Порівняння вуглеамонійної солі з пропіоновою кислотою при консервуванні зерна кукурудзи та дія аміаку через його сполуки в кормі на організм бичків при відгодівлі - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук Порівняння вуглеамонійної солі з пропіоновою кислотою при консервуванні зерна кукурудзи та дія аміаку через його сполуки в кормі на організм бичків при відгодівліНауковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор, член-кореспондент УААН, заслужений діяч науки і техніки України КУЛИК Михайло Федорович, Інститут кормів УААН, заст. директора з наукової роботи Офіційні опоненти:доктор сільськогосподарських наук, професор, академік УААН САВЧЕНКО Юрій Іванович, Інститут сільського господарства Полісся, м. Житомир, директор інституту. кандидат біологічних наук, с. н. с., ПРОКОПЕН-КО Леонід Сергійович, Інститут кормів УААН, завідувач відділу зоотехнічної оцінки кормів Захист дисертації відбудеться 1998 року о годині на засіданні спільної спеціалізованої вченої ради Д 05.367.01 Інституту кормів УААН і Вінницького державного сільськогосподарського інституту за адресою: 287100 м.Переконливість всебічного вивчення вуглеамонійної солі (ВАС) як консерванта кормів не підтверджується реальністю використання у виробництві. Тому вивчення і апробація в умовах виробництва вуглеамонійної солі як консерванта зерна кукурудзи підвищеної вологості в порівнянні з пропіоновою кислотою в аеробних умовах є проблемою актуальною, що і покладено в основу нашої роботи. Поряд з цим вплив консервантів на якість корму і продуктивність тварин та на якість продукції з погляду харчування людей зобовязують розвивати виробництво хімічних і біологічних препаратів із одночасним вирішенням поставлених питань. Важливість проблеми вивчення вуглеамонійної солі як консерванта та збагачувача кормів протеїном пояснюється тим, що була прийнята постанова ГКНТ колишнього СРСР за № 195 від 10.05.1983 р., згідно якої переважна більшість науково-дослідних установ провели на протязі 1983-1985 рр. науково-господарські дослідження ефективності використання ВАС як консерванта та збагачувача кормів на протеїн із послідуючим вивченням їх впливу на розвиток тварин, їх продуктивність та якість продукції. Використання пропіонової кислоти в дозі 12 л/т для консервування зерна кукурудзи вологістю 30-32% в аеробних умовах, що забезпечує високу якість корму протягом 6-ти місяців його зберігання, заготівлю подрібненого зерна в траншеях та недоцільність використання ВАС, як консерванта для зерна кукурудзи вологістю 30% і більше.В основу роботи покладено порівняння консервуючої дії вуглеамонійної солі та пропіонової кислоти як стандарту при консервуванні в аеробних умовах зерна кукурудзи вологістю 30%. Для порівняння продуктивної дії цілого зерна кукурудзи, обробленого вуглеамонійною сіллю, паралельно закладали таке ж зерно в траншею в подрібненому вигляді без додавання ВАС. Згідно нормативів кількість КУО в 1 г зерна не повинна перевищувати 10 000 для грибів родів Aspergillus, Alternaria, Mucor, Penicillium, Rhizopus та 200 - для роду Fusarium при згодовуванні тваринам, а також птиці. Аналізи зразків зерна на вологу, азот, сирий протеїн, сирий жир, сиру клітковину, золу, кальцій, фосфор і розчинні вуглеводи проводили згідно "Руководства по анализам кормов" (1982). Вміст пропіонової кислоти в обробленому зерні визначали на газовому хроматографі, де як наповнювач колонки використовували "Хромосорб-101" за методичними рекомендаціями "Вивчення органічних кислот у біологічному матеріалі - методом газохроматографічного аналізу" (1982).З метою уникнення подальшого його псування зерно було оброблене пропкорном, після чого температура в бурті знизилась і процес псування зерна припинився. Зерно кукурудзи, консервоване вуглеамонійною сіллю, змінило колір на буро-жовтий, і всі варіанти мали аміачний запах. Нами була поставлена задача експериментально довести утворення сполук типу 4-метилімідазолу при силосуванні вологого зерна кукурудзи з різними дозами вуглеамонійної солі і на цій основі зробити критичний висновок щодо використання аміаку як консерванту в чистому вигляді та в складі вуглеамонійної солі при заготівлі різних видів кормів. На першому етапі досліджень нами було виявлено специфічну реакцію на речовину, яка утворюється при взаємодії глюкози і вуглеамонійної солі, адже аміак і глюкоза при наявності води вступають в реакцію з утворенням 4-метилімідазолу як відзначили Віндкауз і Кнооп (1905), (цит. за Куликом М. Ф. та ін., 1992). Проте достовірність одержаних результатів досліджень може піддаватися сумніву по тій причині, що аміак як луг підвищує розчинність білків зерна і певна частина їх переходить у водний розчин.Аналіз даних температури зернової маси в бурті зерна кукурудзи вологістю 30%, обробленого пропіоновою кислотою, показав стабільну величину відносно температури зовнішнього повітря. Заміри температури проводили о 12-й годині дня від 6-го жовтня по 1-ше листопада 1995 р. Температура в 3-х буртах такого ж зерна по 100 т кожний, але обробленого вуглеамонійною сіллю в дозі 40 кг/т, була різко протилежною.

