Введение к работе
Аюгуалыюсть проблемы. В настоящее время рынок России во многом зависит от импортных поставок продовольствия. По мясу доля импорта оценивается в 41%. Нынешние темпы производства сельхозпродукции, сырья и продовольствия в России значительно отстают от темпов роста импорта продовольственных товаров. Его доля превышает пороговую величину продовольственной безопасности на 10-15%, а крупные города и отдельные регионы зависят от импортных поставок на 50-70%. Цены на продовольствие за 2005-2008 годы почти удвоились. Потребление мяса и мясных продуктов жителями России по отношению к научно обоснованным нормам составляет 81%. Необходимы серьезные меры по обеспечению продовольственной безопасности страны.
В связи с резким снижением в последние годы поголовья крупного рогатого скота увеличение производства мяса стало возможным лишь за счет интенсивных технологий выращивания и откорма реализуемых животных. Резерв в этом отношении огромен. По мнению Заверюхи А.Х. (1993, 2000), Черекаева А.В. (1995, 2000), Белькова Г.И. (1990, 2003), Зелепухина А.Г. (2000, 2002), Горлова И.Ф. (2000, 2007), Стрекозова Н.И. (2003, 2007), Левахина В.И. (2005, 2006, 2007) и других ученых, в настоящее время биологический потенциал продуктивности районированных в нашей стране пород скота используется лишь на 30-40%.
Весьма актуальной остается задача повышения качества продуктов. Современная концепция создания устойчивой продовольственной базы страны исходит из необходимости поиска и использования резервов экономии мясного сырья и его рационального использования (Стрскозов Н.И., 1995; Горлов И.Ф., 1997, 1999, 2000). При этом нерешенной остается проблема получения безопасного животного и растительного сырья, а также пищевых продуктов на его основе. Многими учеными (Томмэ М.Ф., 1964, 1969; Калашников АЛ, 1985, 2003; Куликов В.М., 1990, 1999; 1990,- Горлов И.Ф., 1995, 1997, 1999; Ковзалов Н.И., 2000; Эзергайль К.В., Горлов И.Ф., Лева-хин В.И., 2002; Горлов И.Ф., Бушуева И.С., 2006, 2007) выполнены исследования по повышению продуктивности сельскохозяйственных животных на основе улучшения качества заготавливаемых кормов и научно обоснованного сбалансированного питания животных. Основная причина, сдерживающая рост продуктивности животных, согласно данным Болотова Н.С. (2006), дефицит кормового белка, составляющий 20-25% от общей потребности, что приводит к перерасходу кормов в 1,5-2 раза и недобору продукции животноводства до 25-30%.
В производстве кормов растительного происхождения существенная роль принадлежит бобовым культурам, имеющим повышенное содержание белка. Среди них большой интерес представляют горох и нут. Их кормовая ценность приближается к такой ценной культуре, как соя. В зерне гороха и нута протеина содержится в два раза больше, чем в злаковых, а по содержанию лизина бобовые культуры в 2-3 раза превосходят зерновые.
Не менее важным фактором обеспечения населения страны полноценными продуктами, согласно работам Рогова И.А. (1987, 2007), Лисицына А.Б. (2000), Липатова Н.Н. (1996, 2001), Кудряшова Л.С. (2002, 2005), Жаринова А.И. (2006) и других, является их биологическая безопасность. Особенно остро стоит проблема идентификации и оценки генетической безопасности сельскохозяйственного сырья и продуктов. В связи с этим проблема комплексного подхода в обеспечении производства биологически безопасных продуктов из сырья животного происхождения является актуальной. Ее изучение потребовало в ходе диссертационного исследования озна-
комления с широким кругом вопросов, затрагивающих различные сферы и отрасли науки, методологические подходы к решению проблемы прижизненного формирования качества пищевых продуктов из мяса крупного рогатого скота.
