Правильное кормление сельскохозяйственных животных и птиц, таких как курицы, свиньи, коровы и других, является очень важной задачей в процессе их выращивания. Раньше в корма добавляли различные антибиотики для поддержки иммунной системы, правильной работы желудочно-кишечного тракта и лечения от паразитов, но вместе с мясом и другими продуктами животного происхождения лекарственные препараты могли попасть и в организм человека, что считается небезопасным. Поэтому сейчас в качестве альтернативы применяют микробные биопрепораты (пробиотики, пребиотоики и симбиотки). Они экологически безопасны и не вызывают побочных эффектов, а также положительно влияют на микрофлору ЖКТ, что позволяет поддерживать здоровье сельскохозяйственных животных и птиц. Но производство подобных препаратов стоит недешево, в связи с чем на сегодняшний день ведется поиск более качественного и дешевого заменителя. Ученые Пермского Политеха выявили факторы, которые улучшают биосинтез необходимых ферментов, а также создали технологию, которая позволит сделать продукты питания для животных более полезными. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Статья с результатами исследования была опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология».
На сегодняшний день в качестве добавки в кормах сельскохозяйственных животных и птиц используют отруби, которые являются отходами зернового производства. Чтобы улучшить усвояемость белковых компонентов, в них добавляют ферментные препараты, за счет чего повышается количество аминокислот и пептидов в составе корма. Такие биопрепараты делаются на основе тканей животных, но их себестоимость очень высока и невыгодна для сельхозпроизводителей. Политехники считают, что ферментный компонент возможно заменить безопасной бактерией вида Bacillus subtilis, которую можно легко выращивать на отходах зернового производства.
— Спорообразующие бактерии рода Bacillus выделяют специальные ферменты, которые «перерабатывают» трудноперевариваемые корма из отрубей в легкоусвояемые белки и аминокислоты. В ходе выполнения работы нами была оптимизирована питательная среда для роста микроорганизмов и продукции протеолитических ферментов. В начальных экспериментах добавляли белок в виде альбумина и казеина. Далее в целях оптимизации нами были выбраны отходы: подсолнечный шрот (побочный продукт при производстве растительных масел) и пшеничные отруби, то есть животный белок был заменен на растительный. А в качестве источника азота вместо пептона и дрожжевого экстракта стали использовать мочевину, чтобы снизить стоимость питательной среды, — рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат химических наук Анна Портнова.
Во время исследования ученые произвели культивирование бактерией вида Bacillus subtilis в питательной среде, содержащей набор солей, которые обеспечивали потребность микроорганизмов в ионах магния, кальция, натрия и калия, а также 5 % отрубей. В качестве источника углерода политехники использовали глюкозу в различных концентрациях. Они внесли культуру бактерий в питательные среды в количестве 1 %. Далее ученые провели инкубирование в термостатической качалке, соблюдая температуру + 370 С и скорость перемешивания 130 оборотов в минуту. Каждые 24 часа они определяли количество образующихся аминокислот.
— По результатам культивирования можно сделать вывод, что протеолитические ферменты хорошо действуют на добавленные в среды отходы. Разрушая белки до аминокислот, они преобразуют их в более доступную, легче усвояемую форму для потребления сельскохозяйственными животными. Протеолитическая активность полученной кормовой добавки составляет 0,025 единиц на 1 грамм отрубей и ее себестоимость ниже, чем у аналога, например, «Протосубтилина». Кроме того, мы рассчитали нормы внесения препарата в корма для птиц. В сравнении с другими добавками, нашу достаточно удобно добавлять в кормовую смесь, — говорит студентка кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Елена Кравцова.
Благодаря данным, которые ученые получили во время эксперимента, был спроектирован биореактор с мешалкой для культуральной жидкости, используемой для обогащения пшеничных отрубей, а также разработана технологическая схема получения кормовой добавки на основе бактерий Bacillus subtilis и отрубей для цели сбережения ресурсов в сельском хозяйстве.
Исследование ученых Пермского Политеха поможет сделать питание сельскохозяйственных животных более полезным и безопасным. Разработка позволит отказаться от профилактического использования антибиотиков в животноводстве, а также сможет решить задачи по импортозамещению в области кормовых добавок для сельского хозяйства.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн. рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.