Мікологічний аналіз зерна. Результати аналізів свідчать, що зараженість спорами грибів Acanthoscelides obtectus вологого зерна кукурудзи незначна, порівняно з пшеницею, ячменем та горохом. Так, необроблене зерно кукурудзи, с. Бирлівка, налічувало 3500 КУО на 1 г зерна, с. Франківка - 2400 КУО, с. Копитків - 3000 КУО з переважаючим видом Penicillium specium у всіх трьох зразках.

Вологе зерно кукурудзи, оброблене (NH4)HCO3 в дозі 40 кг/т с. Копитків, мало темно-коричневий колір і запах аміаку. Мікологічний аналіз показав відсутність росту спор плісеневих грибів зразу ж після обробки та протягом усього періоду спостереження. Однак, враховуючи підвищення температури в бурті і наявність оцтової кислоти у відібраних зразках, можна констатувати розвиток стійких до аміаку бактерій, що й призвело до псування зерна. З метою уникнення подальшого його псування зерно було оброблене пропкорном, після чого температура в бурті знизилась і процес псування зерна припинився.

Консервування вологого зерна кукурудзи вуглеамонійною сіллю, хоч і дає фунгіцидний ефект, однак не перешкоджає розвитку бактерій, тому використання вуглеамонійної солі в якості консерванта недоцільно.

Біохімічний аналіз зерна. Азот і відповідно сирий протеїн у необроблених і оброблених пропкорном зразках практично не змінювався. Оброблене вуглеамонієм зерно кукурудзи (с. Копитків) мало дещо вищий вміст протеїну (8,88%) в порівнянні з необробленим (7,88%).

Вміст розчинних вуглеводів у консервованій пшениці та ячмені протягом періоду зберігання практично не змінювався. У консервованому горосі спостерігалось зменшення рівня розчинних вуглеводів майже на 1% після 140 днів зберігання. У консервованому зерні кукурудзи практично не відзначалось змін рівня розчинних вуглеводів, за винятком зразків зерна з с. Копитків, де рівень розчинних вуглеводів був дещо нижчий і мінімальний їх рівень спостерігався у зіпсованому зерні, обробленому ВАС.

Вміст амонійного азоту у консервованому пропкорном зерні протягом періоду зберігання практично не змінювався, що свідчить про відсутність розпаду білка. Зерно кукурудзи, консервоване вуглеамонієм, мало надзвичайно високу концентрацію амонійного азоту - 1134 мг%, що перевищувало у 60 разів його концентрацію у консервованому пропкорном зерні. Під час зберігання консервованого вуглеамонієм зерна кукурудзи спостерігається зменшення вмісту амонійного азоту. Так, через 24 дні його рівень становив 856,8 мг%, а через 49 - 336,0 мг%.