Основные этапы работы выполнены в ГУ Волгоградский научно-исследовательский технологический институт мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства Россельхозакадемии, а также в аккредитованной испытательной лаборатории (№ POCC.RU. 0001.21ПЦ26 от 19.02.2004 г.; лицензия №21ПЦ26) и на кафедре технологии мяса и мясных продуктов Орловского государственного аграрного университета. Различные разделы работы выполнялись в сотрудничестве с лабораторией биохимии и защиты растений ГУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур (г. Орел).
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы, которая выполнялась в соответствии с тематическим планом ГУ Волгоградский научно-иссле-довательский технологический институт мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства Россельхозакадемии (№ гос. регистрации ] 5070.7713080668.06.8.001.4), в рамках подготовки инновационной образовательной программы «Трансфер инновационных технологий в животноводство» Орловского государственного аграрного университета, согласно Государственным контрактам с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (№ 4339р/6738 от 27.06.2006 г. и № 5799р/8148 от 31.03.2008 г.) в соответствии с научно-исследовательской опытно-конструкторской работой № 01.2.006 10243 (код ВНТИЦ 054001080351) и № 0120.0 806693 (код ВНТИЦ 0540001080351); в рамках Гранта с Комитетом охраны природы Администрации Волгоградской области «Проведение мониторинга агросистем с учетом возможностей миграции экотоксинов» (№ 48-06 от 19.04.2006 г.), являлось изучение эффективности использования при производстве говядины протеиновых кормовых добавок, полученных методами фитоиммуномодулировапия. Дтя достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучить формирование иммунитета у кормовых и продовольственных сортов гороха и нута к микотоксикозам, разработать биогенный фитоиммуномодулятор, оценить эффективность его использования в сравнении с промышленным препаратом;
изучить химический состав и биологическую безопасность рационов, содержащих в составе иммунизированные кормовые добавки, используемых в кормлении бычков симментальской и абердин-ангусской пород;
определить влияние рационов с иммунизированными кормовыми добавками на особенности потребления кормов подопытными бычками, переваримость и использование питательных веществ, баланс и использование азота, кальция и фосфора рационов;
провести сравнительную оценку динамики роста, гематологических показателей, мясной продуктивности и качества мяса подопытных бычков;
дать экономическую оценку выращиванию бычков на мясо при введении в рационы беспестицидных протеиновых кормовых добавок;
оценить физико-химические, функционально-технологические свойства и биологическую безопасность мясного сырья, полученного от подопытных бычков;
разработать и апробировать рецептуры новых мясо-растительных пищевых продуктов на основе использования изучаемого мясного сырья и иммунизированных продовольственных бобовых культур;
- на основе полученных материалов разработать предложения и рекомендации
производству по использованию беспестицидных протеиновых кормов для получения
высококачественных и безопасных пищевых продуктов.
Научная новизна. Разработан и внедрен в производство метод интенсификации производства говядины и получения безопасных продуктов питания путем использования фитоиммуномодуляторов в кормопроизводстве.
Изучена эффективность использования в кормлении бычков симментальской и абердин-ангусской пород, выращиваемых на мясо, иммунизированных протеиновых кормовых добавок; дана экономическая оценка выращиванию бычков на мясо с введением в состав рационов иммунизированных гороха и нута.
Проведена комплексная оценка биологической безопасности кормов, животноводческой продукции, растительных пищевых ингредиентов и мясо-растительного продукта.
Впервые разработана и утверждена Министерством здравоохранения РФ нормативно-техническая документация на дезодорированную путовую муку, обработанную фитоиммуномодулятором (ТУ 9293-081-10514645-03).
Показана экономическая эффективность производства мясо-растительных продуктов при использовании метода фитоиммуномодулирования.
На основании результатов исследований подучен патент РФ на изобретение: RU № 2358481 (заявл. 27.09.2006; бюл. № 17), а также положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 2007103525 от 31.01.2007 г.
Практическая значимость. Разработаны: модель комплексного устойчивого сорта кормового и пищевого гороха и нута, состав биогенного фитоиммуномодулято-ра, рекомендации по повышению устойчивости бобовых культур к патогенам и увеличению продуктивности растений.
