Разработка технологии получения новых кормовых добавок на основе биомасс цианобактерии для использования в сельском хозяйстве и пищевой промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Название Проекта: «Разработка технологии получения новых кормовых добавок на основе биомасс цианобактерии для использования в сельском хозяйстве и пищевой промышленности»

Цель: Изучение влияния введения в рацион коров микроводоросли Spirulina Platensis на переваримость и усвояемость питательных веществ кормов, продуктивность коров, состав молока, качество молочных продуктов и их выход лактации молока - сырья.

Задачи проекта:

1. Определить химический состав, питательность кормов и рационов лактирующих коров основного рациона (хозяйства) и рационов с введением спирулины в дозе 10 и 20 мг/кг живой массы в сутки;

2. Установить выход молочных продуктов из молока - сырья коров, получавших спирулину в разных дозировках;

3. Провести органолептическую оценку молочных продуктов, полученных из молока коров, получавших к основному рациону микроводоросль спирулину;

4. Изучить морфологии и штамма Spirulina platensis;

5. Исследовать динамику роста клеток Spirulina platensis по суточной норме;

6. Изучить технологию получение биомассы многоклеточных штаммов микроводорослей спирулины и цианобактерии;

7. Исследовать биохимические показателей биомассы многоклеточных штаммов микроводорослей спирулины и цианобактерии;

8. Исследовать сырья-молока продуктивность после скормливания дозы сухих биомасс Spirulina platensis и сравнить их с традиционными молочными продуктами на качества и безопасности по физико-химическим, микробиологическим, органолептическим показателям;

9. Рассчитать экономический расчет введение в рацион лактирующих коров биомассы спирулины в различных дозировках за истечении выполнение проекта;

10. Провести балансовые опыты, установить поедаемость кормов рационов, определить коэффициенты переваримости питательных веществ корма;

11. Изучить морфо-биохимические показатели крови исследуемых животных;

Обоснование актуальности и новизны, научно-технического уровня, перспективности.

В последнее время возрос интерес к некоторым видам микроорганизмов, таким как цианобактерии и микроводоросли, которые служат источником целого ряда биологически активных веществ и являются ценными объектами для различных областей биотехнологии [3-4].

Spirulina platensis - источник биоактивных веществ с антиоксидантными свойствами корм корова спирулин молочный

Цианобактерия Spirulina platensis содержит ряд биопротекторов, биокорректоров и биостимуляторов, которые не встречаются больше ни в одном продукте натурального происхождения [5]. Это обуславливает поистине феноменальные свойства спирулины как продукта питания и лечебно-профилактического средства широкого спектра действия. Так, обнаруженный в биомассе спирулины сульфатированный полисахарид кальций-спирулан обладает антивиральными свойствами относительно вируса герпеса, человеческого цитомегаловируса, ВИЧ [8].

Благодаря наличию широкого спектра антиоксидантов в биомассе, спирулина считается важным биотехнологическим объектом. К антиоксидантам, содержащимся в биомассе цианобактерии Spirulina platensis, относят ненасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты (линолевая, г - линоленовая, арахидоновая); токоферол (витамин Е), каротиноиды (в-каротин, миксоксантофил, зеаксантин), фикобилипротеины (фикоцианин), ферменты (супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза), полифенолы и др. [8].

По данным некоторых авторов, экстракты из биомассы цианобактерии Spirulina platensis обладают способностью подавлять процессы, обеспечивающие возникновение и проявление аллергических и анафилактических реакций, а также способностью предотвращать развитие раковых процессов в организме человека и животных [8]. Так, было исследовано влияние экстрактов спирулины на развитие раковых процессов кожи, желудка и других органов у крыс, в результате чего было установлено увеличение общей антиоксидантной активности исследуемых энзимов (супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы) и уменьшение числа опухолевых клеток [9].

Известно, что полученные с применением органических растворителей экстракты спирулины, содержащие каротиноиды и полиненасыщенные жирные кислоты, обладают высокой антиоксидантной активностью [5].

