Введение к работе
Актуальность работы. Отходы потрошения и содержания птицы являются наиболее перспективными с точки зрения полезной утилизации и создания безотходных технологий. По химическому составу – содержанию аминокислот, сбалансированности микро- и макроэлементов – перо-пуховое сырье, помет и другие виды отходов являются ценным источником питательных веществ при производстве кормовых добавок.
Существующие технологии переработки отходов птицеводства основаны на процессах, в которых биодоступность полезных компонентов и их деконта-минация достигается, главным образом, посредством высокотемпературной гидротермической обработки или с применением кислотного (щелочного) гидролизов. Подобные способы зачастую ведут к потере и рацемизации незаменимых аминокислот, образованию циклопептидов и значительному снижению общей биологической ценности конечных кормовых продуктов.
Принципиально новым подходом в этом направлении является создание биоконверсионных технологий, основанных на применении эффективных систем микроорганизмов-деструкторов. Подобные микроорганизмы способны синтезировать ферменты и ферментные комплексы в окружающую среду и обеспечивать процесс конверсии сложных органических соединений, входящих в состав отходов в усвояемые формы. Уникальной особенностью таких штаммов является способность к подавлению роста и развития патогенной микрофлоры отходов.
Таким образом, исследование, направленное на совершенствование биотехнологических способов утилизации отходов птицеводства и разработку технологии получения из них кормовой добавки представляет собой актуальную задачу, решение которой направлено одновременно как на глубокую переработку, так и на полное обезвреживание отходов.
Степень проработки темы исследований. Существенный вклад в развитие инновационных технологий использования вторичного сырья в животноводстве внесли российские и зарубежные исследователи: В.П. Лысенко, В.Г. Волик, А.Н. Панин, Н.В. Морозов, А.А. Завалин, Б.А. Баженова, Т.М. Гиро, Д.Ю. Исмаилова, А.Ю. Полетаев, А.A. Архипченко, В.М. Поздняковский, Л.В. Антипова, Л.Е. Матросова, A.M. Шония, Л.K. Эрнст, Ю.И. Аверьянов, Г.А. Бобылев, А.М. Смирнов, Л.А. Изерская, В.Д. Хмыров, C. Meng, E. Tiwary, L. Tymczyna, C. Williams, C. Zhongzhi, E. и др.
Цель и задачи исследований. Целью работы являлось исследование и разработка технологии утилизации отходов птицеводства в кормовую добавку за счет использования консорциума микроорганизмов-деструкторов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решались следующие задачи:
– подобрать штаммы микроорганизмов-деструкторов для обеспече-
ния процесса утилизации отходов птицеводства в кормовую добавку;
– изучить влияние наночастиц серебра (НЧС) на микроорганизмы-
деструкторы и патогенную микрофлору отходов;
- оптимизировать параметры культивирования микроорганизмов -
деструкторов;
исследовать показатели безопасности и качества кормовой добавки, полученной на основе переработки отходов птицеводства;
оценить эффективности применения кормовой добавки в кормлении цыплят-бройлеров;
разработать технологию утилизации отходов птицеводства в кормовую добавку;
рассчитать экономическую эффективность применения кормовой добавки в кормлении цыплят-бройлеров;
разработать техническую документацию на кормовую добавку. Научная новизна работы заключается в следующем:
подобраны штаммы микроорганизмов-деструкторов, обладающие антагонистическим действием в отношении патогенной микрофлоры отходов птицеводства и способные к гидролизу сложных органических соединений: Bacillus pumilus SAFR-032, Microbactermm terregens AC1180, Bacillus fastidiosus B11090, Arthrobacter globiformis AC1529, Streptomyces olivocinereus AC1169, Acinetobacter sp. B3905;
изучено влияние НЧС на микроорганизмы-деструкторы и тест-культуры патогенов отходов птицеводства, установлены пороговые значения содержания и оптимальная концентрация НЧС, равная 80 мкг/мл;
сконструирован консорциум микроорганизмов-деструкторов отходов птицеводства: Bacillus pumilus SAFR-032, Microbactermm terregens АСІ 180, Bacillus fastidiosus B11090, Arthrobacter globiformis AC1529, Streptomyces olivo-cinereus AC1169, Acinetobacter sp. B3905, в соотношении 3:1:2:1:2:1;
оптимизированы параметры культивирования микроорганизмов-деструкторов: оптимальный состав питательной среды, г/дм3: мальтоза - 8; триптон - 8; хлорид натрия - 6; установлены оптимальные параметры культивирования: продолжительность 17-20 ч, температура 37±2 С, рН 7,0-8,0, перемешивание 90 об/мин, аэрация 1,25 дм3/мин.