Оцінка зерна кукурудзи обробленого різною дозою ВАС при зберіганні в анаеробних умовах. Через 40 днів, коли виділення газів майже припинилось, ємкості відкрили. Органолептична оцінка силосованого зерна показала, що зерно кукурудзи в контрольному варіанті кольору не змінило, мало приємний хлібний запах. Зерно кукурудзи, консервоване вуглеамонійною сіллю, змінило колір на буро-жовтий, і всі варіанти мали аміачний запах.

Результати досліджень показали, що за інтенсивністю газовиділення дослідні варіанти з 1-2-3-4 та 5% внесенням вуглеамонійної солі значно вищі, ніж контрольний варіант.

Величина РН консервованої кукурудзи вуглеамонійною сіллю мала нейтральну та лужну реакцію.

Внесення вуглеамонійної солі навіть у незначних кількостях призводить до накопичення надмірної кількості аміачного азоту в кормі. Якщо в контрольному варіанті кількість його становила 16,8 мг%, то вже у варіанті із вмістом 1% до маси вуглеамонійної солі його кількість у 16,7 раза вища і становила 280 мг%. Із збільшенням дози внесення вуглеамонійної солі адекватно підвищується і вміст аміачного азоту в зерні.

Взаємодія аміаку і вуглеамонійної солі з вуглеводами зерна. Нами була поставлена задача експериментально довести утворення сполук типу 4-метилімідазолу при силосуванні вологого зерна кукурудзи з різними дозами вуглеамонійної солі і на цій основі зробити критичний висновок щодо використання аміаку як консерванту в чистому вигляді та в складі вуглеамонійної солі при заготівлі різних видів кормів.

На першому етапі досліджень нами було виявлено специфічну реакцію на речовину, яка утворюється при взаємодії глюкози і вуглеамонійної солі, адже аміак і глюкоза при наявності води вступають в реакцію з утворенням 4-метилімідазолу як відзначили Віндкауз і Кнооп (1905), (цит. за Куликом М. Ф. та ін., 1992).

В розчин 4%-ної глюкози додавали розчин вуглеамонійної солі і суміш піддавали кипятінню. Через певний час змінювалося забарвлення розчину. Потім проводилася специфічна якісна реакція на присутність у невідомій речовині імідазольного кільця. Змішування в певній послідовності розчинів глюкози і аміаку та відповідними реагентами дає вишнево-червоний колір.

Другий етап досліджень проводили із зерном кукурудзи вологістю 35%. Контролем було ціле зерно без консерванту. В дослідні варіанти вносили вуглеамонійну сіль у кількості 1-2-3-4 та 5% до маси зерна кукурудзи. Після розгерметизації банок із зерном відбирали проби по 50 г за масою, подрібнювали і заливали водою, одержували витяжку протягом 10 хв. Потім проводили осадження білків та адсорбцію амінокислот. В одержаному центрифугаті за якісною реакцією Паулі визначали присутність речовини з імідазольним кільцем. Проявлення кольорової реакції мало пряму залежність від концентрації ВАС в зерні при його консервуванні. Проте достовірність одержаних результатів досліджень може піддаватися сумніву по тій причині, що аміак як луг підвищує розчинність білків зерна і певна частина їх переходить у водний розчин. Осадження білків і адсорбція амінокислот не гарантують чистоти досліду. В звязку з цим нами були проведені модельні дослідження. Водний розчин аміаку з глюкозою (4%) поміщали в термостат при температурі 60°С. Потім визначали наявність у такому розчині речовини з імідазольним кільцем. Результати досліджень подані в таблиці 2.

Таблиця 2 Концентрація речовини з імідазольним кільцем, яка утворюється при взаємодії аміаку та глюкози (4%) (умовні одиниці оптичного поглинання, Е 546)

Концентрація аміаку в пробі, % 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4 7,2 8,0

Концентрація речовини з імідазольним кільцем 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,4 0,4 0,4 0,4

З метою переконливої відповіді на протікання реакції аміаку з глюкозою нами проводилися аналогічні модельні експерименти на проявлення реакції аміаку із сахарозою та крохмалем. Ці дослідження показали, що аміак не реагує із сахарозою, а крохмаль реагує аналогічно глюкозі. При гідролізі крохмалю під дією аміаку як лугу і утворюються моноцукри у вигляді мальтози і глюкози.

