Изменение качества фуражного зерна пшеницы при ферментации
Изменение качества фуражного зерна пшеницы при ферментации
Аннотация
Взрослые животные переваривают около 60–70% питательных веществ кормов. При этом, целлюлоза, гемицеллюлоза, и другие полисахариды частично перевариваются только у взрослых животных ферментами, вырабатываемыми микрофлорой желудочно-кишечного тракта. Фитазы — это питательные ферменты, которые гидролизуют фитат и делают биодоступными связанные питательные вещества, такие как фосфор, железо и цинк. Животные с однокамерным желудком зависят от фитазы, поступающей с кормом. Злаковые, в том числе и пшеница, являются исключительно хорошими природными источниками фитазы, которая начинает проявлять активность при проращивании и появлении фитиновой кислоты, являющийся антинутриентом.
Ферментация зерна пшеницы является сложным биохимическим процессом, который происходит и при прорастании зерна. На процесс ферментации влияют различные факторы, которые могут как тормозит процесс, так его и ускорить. Наличие молочнокислых бактерий ускоряет ферментацию, при этом они благотворно влияют на усвояемость кормов.
В данной работе были проведены исследования по изучению изменения активности фитазы, содержания гемицеллюлозы и молочнокислых бактерий в зернах пшеницы в зависимости от способа их ферментации. Результаты исследований показали, что на активность фитазы, содержания гемицеллюлозы и молочнокислых бактерий влияет способ ферментации. Снижение активности фитазы после лактоферментации пшеницы составило 317 ед/кг, а уменьшение гемицеллюлозы на 5,1%, при проращивании увеличилось на 10 ед/кг и 3,7%, соответственно. Содержание молочнокислых бактерий при проращивании составило 3,0*106 , а при лактоферментации 2,4*104 КОЕ/г.
1. Введение
В настоящее время животноводам требуется более эффективное использование кормов, так как стоимость комбикормов растет. Сельскохозяйственные животные и птица усваивают примерно четверть рациона, так как в зерновых кормах содержатся сложные полисахариды, фитаты и другие вещества, которые их организмы не способны переваривать. Это приводит к снижению производства мяса или яиц и снижению эффективности корма, а также могут вызвать болезни животных.
Кормовые ферменты повышают эффективность производства мяса и яиц за счет улучшения переваримости питательных веществ и улучшения здоровья животных. Но в рамках кормопроизводства такое решение довольно дорогостоящее.
В последние 20 лет фитаза стала самой изучаемой среди кормовых ферментов. Из множества публикаций на долю фитазы приходится более половины. Это обусловлено тем, что её применение в практическом животноводстве чаще других ферментов сопровождалось положительным действием, в результате она оказалась наиболее востребованным ферментом . Целлюлоза, гемицеллюлоза, и другие полисахариды частично перевариваются только у взрослых животных ферментами, вырабатываемыми микрофлорой желудочно-кишечного тракта. Таким образом, чем больше в зерне фитазы и меньше гемицеллюлозы, тем больше увеличивается пищевая ценность зерна.
В связи с этим была поставлена цель — исследование динамики активности фитазы, содержания гемицеллюлозы и молочнокислых бактерий в зернах пшеницы в зависимости от способа их ферментации.
2. Методы и принципы исследования
Исследования проводились в течение 2023 г. сотрудниками Института животноводства и ветеринарной медицины ФГБОУ ВО Приморский ГАТУ. Для исследования были отобраны и подготовлены три образца пшеницы:
1) без ферментации;
2) проращивание в течение 24 часов;
3) лактоферментация (естественное брожение) — ферментация в течение 48 часов при температуре 25-27℃.
Подготовка образцов к ферментации заключалась в очищении зерна от примесей и промывании водой. Первый способ ферментации зерна — это проращивание зерен. Чтобы пшеница начала прорастать, в зерне необходим минимальный уровень влажности 35–45%. Для достижения необходимого уровня влажности зерна пшеницы замачивали водой на 8 часов. При этом вода проходит через микропиле в зерне пшеницы, где она достигает щитка зародыша, чтобы начать прорастать, и продолжает двигаться по зерну, накапливаясь среди семенной кожуры и околоплодника .
Второй способ ферментации заключался в том, что зерно замачивали водой при температуре 25–27℃ в течение 48 часов до появления приятного запаха хлебного кваса. Для сохранения питательных веществ и ферментов по окончании ферментации как при проращивании, так и при лактоферментации, зерно высушивалось при температуре 38-40℃ до нативного содержания влаги — 12–14%.
Показатели активность фитазы, содержание гемицеллюлозы и молочнокислых бактерий определяли в лабораториях ЛИЦ «Агроплем», г. Москва.