Практическая значимость работы. На основании результатов проведенных исследований обоснована практическая значимость работы:
получена кормовая добавка, отличающаяся высокой биологической ценностью за счет сбалансированного аминокислотного состава, повышенного содержания протеина (89,9 - 90,2%) и серосодержащих аминокислот (цистеина, триптофана), имеющих важное значение в рационе кормления птицы;
- доказана возможность улучшения с использованием новой кормо
вой добавки как зоотехнических показателей (сохранность поголовья, прирост
живой массы), так и показателей пищевой ценности мяса цыплят-бройлеров
(повышенное содержание белка в мышечной ткани, снижение содержания жи
ра, увеличение количеств эссенциальных нутриентов - аминокислот, витами
нов, минеральных веществ);
произведён расчет экономической эффективности применения кормовой добавки. Установлено, что выручка от реализации продукции с учетом затрат за работу и услуги, необходимые для производства и реализации 100 кг
кормовой добавки, составляют 12,05 тыс. руб. В соответствии с этими показателями, полученная прибыль позволит продолжать выпуск кормовой добавки;
разработаны технические условия ТУ 9231-225-020683315-2017 «Кормовая добавка на основе отходов птицеводства» и технологическая инструкция на процесс производства кормовой добавки.
Отдельные этапы работы были выполнены в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. по темам: «Разработка технологии получения ферментных препаратов для решения задач пищевой, биотехнологической и фармацевтической промышленности методом генной инженерии и изучение полученных свойств», гос. контракт №14.В37.12.2074; «Исследование и разработка технологии термостабильных ферментных препаратов для решения задач пищевой, биотехнологической и фармацевтической промышленности», гос. контракт №14.740.12.0813; «Разработка технологии получения органических нанокомпозиционных носителей для выделения и иммобилизации биологических веществ», гос. контракт №П2064.
Выполнение работы было поддержано стипендиями Президента РФ для обучения за рубежом 2014/15 гг. (приказ № 304 от 10.04.2014 г. Минобрнауки России, приказ № 558 от 03.06.2015 г. Минобрнауки России).
Положения, выносимые на защиту:
обоснование выбора штаммов микроорганизмов-деструкторов;
оценка влияния НЧС на свойства микроорганизмов-деструкторов;
оценка эффективности применения биопрепарата для обеспечения процесса утилизации отходов птицеводства в кормовую добавку.
Степень достоверности и апробации работы. Основные теоретические положения и практические результаты научной работы докладывались на конференциях, конкурсах, форумах и фестивалях международного, всероссийского и регионального уровней: всероссийский фестиваль науки «Изобретатель 21 века», (Иркутск, 2013), международный форум «Пищевые инновации и биотехнологии», (Кемерово, 2013), VII конференция молодых ученых и специалистов научно-исследовательских институтов «Научный вклад молодых ученых в развитие пищевой и перерабатывающей промышленности АПК», (Москва, 2013), Зимняя научная школа «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии», (Москва, 2014), международный конкурс и конференция научно-исследовательских проектов «EurasiaGreen», (Екатеринбург, 2014), 8-я международная конференция «European Conference on Innovations in Technical and Natural Sciences», (Австрия, 2015), международная научно-практическая конференция «Новая наука: современное состояние и пути развития», (Стерлитамак, 2015), European Journal of Biomedical and Life Sciences, (Австрия, 2015), IX Международная молодежная научно-практическая конференция «Научные исследования и разработки молодых ученых», (Новосибирск, 2016), IV Международная научно-практическая конференция «Наноматериалы и живые системы», (Москва, 2016), XI International scientific-practicial conference «The strategies of modern science development», (North Charleson, USA, 2016), XI International research and practice conference «Science, technology and higher
education», (Westwood, Canada, 2016), «Продовольственная безопасность в контексте новых идей и решений» (Семей, Казахстан, 2017).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 24 печатных работы, в том числе три статьи в отраслевых журналах, рекомендованных ВАК РФ и две статьи в изданиях, индексированных Web of Science и Scopus.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 36 таблиц и 22 рисунка. Список литературы включает 217 наименования.