Аміак - стимулятор гнильних процесів при обробці вологого зерна вуглеамонійною сіллю. Проведена виробнича перевірка технологічного прийому обробки ВАС великих обємів зерна, який базується на рекомендаціях ряду наукових установ та чисельних публікаціях дослідників.

В двох дослідних буртах (по 100 т в кожному) на кожну тонну зерна кукурудзи вологістю 30% внесли 40 кг вуглеамонійної солі при ретельному перемішуванні в шнеку довжиною до 5 м. В контрольному бурті такої самої місткості зерно обробили пропіоновою кислотою. Протягом першого тижня температура в дослідних буртах була нижча, ніж температура повітря і зерна в контрольному бурті. Починаючи із другого тижня, температура дослідного зерна почала підвищуватися і через місяць досягла 60-70°С. Терміново були вжиті заходи: частина зерна висушена (агрегат СБ-1,5), а решта оброблена пропіоновою кислотою.

Структура зерна, обробленого аміаком, відрізнялася за деякими показниками від зерна контрольного варіанту. При контакті з вуглеамонійною сіллю зерно стало жовто-коричневим і майже наступного дня зменшилося за розміром, підвищилась вологість його поверхні, а через деякий період воно стало слизьким. Під дією високої температури зерно стало темно-коричневим, як і значна частина внутрішньої його структури.

Все це спонукало нас проаналізувати отримані дані. Зниження температури в дослідному бурті пояснюється перебігом реакції, що наявна при взаємодії вуглекислого амонію з водою. Підвищення вологості поверхневої оболонки зерна повязано із надходженням внутрішньої води. Внаслідок перерозподілу внутрішньої води зерно зменшувалося за розміром. При взаємодії аміаку з метильними та ацетильними радикалами клітковини - складової частини оболонки зерна - змінювалась її проникність. Внаслідок цього на поверхню зерна проникали легкорозчинні лужні фракції протеїну і воно ставало слизьким.

Необхідно зазначити, що в обробленому аміаком зерні, як показали наші дослідження, відсутні плісеневі гриби, але наявність поживного середовища (азоту, лужної розчинної фракції протеїну, вуглецю, кисню та води) сприяє розвитку гнильних бактерій. Визначені нами концентрації аміачної форми азоту в зерновій масі та в бурті свіжого гною показали, що сумарна кількість вільного і звязаного аміаку в гноєві вища. Це свідчить про те, що аміак в аеробних умовах за наявності оптимальної кількості вологи не є фактором пригнічення біологічної діяльності гнильних бактерій. За таких умов аміак навпаки відіграє роль поживного середовища.

Отже, концентрація внутрішньої води в зерні є граничним показником при обробці зерна аміаком. Очевидно, це має місце при обробці зерна вологістю до 22,0%, коли розвиток гнильних бактерій обмежується доступністю вільної води, а аміак пригнічує ріст плісеневих грибів.

Баланс азоту в зерні при обробці вуглеамонійною сіллю. Проводили визначення вмісту загального азоту в зерні контрольного варіанту і обробленого ВАС в дозі 40 кг на одну тонну зерна кукурудзи при 30% вологості. Проби зерна контрольного і дослідного варіантів доводять до постійної маси при температурі 105°С. При такій температурі наявність аміаку в зерні в складі будь-яких солей та водної фази відстоювати недоречно. В таких пробах зерна визначаємо вміст загального азоту за класичним методом Кельдаля. Різниця складає 1,0-1,5% на користь дослідного варіанту. Причому, така закономірність, за даними багатьох дослідників (Зафрен С. Я., 1977) є характерною і для силосів, жому, сіна і навіть соломи, обробленої аміаком. Тоді логічно стверджувати, що неорганічний азот аміаку в зерні кукурудзи, обробленої вуглеамонійною сіллю, перебуває в такій сполуці, яка не піддається розкладанню при температурі 105°С. Обєктивність такого висновку досить переконлива. Не будемо вести мову про токсичність для організму тварин новоутворених у зерні сполук із азотом аміаку, проте реакція лабораторних тварин при споживанні мяса свиней, яким згодовували ячмінь, оброблений ВАС, виявилась негативною (Левинтон Ж. Б. и др., 1986).