3. Результаты и обсуждение
Ферментация зерна злаковых культур может происходить под действием ферментов, содержащихся в клетках самого зерна, или под действием бактерий — лактобактерий, дрожжей и т.д. При смешивании с водой молочнокислые бактерии и дрожжи, естественным образом встречающиеся в различных кормовых ингредиентах, размножатся и производят молочную кислоту, уксусную кислоту и этанол, что снижает рН смеси. Это снижение подавляет развитие патогенных организмов в корме. Кроме того, когда скармливается эта смесь с низким рН, она предотвращает распространение патогенов, таких как колиформы и сальмонелла в желудочно-кишечном тракте , .
Проращивание зерна — сложный биохимический процесс и очень важно управлять процессом проращивания. Когда зерно попадает во влажные условия и идет в рост, в нем вырабатывается специальный фермент — фитаза — который расщепляет фитиновую кислоту, высвобождая фосфор. Большая часть этого вещества содержится в оболочках зерна. Фитиновая кислота является антинутриентом, будучи устойчивой к пищеварительным ферментам и сокам, она препятствует усвоению важнейших элементов: фосфора, кальция, магния, железа, меди, цинка. Гемицеллюлоза также является антипитательным веществом в кормах для птицы .
Как известно, фитазы широко распространены у микроорганизмов, растений и в определенных тканях животных. Где есть фитиновая кислота, есть обязательно и фитаза — фермент, который расщепляет ее. Единица активности фитазы — это количество фермента, который выделяет в свободном состоянии 1 мкМ неорганического фосфора за 1 мин из 5,1 мМ раствора фитата натрия при 37℃ и pH 5,5. Действие фитазы позволяет улучшить доступность фосфора, кальция, аминокислот, а также микроэлементов из солей фитиновой кислоты (фитата) , . Фитазная активность пшеницы по данным литературных источников в среднем составляет 1193 ед/кг (915–1581) , некоторые авторы сообщают о более низких значениях 508 (от 206 до 775) (Barrier-Guillot, 1994) и 700 ед/кг (Ponitillart, 1994) , . При этом значимым фактором, влияющим на этот показатель был сорт пшеницы .
Результаты наших лабораторных исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты исследований
Показатель | Способ ферментации | ||
без ферментации | проращивание | лактоферментация | |
Активность фитазы, ед/кг | 481 | 491 | 164 |
Гемицеллюлоза, % | 12,9 | 16,6 | 7,8 |
Молочнокислые бактерии, КОЕ/г | - | 3,0*106 | 2,4*104 |
Примечание: результаты представлены на натуральную влажность
Наибольшая активность фитазы оказалась в зерне после проращивания — 491 ед/кг, наименьшая — в зерне после лактоферментации — 164 ед/кг. Можно предположить, что такое снижение активности фитазы вызвано действием лактобактерий. Это согласуется и с рекомендациями исследователей, что один из лучших способов нейтрализовать действие фитиновой кислоты — это ферментация. Доказано, что в цельнозерновом хлебе на закваске, тесто для которого ферментировалось около 8 часов, практически не остаётся фитиновой кислоты, в то время как в дрожжевом ее остается от 40 до 80% , .
При этом, несмотря на более высокое содержание молочнокислых бактерий в пророщенном зерне по сравнению с зерном, прошедшим лактоферментацию, активность фитазы повысилась. Это согласуется с результатами исследований рядом авторов. Так, в сухом состоянии зерна злаковых культур имеют относительно низкие уровни активности фитазы, но активность фитазы существенно повышается во время проращивания. Установлено, что уровни активности ферментов варьируются в зависимости от условий проращивания. Повышение активности фитазы в 3–10 раз было обнаружено в пшенице при проращивании в течение 4–5 дней при температуре от 15 до 25℃. Однако после достижения максимума активность фитазы снижается относительно быстро. Такое же действие наблюдается и с содержанием гемицеллюлозы при проращивании. Результат наших исследований показал, что необходимо откорректировать условия проращивания пшеницы для активации фитазы и снижения гемицеллюлозы, так как контролируемое проращивание пшеницы (повышение/понижение температуры замачивании и/или проращивания, продолжительность проращивания) позволяет создать оптимальные условия для действия фитазы .
4. Заключение
По результатам проведенных исследований установлено, что на активность фитазы, содержания гемицеллюлозы и молочнокислых бактерий влияет способ ферментации. Учитывая, что активность фитазы проявляется при наличии фитиновой кислоты, наилучший результат оказался в зерне после лактоферментации, так как снижение активности фитазы составило 317 ед/кг, а уменьшение гемицеллюлозы на 5,1%, а при проращивании в течение 24 ч, наоборот, произошло увеличение на 10 ед/кг и 3,7%, соответственно. Повышение содержание гемицеллюлозы и активности фитазы в пророщенном зерне связано с естественным процессом прорастания зерна и в связи с этим необходимо откорректировать условия процесса проращивания для инактивации фитиновый кислоты и активизациии фитазы в проростках пшеницы. Как при проращивании, так и при лактоферментации проявилось развитие молочнокислых бактерий, и их содержание составило 3,0*106 и 2,4*104 КОЕ/г, соответственно.