Определены нормы ввода иммунизированных гороха и нута в рационы бычков симментальской и абердин-ангусской пород, выращиваемых на мясо. Полученные в исследованиях данные позволили выявить дополнительные резервы увеличения производства говядины и улучшение ее качества, повышения рентабельности.
Разработаны технические документы на мясо-растительные продукты ТУ 9214-002-05013607-2008, ТИ 9214-002-05013607-2008, ТУ 9213-003-05013607-2008, ТИ 9213-0023-05013607-2008.
Разработаны рекомендации для производителей и потребителей «Генетически модифицированные белковые компоненты растительного происхождения: применение в перерабатывающей промышленности и риски использования» (2005 г.).
Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, получены в ходе работы в рамках Гранта Российского Фонда Фундаментальных Исследований «Создание Орловского регионального центра биотехнологии» (№ 66 от 15.04.2001 г.).
Материалы авторской работы используются в реализации инновационной образовательной программы Орловского государственного аграрного университета «Трансфер инновационных технологий в животноводство», в учебном процессе ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет» на кафедрах факультета Биотехнологии и ветеринарной медицины.
Основные положения, выносимые на защиту:
биохимическая модель устойчивого сорта пищевого и кормового гороха и нута, состав биогенного фитоиммуномодулятора;
теоретическое и практическое обоснование использования биогенного фитоиммуномодулятора для производства кормовых и пищевых сортов гороха и нута;
использование иммунизированных гороха и нута в рационах бычков симментальской и абердин-ангусской пород, выращиваемых на мясо;
повышение переваримости и использования питательных веществ рационов, интенсивности роста молодняка, мясной продуктивности и качества говядины за счет иммунизированных кормовых добавок;
изменение гематологических показателей подопытных бычков;
экономическая эффективность использования иммунизированных кормовых добавок при производстве говядины;
принципы получения мясо-растительного продукта из мясного и растительного сырья при использовании метода фитоиммуномодулирования.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований использовались при издании монографий «Белковый комплекс зернобобовых культур и пути повышения его качества» (Орел, 2003г.), «Волгоградский тип абердин-ангусского скота» (Москва-Волгоград, 2005г.), «Прижизненное формирование качества и безопасности мясорастительных продуктов питания с высокими пищевыми свойствами» (Москва-Орел, 2007г.), «Новейшая информатика» (Москва-Орел, 2007г.), при разработке рекомендаций «Методические рекомендации по отбору устойчивых форм гороха к возбудителям корневых гнилей и аскохитоза с помощью биохимических тестов» (Орел, 2002г.), «Генетически модифицированные белковые компоненты растительного происхождения: применение в перерабатывающей промышленности и риски использования» (Орел, 2005г.); при разработке учебных пособий «Физиология взаимоотношений растений и патогенов: курс лекций» (Орел, 2006г.), «Практикум по физико-химическим основам производства мяса и мясопродуктов: учебное пособие с грифом УМО» (Орел, 2006г.), «Формирование показателей качества мяса и мясных продуктов с учетом современных технологий производства: учебное пособие с грифом УМО» (Орел, 2007г.), «Инновационные методы производства качественных продуктов питания из мяса: учебное пособие» (Орел, 2008г.), «Прогнозирование и просле-живаемость качества и безопасности мяса и мясных продуктов (отечественный и зарубежный опыт): учебное пособие с грифом УМО» (Орел, 2009г.). Полученные научные результаты используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Орел ГАУ» в рамках преподавания дисциплин «Основы научных исследований», «Промышленная биотехнология», «Физико-химические и биохимические основы производства мяса и мясных продуктов».