Продуктивна дія силосованого і обробленого ВАС зерна кукурудзи та фізико-хімічні показники мяса бичків. Продуктивну дію зерна кукурудзи різних технологій його заготівлі вивчали при відгодівлі молодняка великої рогатої худоби в науково-виробничому досліді на двох групах бичків-аналогів чорно-рябої породи живою масою 300 кг на початок дослідного періоду. У зрівняльний період тварини обох груп одержували раціон силосно-концентрантного типу. В дослідний період, який продовжувався 152 дні, контрольна група одержувала раціон зрівняльного періоду, а в раціон дослідної ввели зерно кукурудзи, спочатку оброблене ВАС, а потім додатково оброблене пропіоновою кислотою і висушене на сушильному агрегаті СБ-1,5. Показники продуктивності бичків на відгодівлі подані в таблиці 3.

Таблиця 3 Показники продуктивності піддослідних бичків на відгодівлі (в середньому на голову n=18)

Показники Зерно кукурудзи в подрібненому вигляді, контрольна група Амонізоване сухе зерно в сухому вигляді, дослідна група

Зрівняльний період (30 днів)

Середня жива маса на початок досліду, кг Середня жива маса на кінець досліду, кг Приріст, кг Середньо-добовий приріст, г 281 304 23,0 767 282 305 23,0 767

Дослідний період (152 дні)

Середня жива маса на початок досліду, кг Середня жива маса на кінець досліду, кг Приріст, кг Середньо-добовий приріст, г ± до контролю, г ± до контролю, % Оплата корму корм. од. на 1 кг приросту 304 411 107 704 - - 10,6 305 413 108 711 7 1,0 10,5

Після закінчення досліду по відгодівлі бичків був проведений контрольний забій піддослідних тварин. Мясо всіх тварин було високої якості. Туші бичків були віднесені до першої категорії, вищої вгодованості. Математичне опрацювання даних не виявило суттєвої різниці між контрольною і дослідною групами за передзабійною живою масою після голодної витримки. Аналогічні результати одержано і по розрубу півтуш. Не знайдено статистично достовірної різниці за масою парних туш. Деяка різниця в кількості внутрішнього жиру в бичків контрольної і дослідної груп зумовлена кращою вгодованістю бичків, утримуваних на дослідному варіанті раціону.

Аналіз даних маси 14 досліджуваних внутрішніх органів показав, що вірогідна різниця за цим показником між групами була лише за масою селезінки. Раціон з амонізованим та висушеним зерном кукурудзи вплинув на збільшення селезінки на 170 г (або 18,2%; Р < 0,01) в порівнянні з контролем.

Невірогідні відхилення за масою внутрішніх органів були між обома групами. Так деяке збільшення маси відмічено в таких органах: печінка - на 300 г (5%), рубець - на 230 г (3,3%), книжка - на 920 г (11,2%), наднирників - на 1,09 г (5,1%). В той же час спостерігалось і зменшення маси в таких органах, як сітка - на 320 г (20,6%), сичуг - на 400 г (21,3%), легені - на 150 г (6,2%), підшлункова залоза - на 95 г (24,4%), щитовидна залоза - на 2,86 г (12,8%). Вихід мязової тканини в тушах тварин, які отримували в складі раціону амонізоване зерно кукурудзи в сухому вигляді був на 2,7% вищий від контролю. При вивченні хімічного складу найдовшого мяза спини було встановлено, що в бичків дослідної групи збагачення азотом зерна кукурудзи сприяло підвищенню в ньому сечовини на 0,67%. За вмістом сухої речовини, білка, жиру та золи різниці не виявлено.

