Введение к работе
1.1 Актуальность темы. Современный уровень развития пищевой и перерабатывающей промышленности и состояние их сырьевой базы требуют принципиально нового подхода к проблеме использования вторичных ресурсов. В этом плане представляют интерес вторичные продукты – шроты, получаемые после СО2-экстракции пряно-ароматического сырья, информация о химическом составе которых, имеет разрозненный, а порой и противоречивый характер. Разработка безотходных технологий их переработки с применением микробиологического синтеза позволит максимально использовать все ценные компоненты вторичного сырья и создать новые продукты, например пробиотической направленности. Проблема расширения сферы применения таких шротов актуальна в связи со значительным их объемом (только в Южном Федеральном округе более 600 тонн в год).
Конкурентоспособность и рентабельность отечественного птицеводства определяются высокой продуктивностью птицы, которая в настоящее время обеспечивается за счет импортных биофармацевтических препаратов. Вместе с тем, для замены кормовых антибиотиков, повышения перевариваемости корма, стимуляции роста и продуктивности птицы могут быть использованы отечественные кормовые добавки пробиотического действия, предназначенные для компенсации негативного влияния интенсивных приемов выращивания птицы и экологизации птицепродукции.
Актуальность работы заключается в необходимости создания специализированных высокоэффективных пробиотических кормовых добавок с применением методов биотехнологии на основе СО2-шротов пряно-ароматического сырья, с учетом особенностей их химического состава в комплексе с молочнокислыми микроорганизмами.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», № Госрегистрации 01200109253 и планом НИР КубГТУ.
1.2 Цель работы – разработка рецептуры пробиотической кормовой добавки на основе СО2-шротов пряно-ароматического сырья.
1.3 Основные задачи исследований:
– анализ, систематизация научно-технической и патентной литературы по теме исследований;
– выявление пробиотического и технологического потенциала штаммов молочнокислых микроорганизмов (МКМО), составление их ассоциации;
– выбор технологических приемов подготовки шротов, обеспечивающих их стерильность с сохранением питательных веществ, необходимых для развития микроорганизмов;
– исследование перспектив использования шротов после СО2-экстракции плодов сельдерея, петрушки, укропа, розмарина, кориандра, тмина, мускатного ореха и перца душистого; коры корицы и почек гвоздики в качестве субстрата для твердофазной ферментации (ТФФ) молочнокислых микроорганизмов;
– выявление особенностей химического состава СО2-шротов, полученных из семян кориандра, петрушки, тмина и укропа;
– исследование метаболической активности ассоциации МКМО в процессе ТФФ;
– изучение динамики накопления биомассы МКМО на СО2-шротах и их смесях, оптимизация компонентного состава смеси шротов;
– выявление ростстимулирующего действия СО2-шротов для составления смеси на МКМО;
– экспериментальная оптимизация компонентного состава производственной питательной среды для глубинного культивирования ассоциации МКМО;
– сравнительная оценка эффективности получения добавки в сухой и влажной формах;
– разработка рецептуры и изучение показателей качества кормовой добавки «Флоранорм»;
– получение и анализ электронных снимков поверхности влажной формы;
– опытно-промышленная апробация и разработка технической документации (ТУ и ТИ) на пробиотическую кормовую добавку «Флоранорм»;
– оценка эффективности использования созданной пробиотической кормовой добавки в кормлении цыплят-бройлеров;
– расчет экономической эффективности от производства и применения пробиотической кормовой добавки в птицеводстве.
1.4 Научная новизна. На основании анализа выявленных особенностей химического состава СО2-шротов из пряно-ароматического сырья (семян тмина, кориандра, петрушки и укропа) теоретически и экспериментально обоснована целесообразность и эффективность применения их смеси в качестве сырья для получения кормовой добавки пробиотического действия.
Впервые для культивирования МКМО и их ассоциации применен метод твердофазной ферментации, который показал, что использование СО2-шротов в качестве перспективного субстрата для развития ассоциации выбранных штаммов молочнокислых бактерий позволяет увеличить количество жизнеспособных клеток до 109 КОЕ/г и концентрацию основного метаболита бактерий – органических кислот.
Впервые для создания продукта с пробиотическими свойствами предложен новый методологический подход к культивированию молочнокислых микроорганизмов Lactococcus lactis subsp.lactis 1704-5, Lactobacillus acidophilus 43c с учетом их принадлежности к разным родам и штаммосовместимости в ассоциированном пробиотике (ассоциации).
Полученные электронные снимки поверхности продукта подтвердили предположение о том, что пробиотические бактерии находятся в виде микроколоний, обеспечивающих их высокую выживаемость в продукте и эффективность при применении, так как они адсорбированы на шротах, имеющих разрушенную клеточную структуру.
Впервые выполнен анализ динамики накопления сухих веществ и аминного азота в опытах на модельных средах, объясняющий ростстмулирующий эффект шротов (смеси) и интенсификацию продуцирования органических кислот молочнокислыми бактериями в процессе ТФФ. Новизна технических решений подтверждена 2 патентами РФ на изобретение.
1.5 Практическая значимость. Разработанные рецептура и техническая документация на пробиотическую кормовую добавку «Флоранорм» внедрены в производство. Установлены гарантийные сроки хранения добавки, обеспечивающие жизнеспособность бактериальных клеток на уровне не менее 108 КОЕ/г. Предложена производственная питательная среда для глубинного культивирования МКМО на основе молочной сыворотки, в качестве эквивалентной замены коровьего молока. Показана эффективность использования добавки в кормлении птицы на примере цыплят-бройлеров.
1.6 Реализация результатов исследования. Разработанные технологические решения проверены и приняты к внедрению в условиях ООО «Биотехагро» (г. Тимашевск). Экономический эффект от производства продукта составит 1383 тыс. руб. в расчете на 300 тонн в год. Кормовая добавка апробирована на птицефабрике ЗАО «Агрокомплекс» ООО «Кубань» (Усть-Лабинский район). В расчете на годовой объем производства (50 тыс. голов птицы) дополнительная прибыль на птицефабрике за счет сохранности поголовья и прироста его живой массы, а также улучшения конверсии корма составит 502 тыс. руб.
1.7 Апробация работы. Результаты теоретических, экспериментальных исследований, доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и безопасность» (г. Краснодар, 2009 г.); на III научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск, 2008 г.); на III Всероссийской научно-практической конференции, с международным участием «Актуальные вопросы современной науки и образования» (г. Челябинск, 2009 г.); на Общероссийской научной конференции на основе интернет-форума (г. Красноярск, 2009 г.).
1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликованы монография, статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ, 5 материалов конференций и получено 2 патента РФ на изобретения.
1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, списка литературных источников и 10 приложений. Основная часть работы выполнена на 137 страницах, включает 34 таблицы и 16 рисунков. Список литературных источников включает 180 наименований, в том числе 30 – иностранных авторов.
