Ферментативная аммонизация зерна

Екатерина Тутубалина — магистр биологических наук, руководитель проекта ООО «ФидКонсалт»

Рост цен на зерно и энергоносители, смена способа содержания скота и типа кормления изменили отношение руководства сельхозпредприятий к составлению рационов и технологиям кормопроизводства. Экономика хозяйств требует достижения максимальной рентабельности. При этом необходимо обеспечить полноценное кормление животных. Практика показывает, что у многих предприятий далеко не всегда есть возможность заготовить грубые корма высокого качества в достаточном объёме. В итоге дефицит энергии и протеина в рационах приходится компенсировать путём ввода в него покупных комбикормов или зернофуража. Чтобы получать прибыль, выгоднее использовать зернофураж, произведённый непосредственно в хозяйстве.

Простая химия — ключ к снижению рисков при вводе зерновых в рационы

Один из главных драйверов, позволяющих повысить рентабельность современного скотоводства, — не простая доступность кормов, а их способность максимально полно и безопасно трансформироваться в продукцию. В рационах для высокопродуктивных коров и бычков на откорме зерно пшеницы, тритикале, ячменя, овса и кукурузы — основной источник энергии. Однако скармливание такого корма сопряжено с двумя рисками: быстрым распадом крахмала в рубце (приводит к развитию ацидоза) и необходимостью балансировать рационы по протеину путём ввода дорогостоящего шрота.

Поиск решений, помогающих повысить питательную ценность зерна без существенного удорожания рациона, остаётся приоритетной задачей. В число перспективных направлений входит использование биотехнологической обработки, в ходе которой изменяют химическую структуру зерна, делая его более «дружественным» по отношению к рубцовым микроорганизмам в соответствии с физиологией жвачных животных.

В последние годы широкое распространение получает технология аммонизации — обработка увлажнённого зерна смесью карбамида (мочевины) и уреазы (фермента класса гидролаз, катализирующего расщепление мочевины до диоксида углерода и аммиака) микробного происхождения, например XL КОР. Технология аммонизации воздействует на сырьё комплексно: увеличивает в нём содержание доступного протеина, корректирует кислотно-щелочной баланс рациона, улучшает переваримость крахмала в организме жвачных животных и позволяет сохранить влажное зерно (предотвратить его потери).

Давайте ознакомимся с биохимическими основами этой инновационной технологии, оценим влияние обработанного зерна на рубцовое пищеварение и показатели продуктивности поголовья, а также рассчитаем экономическую целесообразность применения новой технологии. При этом не будем делать акцент на консервирующих свойствах продукта. Такое его воздействие на сырьё — лишь сопутствующий эффект, а не основной.

Ферментативные механизмы технологии аммонизации зерна

Ферментативная аммонизация базируется на реакции уреазы с мочевиной при их внесении в зерно влажностью 18–22%. Мочевина расщепляется на аммиак и углекислый газ. Аммиак, взаимодействуя с водой, создаёт щелочную среду (pH повышается с 6 до 8,5–9). Важно, что в процессе ферментации мочевина полностью разлагается и в обработанном зерне её не остаётся. В этих условиях происходят следующие процессы.

• Аммонизация лигноцеллюлозного комплекса. Аммиак частично разрывает эфирные связи между лигнином и полисахаридами (целлюлозой, гемицеллюлозой), в результате чего возрастает доступность клетчатки для целлюлолитических бактерий рубца.
• Связывание небелкового азота. Аммиак, фиксируясь органическими кислотами зерна и образовавшимися бикарбонатами, переходит в форму аммонийных солей, которые служат субстратом для синтеза микробного белка в рубце. При этом расчётное содержание сырого протеина увеличивается на 5 процентных пунктов (п.п.) без введения экзогенных белковых кормов (табл. 1).

Таблица 1. Содержание небелкового азота в зерне до и после аммонизации

В регионах, где доступность белковых концентратов ограничена или их рыночная стоимость довольно высока, экономически выгодно использовать аммонизированное зерно (в нём доля сырого протеина на 5 п.п. выше, чем в стандартном: 12% против 17%). Это позволяет снизить ввод соевого шрота (в нём концентрация протеина варьирует от 44 до 46%) в рацион до 140 кг на каждую тонну обработанного зерна пшеницы.

• Бактерицидное действие. В результате гидролиза мочевины под действием уреаз pH повышается с исходных 6 до 8,5–9. В таких условиях подавляется рост гнилостной микрофлоры, а также мицелиальных и плесневых грибов. Обработка зерна оказывает консервирующий эффект. По сравнению с классическими способами заготовки (использование кислот) и подготовки зерна к хранению (искусственная сушка) технология аммонизации демонстрирует принципиально иной подход: сушка как энергозатратный процесс полностью исключена, а её функцию выполняет ферментативная реакция, протекающая на протяжении 21 дня.

Преимущества. В чём они заключаются?

Выделяющийся бикарбонат аммония обладает буферными свойствами. При скармливании обработанного зерна жвачным животным этот буфер поступает в рубец, уменьшая риск снижения pH даже при высокой доле легкодоступных углеводов в рационе.

Это подтверждают данные одного из экспериментов. Молодняк крупного рогатого скота породы шароле (103 головы) разделили на две группы — контрольную и опытную. Условия содержания поголовья обеих групп были одинаковыми. Бычки получали полносмешанный рацион вволю на протяжении 176 дней. В рацион включали кукурузную муку: для животных контрольной группы — стандартную из расчёта 5,2 кг/гол., а в рацион для аналогов контрольной — аммонизированную — в дозе 6,5 кг/гол. Величину рН рубцовой жидкости измеряли через 30 минут после убоя бычков (табл. 2, рис. 1).