В цілому можна констатувати, що згодовування силосованого вологого зерна кукурудзи, як і амонізованого в сухому вигляді, сприяло одержанню мяса із задовільними фізико-хімічними властивостями.

Гематологічні показники крові дослідних тварин показали, що включення до раціону бичків дослідної групи зерна кукурудзи після амонізації його проявило тенденцію до підвищення в крові кількості еритроцитів, гемоглобіну та білка в сироватці, резервної лужності та каротину.

Реакція нирок бичків на оброблене вуглеамонійною сіллю зерно кукурудзи при довготривалому його згодовуванні. На основі проведених досліджень (Кулик М. Ф. та ін., 1992) зроблено висновок, що карбонат і бікарбонат амонію (вуглеамонійні солі) при силосуванні зеленої маси кукурудзи в дозі 12 кг/т не проявляють консервуючої дії на збереження поживних речовин корму, а навпаки погіршують органолептичні та смакові показники силосу, що проявляється в гіршому поїданні корму тваринами, особливо в перші два тижні згодовування.

Автори звертають увагу на те, що тривале згодовування силосу, закладеного з вуглеамонійною сіллю, викликає гіпертрофію нирок і зміни їх гістоструктури. При збільшенні маси на 32,3% відмічено видимі зміни коркового і мозкового шарів сечовивідних каналів. На гістологічних зрізах нирок у бичків дослідної групи відмічено відмирання епітеліальної тканини в збиральних канальцях мозкової речовини. Особливо цей процес спостерігається в широких сосочкових ходах, де було найповніше відмирання верхнього шару багатошарового призматичного епітелію (Кулик М. Ф. та ін., 1992).

В наших дослідах при забої тварин, яким згодовували зерно кукурудзи, оброблене вуглеамонійними солями, були виявлені явні зовнішні зміни нирок: вони були світлі, бліді, на дотик вялої консистенції, поверхня гладенька, капсула знімалась легко. В контрольній групі нирки всіх тварин мали ясно виражений вишневий колір, на дотик мали пружну консистенцію.

Мікроскопічно досліджувалися зрізи із різних місць тканини нирок, зафіксовані 10% розчином нейтрального формаліну, потім проведені через батарею спиртів і заключені в парафін по загальноприйнятій методиці.

Виготовлені зрізи вивчались на звичайному світловому мікроскопі. В результаті виявлені суттєві зміни в структурних елементах нефронів і в стромі коркового шару нирок тварин дослідної групи, а саме: більшість клубочків нирок були збільшені із-за повнокрівя та набухання клітин. Порожнина капсули клубочка стала звуженою щілевидною. В деяких клубочках, крім повнокрівя були виявлені безядерні ділянки, що нагадували некрозні вогнища. На зрізах нирок бичків контрольної групи некрозних зон не виявлено. Місцями навкруг ядер набряклих клітин мезенхіми визначався перенуклеарний набряк. У капсулах цих клубочків також були глибки білка та злущені клітини. Окремі клубочки були частково сплющені. Порожнина капсул таких клубочків виглядала значно розширеною. Зустрічались і зменшені по розміру компактні клубочки з помірним розширенням порожнини капсули.

Заслуговують на увагу суттєві зміни проміжної тканини кіркового шару нирок у тварин дослідної групи. По-перше, зустрічались місця вираженого набряку строми. В деяких місцях він був настільки значним, що здавлював канальці, тому просвіти їх були звуженими, а іноді взагалі їх не було. Характерним був переваскулярний набряк. Поряд із набряком строми подекуди виявлялась облітерація канальців і заміна їх сполучною тканиною.

Таким чином, згодовування бичкам зерна, обробленого ВАС, викликає значні гемодинамічні, дистрофічні і навіть некротичні зміни клубочків і канальців нефронів, а також проміжної тканини коркового шару, які носять переважно гострий характер і можуть бути причиною порушень фільтраційної і резорбційної функції нирок.