Установлено, что - линоленовая кислота (10,23% от общего числа липидов), способна избирательно действовать на опухолевые клетки, индуцируя апоптоз. В комплексе с линолевой и арахидоновой кислотами линоленовая кислота регулирует репродуктивных органов. Данная кислота метаболизм простагландинов в эпителии используется при лечении сердечно - сосудистых заболеваний благодаря своей способности восстанавливать клеточные мембраны, а также способствует нормализации артериального давления, уровня общего холестерина в крови человека [7].

Благодаря своим антиоксидантным свойствам, токоферол предотвращает образование тромбов, предупреждает появление сердечно - сосудистых заболеваний вследствие оказываемого им защитного действия на эритроциты [10].

Биомасса спирулины содержит также значительное количество каротиноидов, в том числе высокие концентрации - каротина (0,42 - 0,44%). Этот пигмент комплексах клеточных осуществляет захват свободных радикалов в биолипидных мембран, препятствуя тем самым окислению липидов и липопротеидов. Доказано, что - каротин уменьшает риск возникновения онкозаболеваний и способствует уменьшению количества холестерина в крови человека [6, 11].

Помимо широко применяемого в качестве антиоксиданта в - каротина, все большее значение приобретает и другой пигмент спирулины, обладающий белковой природой и проявляющий антиоксидантные свойства, фикоцианин, относящийся к группе фикобилипротеинов. Данный пигмент принимает активное участие в осуществлении процессов фотосинтеза, поглощает лучи видимого спектра с максимумом поглощения при = 620 нм [12]. Биомасса спирулины содержит от 60 - 70 % белка, из которого на долю фикобилипротеинов приходится около 10 - 14% [8, 13]. Высокий потенциал фикоцианина, обнаруженный при лечении и профилактике различных тяжелых заболеваний, включая онкозаболевания и СПИД, делает его важным объектом для научного исследования [1]. Биомасса спирулины очень полезны не только для рациона кормление коров но и для периоде лактации молока для дальнейшего производство молочных продуктов по комбикормам на основе сухой массы цианобактерии Spirulina plantensis.

В Казахстане традиционными направлением является растениеводства и с каждым годом повышается потенциал производства растениеводческой продукции. Это в свою очередь увеличивает спрос на перспективные технологии интенсификации в растениеводстве так и в животноводстве.

1. Микроводоросль Spirulina platensis в высушенном виде представляет собой мелкодисперсный сыпучий порошок зелёного или сине-зелёного цвета с характерным для водоросли пресным запахом. Ценность спирулины заключается в физиологической сбалансированности состава белков, углеводов, витаминов, аминокислот, микро- и макроэлементов, эссенциальных жирных кислот и др. (всего около 50 наименований). В данной микроводоросли присутствует ряд особых веществ - биопротекторов, биокорректоров и биостимуляторов - не встречающихся больше ни в одном другом продукте натурального происхождения[14].

2. Введение в рацион коров I опытной группы 5 г спирулины на голову в сутки будет оказывать положительное влияние на переваримость корма. При скармливании животным I опытной группы 5 г спирулины отмечена тенденция к повышению переваримости сухого вещества на 3,7 отн.%, сырого протеина на 7,7 отн.%, органического вещества на 4,1 отн.%», сырого жира (на 2,2 отн.%»), сырой клетчатки на 2 отн.%», БЭВ на 3 отн.%», сырой золы на 4,4отн.%», по сравнению с контрольной группой.

3. Баланс азота у всех групп коров будет положительным. Следует отметить, что при введении в рацион коров I опытной группы 5 г спирулины на голову в сутки будет увеличиваться на потребление азота на 1,29%, переваримость - на 7,33%) (Р>0,95), процент переваримости - на 5,96 отн.% (Р>0,95), выделение с мочой -на 1,86%), выделение с молоком - на 9,52% (Р>0,95), усвоение - на 38,74% (Р>0,99), использование от принятого - на 11,02 отн.% (Р>0,99), от переваренного - на 4,80 отн.%, использование на молоко от принятого - на 8,09 отн.%, соответственно на контроль 0,95% , от переваренного - на 2,05 отн.%; снизилось выделение его с калом на 5,14% по отношению к контрольной группе.