Повышение величины рН рубцовой жидкости на 0,89 единицы (с 5,46 до 6,35) является статистически значимым (p = 0,0011). Показатель pH рубцовой жидкости животных контрольной группы (5,46) свидетельствует о развитии у них субклинического (подострого) ацидоза. Величина pH рубцовой жидкости бычков опытной группы (6,35) находилась в пределах физиологической нормы. Это говорит о том, что кормосмесь с обработанным зерном обладает буферными свойствами.

Изменение профиля летучих жирных кислот в рубце проявлялось уменьшением доли масляной кислоты на 3,35 п.п. и увеличением доли пропионовой кислоты на 2,6 п.п. Пропионат — основной предшественник глюконеогенеза и в отличие от ацетата более эффективно используется для энергетического обмена. Снижение доли бутирата может свидетельствовать о минимальном риске развития паракератоза рубцового эпителия.

Снижение соотношения ацетата и пропионата с 2,97 до 2,64 (p = 0,0038) указывает на «переключение» брожения с ацетогенного (молочного) типа на пропионогенный (мясо-молочный, или откормочный) тип. Благодаря этому повышается эффективность использования энергии корма и улучшается его конверсия. Отсутствие различий в концентрации аммиака и общих летучих жирных кислот при значимом изменении их профиля свидетельствует о том, что аммонизация не подавляет микробную ферментацию в целом, а качественно перестраивает её метаболические пути.

Значение pH фекалий бычков, потреблявших аммонизированную кукурузную муку, оказалось выше, чем величина рН фекалий аналогов, получавших рацион с необработанной кукурузной мукой (4,75 против 4,55). Различия были статистически достоверными (p < 0,001). Повышение pH фекалий на 0,2 единицы указывает на снижение кислотной нагрузки в дистальных отделах желудочно-кишечного тракта (p < 0,001). Это косвенно отражает более стабильную величину pH рубцовой жидкости и минимизирует риск возникновения субклинического ацидоза.

Таблица 2. Влияние аммонизированной муки из зерна кукурузы на рН рубцовой жидкости и навоза

Примечание: р — критерий статистической значимости.

Рис. 1. Величина рН рубцовой жидкости и навоза при включении аммонизированной кукурузной муки в рацион бычков

Увеличение продуктивности скота

Эффективность технологии ферментативной аммонизации была проверена в ходе независимых производственных испытаний по кормлению дойных коров (рис. 2) и молодняка крупного рогатого скота на откорме.

Результаты исследования показали, что при скармливании обработанного зерна ячменя, кукурузы и пшеницы суточный удой вырос на 1,2–3 кг. Для оценки экономической эффективности производства молока использовали показатель увеличения доходности сверх стоимости кормов (IOFC). Он превосходил аналогичный, зафиксированный в группе, где животные получали сушёное зерно, на 74,4–83,7 руб./гол. в сутки.

Рис. 2. Молочная продуктивность при скармливании обработанного зерна, кг/гол./сут.

Анализ данных по включению аммонизированного зерна в рационы для бычков на откорме свидетельствует о том, что оно может быть эффективно интегрировано в четыре различные системы кормления и при этом способствовать увеличению среднесуточных приростов живой массы на 5–10%, сокращению частоты возникновения нарушений рубцового пищеварения и снижению риска развития ацидоза. Хороших результатов достигают при следующих схемах откорма мясного скота:

• при кормлении вволю, при котором животные могут потреблять больше концентрированных кормов без риска развития ацидоза;
• при концентратном типе кормления за счёт удержания зерном влаги (до 18–20%) после обработки и, соответственно, улучшения физических свойств кормосмеси;
• при силосном типе кормления за счёт поддержания кислотно-щелочного равновесия рубцовой жидкости и компенсации дефицита протеина;
• при силосно-концентратном типе кормления за счёт стабилизации рН рубца и снижения риска развития ацидоза.

На основе результатов исследования, проводившегося в 2022 г. в Италии, установили положительную корреляцию между включением аммонизированного зерна кукурузы в рацион и такими зоотехническими показателями, как коэффициент конверсии корма (снижение затрат на 1 кг прироста) и среднесуточный прирост живой массы бычков (табл. 3).

Так, было отмечено, что в группе, где животные получали обработанное зерно, конверсия корма улучшилась на 5,4%, а среднесуточные приросты живой массы увеличились на 3,9%.

Таблица 3. Влияние аммонизированного зерна кукурузы на мясную продуктивность бычков

Примечание: р — критерий статистической значимости.

Итоги

Технология ферментативной аммонизации зерна представляет собой пример биотехнологического подхода к кормопроизводству, позволяющего решить три актуальные задачи:

• консервация влажного зерна без использования энергоёмкой сушки и химических ингибиторов плесени;
• повышение протеиновой питательности зерновых кормов за счёт фиксации небелкового азота в доступной для рубцовой микрофлоры форме;
• снижение риска развития ацидоза благодаря буферным свойствам бикарбонатов, образующихся в процессе ферментации.

Инвестиции в технологию аммонизации зерновых окупаются в течение первого месяца откорма или лактации. При соблюдении технологической дисциплины — это эффективный инструмент для повышения рентабельности предприятий.