Введение к работе
Актуальность темы. Инновационное технологическое развитие молочного скотоводства и козоводства предусматривает повышение продуктивности животных, снижение себестоимости производства, улучшение экологической безопасности и качества молочной продукции с целью обеспечения ее конкурентоспособности в системе ВТО.
Производство молока в современных условиях считается экономически выгодным при уровне молочной продуктивности не менее 5-6 тыс. кг на корову в год. При такой продуктивности вывод из организма питательных веществ с молоком составляет: сухих веществ – 625-750, протеина – 155-186, жира – 180-216, лактозы – 240-288, минеральных веществ – 35-42 (кг/гол./год), что значительно повышает уровень требований к организации полноценного кормления молочного скота (Калашников А.П., Фисинин В.И., Щеглов В.В. и др., 2003).
Проблема производства экологически безопасной молочной продукции неразрывно связана с постоянно возрастающим антропогенным загрязнением окружающей среды вредными токсикантами. Объемы ежегодных выбросов в атмосферу отходов производства предприятий химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной и других видов промышленности постоянно увеличиваются, что приводит к повышению содержания солей тяжелых металлов, вредных химических веществ и соединений не только в воздухе, но и в выпадающих осадках, загрязняющих водные ресурсы, почву, растения. Ежегодно в России образуется порядка 3,4 млрд. т. отходов, резко увеличивается количество транспортных средств, что также приводит к утяжелению экологической ситуации в целом (Чурмасова Л.А., Титова С.С., 2011). Положение осложняется вынужденным применением в технологических процессах производства зерновых, технических и кормовых культур значительных доз химических удобрений, ядов и гербицидов.
Загрязнение экотоксикантами биосферы (воздух, вода, почва, корма) отражается на уровне содержания вредных веществ в сырье и продуктах питания (Фомичев Ю.П., 1998; Осикина Р.В., 2000; Донник И.М., Смирнов П.Н., 2001; Пенькова И.Н., Мишина О.Ю., 2009 и др.). В последние годы удельный вес проб молока и молочных продуктов, не соответствующих гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, повысился с 2,41% в 2008 г. до 3,21% в 2011 г. и оказался наибольшим среди всех групп пищевых продуктов (Чикина Л.В., 2013).
Экологическая обстановка в зоне Нижнего Поволжья и, в частности, в Волгоградской области остается сложной. В регионе функционирует большое количество предприятий химической промышленности, машиностроительного профиля, он перенасыщен автотранспортом. По уровню развития промышленности Волгоградская область входит в число наиболее промышленно развитых регионов России и относится к зоне с высокой степенью экологической напряженности. В результате загрязнения земель часть продукции животноводства характеризуется повышенным содержанием солей тяжелых металлов (Мухин Ю.П., Кузьмина Т.С., Баранов В.А., 2002; Ривняк Т.Т., 2005; Мишина О.Ю., 2010).
В связи с напряженной экологической ситуацией в ряде регионов России особую актуальность и практическую значимость в деле получения экологически безопасной продукции животноводства представляют разработка и применение нового поколения биологически активных веществ, кормовых добавок, сорбентов, позволяющих при включении в рацион повысить естественную резистентность животных, снизить отрицательное воздействие техногенных и антропогенных факторов, обеспечить реализацию генетического потенциала роста, развития и продуктивности животных.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР ГНУ Поволжский НИИ производства и переработки мясомолочной продукции Россельхозакадемии (№ гос. регистрации 15070.7713080668.06.8.001.4), а также в рамках Научно-технической программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса РФ 2001-2005 гг. и 2006-2010 гг. (шифр № 10.06); по гранту РФФИ «Новые принципы и методы в разработке современных технологий производства экологически безопасной продукции животноводства» (№ 09-08-13526, 2009 г.).
Цель и задачи исследований. Цель работы – дать научное обоснование новым методам повышения качества, экологической безопасности и эффективности производства молока на основе оптимизации кормления лактирующих животных в условиях техногенеза и их практической реализации.
Для достижения намеченной цели поставлены следующие задачи:
– провести мониторинг экологической обстановки в сельхозпредприятиях Нижнего Поволжья и Ростовской области;
– определить содержание токсикантов (тяжелых металлов) в биотехнологической цепи: почва – вода – корма – организм лактирующих животных – молоко – молочные продукты, в сельхозпредприятиях пригородной зоны г. Волгограда и г. Ростова;
– выявить адсорбирующую способность цеолитов, тыквета, яблочных и томатных выжимок, «Мелонвета» и «Мелона» с целью снижения уровня содержания тяжелых металлов в организме животных, молоке и молочных продуктах;
– исследовать эффективность использования в рационах лактирующих животных новых биологически активных добавок: «Йоддар», «Йоддар-Zn», «Лактумин» и «Лактусил», новых премиксов: «Микс-Эп», «Микс-Эм», «Стимул» и «КондорТМ»;
– изучить эффективность применения новых консервантов: «ВАГ-1», глицин, «СилАСС», при заготовке и использовании кукурузного силоса в рационах коров;
– разработать способы очистки воды, предназначенной для поения лактирующих животных;
– дать экономическую оценку применению изучаемых сорбентов, БАД, премиксов и консервированных силосов в кормлении лактирующих коров и козоматок при производстве экологически безопасной молочной продукции.
