреждения застаивания воды на дне лотков их располагают с небольшим наклоном вперёд, угол наклона 2-4 градуса. Однако даже наклон лотка не обеспечивает полного стекания избытка воды по сплошному дну, в результате чего в нижней части слоя зерна оно бывает избыточно увлажнено. Продолжительное переувлажнение зерна отрицательно сказывается на его всхожести и ведёт к загниванию невсхожих зёрен.
Поэтому нами были предложены лотки аналогичной конструкции, но с перфорированным дном. Для этого на всей площади дна лотка делают небольшие отверстия диаметром 3-4мм на расстоянии 10-15см друг от друга. При этом избыток воды при поливе стекает через отверстия на зерно, находящееся в лотках ниже расположенного яруса. Для сбора избытка воды под лотками нижнего яруса делают полог из плёнки или листового железа, или оставляют в лотках этого яруса сплошное дно (рис. 2).
В целях увеличения выхода пророщенного зерна при ограниченном объёме помещения предлагается использовать также кассетный способ расположения лотков (рис. 3).