4. Морфо-биохимические показатели крови всех групп животных будет в пределах нормы. После кормления в крови животных I и II опытной групп будут увеличиваться содержание эритроцитов, лейкоцитов, соответственно, по отношению к контрольной группе. При введении в рацион коров 5 г спирулины через 3 часа после кормления будут наблюдаться увеличение содержания сахара - на 3,63% до 45,36 мг%, общего белка - до 9,77 мг% и кальция - от 9,94% до 12,83 мг% по сравнению с контрольной группой 0,95% разницей.

Скармливание в рационах дойных коров сухой дозы спирулины окажит положительное влияние на соотношение жирных кислот в сладкосливочном масле. При введении в рацион коров 5 и 10 г спирулины будет снижение содержания насыщенных жирных кислот на 2,03 и 5,76%, соответственно, по сравнению с контрольными образцами, и увеличение ненасыщенных жирных кислот на такие же величины.

Лучшие органолептические свойства имеет будут образцы масла II опытной группы - 19,57 балла (Р> 0,99) против 19,06 балла в I опытной группе (Р> 0,95) и 18,20 балла в контрольной.

Количество аминокислот в сыре, выработанном из молока коров скормленных определенной дозы спирулиной 5г, увеличиваться будет на 4,1 - 6,4%. В I опытной группе сумма незаменимых аминокислот возросла бы на 5,8%, заменимых - на 6,8%; во II опытной группе - на 1,6 и 5,7%, соответственно, по отношению к контрольной группе.

Для повышения качества молока и биологической ценности молочных продуктов рекомендуем в концентратную часть основного рациона дойных коров вводить микроводоросль Spirulina platensis из расчёта 10 мг на 1 кг живой массы в сутки, что в пересчёте на 500 кг живой массы полновозрастной коровы составит 5 г на голову в сутки[14].

Продуктивность коров и качество молока изучались индивидуально, один раз в десять дней. Для этого отбиралась средняя проба молока от каждой коровы за две дойки, корректируя её в соответствии с удоем

В молоке определялись: плотность по ГОСТ 3625-84 «Молоко и молочные продукты. Методы определения плотности»; кислотность по ГОСТ 3624-92 «Определение кислотности»; бактериальная обсемененность по ГОСТ 9225-84 «Определение бактериальной обсемененности»; массовая доля жира по ГОСТ 5867-90 «Определение массовой доли жира»; массовая доля белка по 1 ОСГ 25179-90 «Молоко. Методы определения белка»; сухое вещество и сухой обезжиренный молочный остаток по ГОСТ 3626-73 «Молоко и молочные продукты Методы определения влаги и сухого вещества»; массовая доля лактозы по ГОСТ 51258-99 «Молоко и молочные продукты. Методы определения лактозы и глюкозы»[15].

Исследования молока и молочных продуктов будут проводиться в лаборатории Технологии молока и молочных продуктов на кафедре «Технология производства и переработки продуктов животноводства»

В процессе выполнения проекта будет подана заявка на Казахстанский патент, подготовлены практические рекомендации по технологии получения выроботки сухой массы Spirulina platensis, опубликованы научные результаты исследований, будет подготовлен доктор Ph.D.

Степень разработанности предлагаемых научных, научно-технических проектов

Для любых микробиологических объектов технологии получения биомассы схожи. Для сугубо специализированных целей микроводоросли выращивают в строго контролируемых условиях (управляемый биосинтез), в специальных культиваторах, с целью получения биомассы с заданным биохимическим составом. Наиболее проста в исполнении технология выращивания спирулины, поскольку, обладая высокой степенью приспосабливаемости, спирулина не требует дорогостоящего оборудования (специализированных культиваторов), обеспечивающих строго определенные условия для роста клеток. Там, где это возможно по экологическим и климатическим условиям, спирулину выращивают в прудах под открытым небом или в бассейнах в стандартных сельскохозяйственных теплицах или лабораторным способом в биореакторе объемом 10, 20 и 30л. Важным преимуществом такого производства является использование естественного освещения (энергетический ресурс), что в значительной степени снижает себестоимость конечного продукта сырья-молока после опытных скармливания дозами Spirulina plantensis[16].

Описание основных этапов производства биомассы спирулины в обычно сельскохозяйственной теплице или резервуаре, которая легко поддается необходимому переоборудованию.