Технологии прошли промышленную апробацию в производственных условиях племенного завода ОАО «Племенной завод «Сергиевский», ОАО «Агрофирма Мцен-ская», ЗАО «Маслово», ОАО Агрофирма «Ливенское мясо» Орловской области, ОАО «Добринское», племенного завода им. Парижской коммуны, племенного завода «Привольный» Волгоградской области, на мясоперерабатывающих предприятиях Орловской области.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертационной работы доложены на 9-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва, ВВЦ, 2007г.), где удостоены Золотой медали; на XXII Всероссийской конференции «Национальное достояние России», где удостоены Диплома и звания «Лауреат Всероссийского открытого конкурса научно-исследовательских, изобретательских и творческих работ» (Москва, 2007г.); на Всероссийском смотре-конкурсе лучших пищевых продуктов (Волгоград, 26-27 июня 2007г.), где удостоены диплома и золотой медали; на V Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 16-20 марта 2009), где удостоены диплома и медали; на Всероссийских и региональных научно-практических конференциях (Орел, 2004,
2005, 2006 гг.; Воронеж, 2005г.; Углич, 2005, 2007 гг.; Волгоград, 2005, 2006, 2007, 2008 гг.; Мичуринск, 2006г.; Иркутск, 2006г.; Оренбург, 2007г.); на 3-ем ежегодном симпозиуме «Физико-химические основы физиологии растений и биотехнология» (Москва, 1997г.); на 3, 4 и 5 Европейских конференциях по бобовым культурам (Val-ladolid, Spain, 1998г.; Cracow, Poland, 2001г.; Dijon. France, 2004г.); на III съезде общества физиологов растений (Москва, 1997г.); на 11,111 и IV съездах общества биотехнологов России (Москва, 2004, 2005, 2006 гг.); на международных научно-практических конференциях (Орел, 1997, 2003, 2005 гг.; Казань 2005г.; Ставрополь, 2006г.; Ржанки, 2006г.; Москва, 2005, 2006 гг.); VI Международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2008г.); международных научных конференциях памяти В.М. Горбатсяа (Москва, 2006, 2007, 2008 гг.), на международных конференциях «Производственные технологии» (Rimini, Italy, 2007г.); «Природоиспользование и окружающая среда» (Pekin, China, 2007г.); на III международной научной конференции «Agro-industrial complex problems» (Bangkok, Thailand, 2007г.); на международной научной конференции «Presen-day problems of science and education» (Москва, Россия, 2008г.).
Публикация результатов исследований. Основные положения н выводы диссертационного исследования представлены в 95 работах, опубликованных в различных изданиях, в том числе 4 монографиях, 2 положительных решениях о выдаче патентов РФ на изобретения, 17 работ - в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 методических рекомендациях производству, 6 учебных пособиях.
Объём н структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методики исследований, результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов, практических предложений, списка использованной литературы. Список литературы включает 509 наименований, из них 98 иностранных источников. Диссертация изложена на 467 страницах компьютерного текста, содержит 142 таблицы, 52 рисунка и 10 приложений.
Экспериментальная часть работы проводилась в период с 1997 по 2008 годы в хозяйствах Орловской и Волгоградской областей на бычках симментальской и абер-днн-ангусской пород и мясоперерабатывающих предприятиях Орловской области, на кормовых и продовольственных сортах гороха и нута. Научно-хозяйственный опыт был проведён в производственных условиях ОАО «Сергиевское» (Орловская область) и ОАО «Добринскос» (Волгоградская область). Общая схема проведенных исследований представлена па рисунке 1.
Изучение неспецифической устойчивости бобовых культур к микотоксикозам проводили в лабораторных и полевых условиях на кормовых и продовольственных сортах гороха и нута методом Овчинниковой A.M. и Гусевой Н.Н. (1993). Определение лектиновой активности проводили по методу Выскребенцевой Э.И. и др. (1986) с модификациями, содержание лигиинов - по методике Класона с модификациями (Ермаков А.И., 1987), диск-электрофорез - по Ornstein (1964) в ПААГ, активность оксидаз в проростках и листьях растений - по методу Бояркиш с модификациями, каталазную активность - титриметричсским методом Баха Н.А., активность ингибиторов протеиназ - методом Какейда М.Л., фитоалексинсинтезирующую способность - методом капельных диффузатов (Cruickshank J.A.M,, Perrin D.R., 1993).