Научная новизна исследований. Впервые проведены комплексные исследования по научному обоснованию и практическому применению новых сорбентов, биологически активных добавок, премиксов и консервированного силоса при производстве коровьего и козьего молока в регионах с большой антропогенной нагрузкой на окружающую среду.
Научно обоснован качественный и количественный состав разработанных кормовых средств, изучен механизм их действия, подтверждена безопасность в экспериментальных условиях и клинических наблюдениях.
При использовании инновационных разработок в кормлении лактирующих коров и козоматок на основании комплексной оценки физиологических, биологических, зоотехнических и экономических показателей установлены особенности переваримости питательных веществ рационов, обмена веществ и энергии в организме животных, выявлены закономерности миграции тяжелых металлов в биотехнологической цепи: почва – вода – корма – животные – сырье – пищевые продукты, и научно обоснована принципиально новая технология производства экологически безопасного молока и молочной продукции.
Теоретически обоснована возможность мониторинга экологической безопасности производства продуктов здорового питания, позволяющего контролировать их загрязнение токсичными веществами.
На основании проведенных экспериментальных исследований разработаны, утверждены в установленном порядке и внедрены на федеральном уровне более 10 новых видов молочных продуктов. При этом сформулированы принципы системного подхода к производству экологически безопасных и функциональных продуктов, в том числе и для детского питания.
Новизна научных исследований подтверждается патентами РФ на изобретения: «Способ повышения качества молока» (№ 2222965 от 10.02.04), «Способ кормления лактирующих коров» (№№ 2227515 от 27.04.04, 2252603 от 27.05.05), «Способ получения сорбента на растительной основе для очистки водных растворов от тяжелых металлов» (№№ 2209114 от 27.07.03, 2210431 от 20.08.03), «Способ получения фитосорбента» (№ 2276620 от 20.05.06), «Способ производства молочно-белкового продукта» (№ 2216192 от 20.11.03), «Биологически активная добавка к пище» (№ 2284707 от 10.10.06).
Выполненная работа является важным звеном в углублении теории и практики совершенствования технологии производства экологически безопасной и конкурентоспособной молочной продукции в условиях ВТО, что имеет важное народно-хозяйственное значение.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Предложены эффективные способы повышения молочной продуктивности, улучшения качества и экологической безопасности молока и молочных продуктов за счет использования в рационах коров и козоматок новых сорбентов, биологически активных добавок, премиксов и консервированных силосов.
Разработаны технологии производства и утверждена в установленном порядке нормативная документация на: сорбенты – цеолиты Городищенского месторождения (ТУ № 2163-149-10514645-07); яблочные выжимки (ТУ № 9146-150-10514645-07), томатные выжимки (ТУ № 9213-150-10514645-07), тыквет (ТУ № 9146-173-10514645-09), «Мелонвет» (ТУ № 9146-174-10514645-09), «Мелон» (ТУ № 9141-139-10514645-06); комплексные кормовые добавки и премиксы – «Стимул» (ТУ № 9146-178-10514645-10), «Микс-Эп» (ТУ № 9146-180-10514645-10), «Микс-Эм» (ТУ № 9146-179-10514645-10); биологически активные добавки – «Лактусил» (ТУ № 9197-157-10514645-08), «Лактумин» (ТУ № 91-154-10514645-08), зарегистрированные в рамках таможенного союза Республик Беларусь, Казахстан и России (RU.77.99.11.003.Е.0011909.01.12); консерванты зеленых кормов – «ВАГ-1» (ТУ № 2621-160-10514645-08), «СилАСС» (ТУ № 2621-177-10514645-10), глицин (ТУ № 2639-159-10514645-08), зарегистрированный в рамках таможенного союза Республик Беларусь, Казахстан и России (RU.77.99.88.009.Е.054143.12.11).
Применение в регионах с высокой степенью экологической напряженности новых видов сорбентов в составе рационов лактирующих коров позволяет повысить молочную продуктивность на 3,14-14,54%, содержание белка в молоке – на 0,04-0,15%, жира – на 0,07-0,15%. При этом молоко и молочная продукция отличаются высокой экологической безопасностью, а уровень рентабельности производства молока возрастает на 2,4-19,3%.
Скармливание лактирующим коровам и козоматкам новых биологически активных веществ, кормовых добавок и премиксов способствует улучшению их физиологического состояния, снижению затрат кормов на 3,21-4,95%, повышению молочной продуктивности на 3,98-10,91% и рентабельности производства молока – на 1,4-16,7%.