Наиболее проста в исполнении технология выращивания спирулины, поскольку, обладая высокой степенью приспосабливаемости, спирулина не требует дорогостоящего оборудования (специализированных культиваторов), обеспечивающих строго определенные условия для роста клеток. Там, где это возможно по экологическим и климатическим условиям, спирулину выращивают в прудах под открытым небом или в бассейнах в стандартных сельскохозяйственных теплицах или лабораторным способом в биореакторе объемом 10л. Важным преимуществом такого производства является использование естественного освещения (энергетический ресурс), что в значительной степени снижает себестоимость конечного продукта сырья-молока после опытных скармливания дозами Spirulina plantensis.

Описание основных этапов производства биомассы спирулины в обычно сельскохозяйственной теплице или резервуаре, которая легко поддается необходимому переоборудованию[16].

1. Подготовка. Строительство и установка бассейнов в теплице, при необходимости подготовка емкостей для воды, подготовка необходимого инструментария для сбора и промывки урожая, подготовка блока сушки биомассы. Чем больше общая площадь бассейнов, тем больший можно получить урожай, следовательно, от этого зависит и размеры блока сушки биомассы, расход воды, количество обслуживающего персонала и т. д.

2. Запуск производства. На этом этапе небольшой объём биомассы спирулины помещают в бассейн со специально приготовленной питательной средой. По мере нарастания биомассы сбор урожая не проводят, а заполненяют другие бассейны. Таким образом поступаю до тех пор, пока не заполнятся все бассейны.

3. Сбор урожая. Поскольку скорость роста микроводорослей достаточно высока, сбор урожая проводят ежедневно. При достижении некоторой плотности в бассейнах часть биомассы спирулины всплывает на поверхность, что позволяет проводить сбор урожая непосредственно с поверхности.

4. Подкормка. По мере роста спирулины и сбора урожая, среда в которой растут микроводоросли приходит к истощению. Чтобы пополнить недостаток элементов питания, в среду периодически

добавляют минеральные соли_источник азота, фосфора, железа, магия и пр.

5. Промывка биомассы. Поскольку спирулина растет в воде с высоким содержанием различных неорганических солей (питательная среда), собранную биомассу обязательно подвергают промывке. Для этого биомассу помещают на сито и промывают обычной пресной водой.

6. Сушка биомассы. Отмытую биомассу спирулины сушат теплым воздухом при температуре не выше 60.. Для этого биомассу наносят тонким слоем на полиэтилен и высушивают в течении 3-

4 ч, не допуская попадание прямых солнечных лучей, поскольку интенсивный солнечный свет приводит к разрушению пигментов, что заметно снижает качество биомассы спирулины.

7. Хранение биомассы. Уже высушенную биомассу спирулины собирают в герметичную тару для хранения, например, полиэтиленовые мешки. Герметичность желательна, поскольку высушенная биомасса микроводорослей довольно гигроскопична. Хранят спирулину в темном месте при комнатной температуре[16].

Сухие массы многоклеточных микроводорослей цианобактерии Spirulina plantensis актуальный в БАД, пищевой и сельскохозяйственной промышленности. Для этого сухие массы вносят параллельно с другими пищевыми злаками например, Сено тимофеечное, силос кукурузный, мука фуражная (овёс, ячмень, жмых подсолнечный), меласса из свёклы, сухой массой спирулины. Все ингредиенты сухих массы вводят в рацион коров по определенным методам по скармливанию, затем исходя того что после скармливания определяют выход молока-сырья лактации периода от скармливания и в течении усвоение и переваривания животными коров с сухими дозами Spirulina plantensis вместе c традиционными кормами например, сено, травяной силос, сухая кукуруза, морковь. Провести опыты по скармливанию подопытных коров сравнительно контрольными образцами животных и исследовать выход лактации сырья-молока после скармливания, и определить молока-сырья на качества и безопасность по физико-химическим, органолептическим показателям сравнивая их с аналогичными контрольными образцами сырья - молока и молочными продуктами которые были получены из коров в периоде скармливание на традиционных кормах без добавление сухой массы Spirulina plantensis. Также исследовать экономический расчет потребности использования дозы сухой массы Spirulina plantensis для выхода периоде лактации молока-сырья после опытных исследование кормление животных это также необходимо исследовать с традиционными молочными продуктами по для использования разработки технологии молочных продуктов на основе после кормление коров сухой биомассы спирулины с другими традиционными кормами.