Новые подходы к производству биологически безопасной мясной продукции в цикле «корма-животные-сырье-готовый продукт»
Оценка устойчивости бобовых кормовых культур к патогенам, разработка экспресс-метода оценки устойчивости и модели устойчивого сорта
Разработка биогенного фитоиммуно-модулятора неспецифической устойчивости и продуктивности кормовых бобовых культур
Изучение химического состава и
безопасности кормов, выращенных
с применением биогенного фитоиммуно-
модулятора
Бычки абердин-ан-гусской породы
Повышение продуктивных качеств крупного рогатого скота путем введения в рацион иммунизированных кормовых бобовых культур
горох
I-опытная группа (ОР+ бобовые, иммунизированные «ЭКОСТ»)
контрольная группа
(основной рацион с
бобовыми)
контрольная группа(основной рацион с бобовыми)
I-опытная группа (ОР+ бобовые, иммунизированные «ЭКОСТ»)
Н-опытная группа (ОР+ бобовые, иммунизированные фитоиммуно-модулятором)
И-опытная группа (ОР+ бобовые, иммунизированные фитоиммуно-модулятором)
Изучаемые показатели:
3 К
Разработка мясо-растительного рубленого полуфабриката на основе полученного мяса говядины и нетрадиционных растительных ингредиентов
Оценка пищевой и биологической ценности мясной системы
Функционально-технологические параметры мясной системы
Оценка биологической и генетической безопасности конечного продукта
Научно-производственная апробация результатов исследований и оценка экономической эффективности внедряемых технологий
Рис. 1. Схема проведенных исследований
Эффективность средства для предпосевной обработки семян кормовых бобовых культур определяли в условиях полевого опыта методом ускоренной оценки (Павловская Н.Е., Шалимова О.Л., Азарова Е.Ф. и др., 2002). Изучение химического состава кормовых культур проводили по общепринятым методикам: сырой протеин определяли по Къельдхчю, сырой жир - по Сокслету, сырую клетчатку - по Геннебергу и Штоману, каротин - колориметрически, содержание Сахаров - по Берграігу, сырую золу - озоле-нием в муфельной печи при температуре 450-500С, кальций - объемным методом по Усовичу А.Т., фосфор - колориметрически по Бригсу.
Изучение особенностей обмена веществ у подопытных животных проводили в возрасте 9-15 месяцев на бычках абердпн-ангусской породы и в возрасте 11-17 месяцев - на бычках симментальской породы. Было проведено 4 серии опытов. Рационы для подопытных животных составляли согласно детализированным нормам кормления (Калашников А.П. и др., 2003). С целью балансирования рационов животных симментальской и абердин-ашусской пород по белку в них включали протеиновые кормовые добавки: 1-опытная группа -кормовые горох или нут, выращенные путем обработки семян промышленным иммуномодулятором «ЭКОСТ», П-опытпая группа - горох или нут, выращенные путем обработки семян биогенным фитоиммуномодулятором. Контрольная группа животных получала основной рацион, в состав котороі'о был введен горох или пут, выращенный по традиционной технологии. Изучали следующие показатели: химический состав кормов, мяса, продуктов обмена - по общепринятой методике зоотехнического анализа (Лебедев П.Т., Усович А.Т., 1976; Петухова Е.А., 1989); содержание воды определяли высушиванием образцов в сушильном шкафу, сырого протеина — по азоту методом Кьельдаля, сырого жира - по Сокслету, сырой клетчатки - по Кушнеру и Ганеку в модификации Когана, БЭВ - расчетным методом, каротина - колориметрическим методом при помощи ФЭК, кальция - комплексометрическим методом, фосфор - колориметрическим методом по Фиске-Суббороу (Калашник В.В., Раец-кая Ю.И., 1981); магний - по Лебедеву П.Т., Усовичу А.Т. (1976).