Установлена целесообразность применения новых консервантов для заготовки силосов, использование которых в рационах коров позволяет производить экологически безопасную молочную продукцию и дополнительно получать 14,06-17,94% молока.
Внедрение предложенных разработок для оптимизации кормления лактирующих коров и козоматок обеспечивает снижение содержания в организме животных и молочной продукции тяжелых металлов в 2,8-6,7 раза.
Разработаны рекомендации и методические указания по повышению качества, экологической безопасности и эффективности производства молока в регионах с повышенным техногенезом.
Результаты инновационных разработок внедрены в сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятиях Нижнего Поволжья, Ростовской области и других регионов.
Фрагменты диссертационной работы входят в проект, победивший во Всероссийской программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса (У.М.Н.И.К.) 2013».
Апробация работы. Материалы исследований и основные положения диссертации доложены и получили положительную оценку на: Российской научно-практической конференции «Технологические аспекты комплексной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения» (Углич, 2002 г.), международной научно-практической конференции «Системные технологии продовольственного сырья и пищевых продуктов» (Волгоград, 2003 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Производство пищевых продуктов в соответствии с требованиями концепции здорового питания» (Волгоград, 2004 г.), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК» (Волгоград, 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование технологий производства и переработки продукции животноводства» (Волгоград, 2005 г.), международной конференции «Научное обеспечение и тенденции развития производства пищевых добавок в России» (Санкт-Петербург, 2005 г.), международном конгрессе «Социально-экономические и экологические проблемы: Азия и Европа» (Элиста, 2005 г.), международной научно-практической конференции «Достижения зоотехнической науки и практики – основа развития производства продукции животноводства» (Волгоград, 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция фундаментальных и прикладных исследований – основа развития современных аграрно-пищевых технологий» (Углич, 2007 г.), международных научно-практических конференциях: «Современные технологии производства и переработки сельскохозяйственного сырья для создания конкурентоспособных пищевых продуктов» (Волгоград, 2007 г.), «Совершенствование технологий производства продуктов питания в свете Государственной программы развития сельского хозяйства на 2008-2012 гг.» (Волгоград, 2008 г.), «Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции» (Волгоград, 2010 г.), «Инновационные технологии – основа модернизации отраслей производства и переработки сельскохозяйственной продукции» (Волгоград, 2011 г.), «Научные и практические аспекты совершенствования качества продуктов детского и геродиетического питания» (Истра, 2012 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Научно-инновационные аспекты при создании продуктов здорового питания» (Углич, 2012 г.), молодежном научном мероприятии (грант РФФИ №12-08-06831) «Новые подходы к разработке и реализации конкурентоспособных технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции» (Волгоград, 2012 г.), международной научно-практической конференции «Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях» (Волгоград, 2012 г.), международной научно-практической конференции «Образование, наука и инновация в высшей школе: вчера, сегодня и завтра» (Уральск, 2012 г.).
Собственные разработки соискателя и научные разработки с его участием награждены дипломами и медалями на международных и всероссийских конференциях, выставках и конкурсах, в т.ч. золотыми медалями на 5-ой Международной научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек» (Москва, 2005 г.), всероссийских смотрах-конкурсах лучших пищевых продуктов и инновационных разработок (Волгоград, 2008-2012 гг.), Всероссийской выставке «Мир биотехнологий» (Москва, 2012 г.), Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва, ВВЦ, 2009-2012 гг.).
За инновационные разработки соискатель удостоен звания «Лауреат премии администрации Волгоградской области в сфере науки и техники за 2011 г.».
Основные положения, выносимые на защиту:
– мониторинг экологической обстановки в Нижнем Поволжье и Ростовской области за 2002-2012 гг.;
– способы снижения уровня содержания тяжелых металлов в организме лактирующих животных, молоке и молочных продуктах;
– эффективность применения новых сорбентов, биологически активных веществ, кормовых добавок и премиксов в рационах коров и козоматок с целью повышения их продуктивности, качества и экологической безопасности молочных продуктов;
– биохимические показатели качества кукурузного силоса при использовании новых консервантов и влияние их на удои и технологические свойства молока коров;
– клинические, гематологические, иммунологические и этологические показатели коров и козоматок при использовании новых кормовых средств;
– переваримость питательных веществ рационов, баланс азота, кальция и фосфора;
– экономическая эффективность использования предлагаемых новых сорбентов, биологически активных добавок, премиксов и консервированных силосов при производстве молока.
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 78 научных работ, в т.ч. 23 статьи – в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ, включая 8 патентов РФ на изобретения, 4 монографии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований, заключения, выводов, предложений производству, списка использованной литературы, иллюстрированного материала и приложений. Работа изложена на 380 страницах компьютерного текста, содержит 165 таблиц. Список использованной литературы включает 586 источников, в т.ч. 90 на иностранных языках. Список иллюстрированного материала содержит 10 рисунков.