Расход кормов определяли при проведении контрольного кормления один раз в 10 дней за два смежных дня путем взвешивания задаваемых кормов и несъеденных остатков с расчетом фактической поедаемости. Контроль за ростом и развитием подопытного молодняка осуществляли путем ежемесячных взвешиваний, на основе которых определяли абсолютный и среднесуточный приросты живой массы, а также относительную скорость роста. Для контроля за физиологическим состоянием бычков у трёх подопытных животных каждой группы из яремной вены брали кровь. Определяли содержание эритроцитов и лейкоцитов в счетной камере Горяева, гемоглобина - спек-трофотометрически, общего белка в сыворотке крови - рефрактометрически, а его фракций - методом электрофореза на бумаге, кальций - по Де-Ваарду, фосфор - колориметрическим методом по Бригсу, каротин - на спектрофотометре. Иммунобиологическую реактивность организма животных оценивали по бактерицидной активности сыворотки крови (по Смирновой О.В. и Кузьминой Т.А., 1966), лизоцимной активности крови (по Грант), фагоцитарному индексу (по Кост и Стеико). Переваримость и использование питательных веществ рационов изучали по методике ВИЖ во второй половине главного периода научно-хозяйственного опыта на трех животных из каждой группы (Симон Е.И., 1956; Томмэ М.Ф., 1969).
Мясную продуктивность и качество мяса определяли по результатам контрольного убоя 3-х бычков абердин-ангусской породы в возрасте 15 мес. и симментальской породы в возрасте 17 месяцев из каждой группы по методике ВНИИМС (1984). Химический состав мякоти туш изучали но следующим методикам: содержание влаги в образцах - по ГОСТ 9793-74 путем высушивания навески до постоянного веса при температуре 105±2С, жира - экстрагированием в аппарате Сокслета, минеральных ве-
ществ - сухой минерализацией, белка - по Кьельдалю, оксипролина - по методу Неймана и Погана, триптофана - по методу Грейна и Смита. Функционально-технологические свойства мяса: влагосвязывающая способность - планиметрическим методом прессования по методу Грау-Хамма в модификации Воловинской-Кельман, рН - потенциометрическим методом с помощью рН-метра на глубине 4-5 см.
Энергетическую ценность мяса рассчитывали по формуле Александрова В.А. (1951): X = [С - (Ж + 3)] 4,1 + Ж 9,3, где X - калорийность 1 кг продукта, ккал; С -количество сухого вещества, г; Ж - количество жира, г; 3 - количество золы, г.
Оценку пищевой и биологической ценности мясных продуктов, а также генетической безопасности проводили по следующим методикам: массовую долю воды - по ГОСТ 26185-84, массовую долю золы - по ГОСТ 26185-84, белка - по ГОСТ 25011-81, жира - по ГОСТ 23042-86, перевариваемость in vitro - в модельной камере с использованием фермента трипсина Функционально-технологические свойства мясо-бобовых систем: влагосвязывающая способность - планиметрическим методом прессования по методу Грау-Хамма в модификации Воловинской-Кельман.
Фракционный состав белкового комплекса продукта изучали методом электрофореза в ПААГ, оценку генетической безопасности мясо-растительных и исследуемых в ходе мониторинговых проверок мясных продуктов проводили по ГОСТ Р 52173-2003, для проведения ПЦР-реакции использовали праймеры Nos и 35 S («Биоком», г. Москва), биологическую ценность белков - расчетным методом. Исследования показателей безопасности осуществляли по ГОСТ 26929-26934 (содержание токсичных элементов), микробиологические исследования - КМАФАнМ - по ГОСТ Р50396.1-92, БГККП - по ГОСТ Р50396.1-92, патогенные микроорганизмы - по ГОСТ 7702.2.3-93 и МУК 4.2.1122-02. Для оптимизации аминокислотного состава использовали пакет прикладной программы «Generic».
Материалы исследований обработаны методами вариационной статистики (Пло-хинский Н.А., 1969), а также на ПК с использованием пакета программ «Ехсе1-7» и определением критерия достоверности разности по Стьюденту-Фишсру при трёх уровнях вероятности (Меркурьева Е.К., Шангин-Березовский Г.Н., 1983). Пороги статистически достоверных различий *р<0,05; **р<0,01;***р<0,001.
Экономическую эффективность устанавливали по данным фактического и внутрихозяйственного годового экономического эффекта. Затраты и выручка от реализации указаны в ценах IV квартала 2007 года.