Этапы реализации

Методы исследования

Ожидаемые результаты:

· Будут культивированны штаммы культуры Spirulina Plantensis;

· Будут исследованы продуктивности выделенных штаммов цианобактерии по накоплению биомассы;

· Будут отобранны штаммы микроводорослей и цианобактерии по накоплению биоактивных веществ в биомассе клеток;

· Будут изучены динамика роста клеток Spirulina Plantensis периодический на каждые месяцы;

· Будут получена биомасса клеток активных коллекционных штаммов микроводорослей и цианобактерии для их применение в кормовых добавках;

· Будут исследованы факторы влияющие на скармливания коров сухой биомассы Spirulina Plantensis;

· Будут исследованы по биохимическим показателям биомассы многоклеточных культурных штаммов спирулины и цианобактерии;

· Будут исследованы сырье-молоко на качества и безопасности после опытных скармлевании в рационе коров сухой биомассы Spirulina Plantensis;

· Результаты исследования в рамках проекта будут опубликованы:

- в зарубежных рецензируемых научных журналах.

- казахстанских журналах (Вестник сельско-хозяйственных наук) российских (Хранение и переработка сельхоз сырья, Пищевая промышленность) и др.

Смета расходов

Заработная плата

Таблица 1 -. Командировочные средства

Таблица 2 - Стажировки

Таблица 3 - Приобретение научных приборов и оборудований для экспериментальных исследований

Таблица 4 - Привлечение сторонних организации

Таблица - 5 Проведение семинаров по распространению знаний

Таблица 6 - Перечень расходных материалов

Список использованных источников

1. E.W. Becker. Development of Spirulina Research in a Developing Country - India// - in: Spirulina, Algae of Life. - Monaco. - Musee Oceanographique. - 1993.

- p. 141-157.

2. K. Gustafson. AIDS Antiviral Sulfolipids From Cyanobacteria (Blue-green Algae)// J. National Cancer Inst. - 1989. - N 8. - p. 1254-1259.

3. A. Belay and Y.Ota. Current Knowlege on Potential Healh Benefits of Spirulina// - J. Appl. Phycology. - 1993. - V. 5. - p. 235-241.

4. N. Nayaka. Cholestirol Lowering Effects of Spirulina// - Nutrition Reports Int'l. - 1988. - V. 37. - p. 1329-1337.

5. R. A. Kay. Microalgae as Food and Supplement// - Critical Reviews. Food Science and Nutr. - 1994 - V. 30. - p. 555-573.

6. O. Ciferri. Spirulina, the Edible Organism// - Microbiological Reviews. - 1983. -p.551-578.

7. H. Fukino et al. Effect of Spirulina Placensis on the Rental Toxicity Induced by Inorganic Mercury and Cisplatin// - Eisei Kagaku, - 1990, - V. 36, - p. 5-13.

8. L. Besednova, et al. Immunostimulating Activity of Lipopolysaccharides from Blue-green Algae// - Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii, Immuunologii. - 1979.

- V. 56. - p. 75-79.

9. M. Qureshi. Phagocytic Potential of Feline Macrophages after Expoure to a Water Soluble Extract of Spirulina in Vitro// - Immunopharmacology. - 1996. V. 54. p. 234-245.

10. T. Kato. Algae and Human Affairs// - J. Jap. Soc. Nutr. Sci. - 1984. - V. 37. - p. 323-332.

11. Yu. Hayashi, et al. Enhancement of Antibody Production in Mice by Dietary Spirulina// - Nutr. Sci. And Vitaminology. - 1994. - V. 15. - p. 45-51.

12. З.Д. Савцова, Л.П. Купраш. Экспериментальное изучение влияния Спирулины на состояние периферической крови - в кн. //Материалы IV международной конференции «Спирулина - фармакологические свойства и применеие»/Киев, 20-24 сентября,1997/: с.31-32.

159

13. Н.Н. Юженко. Сорбционные и антиоксидантные свойства Спирулины// - в кн. //Материалы IV международной конференции «Спирулина - фармакологические свойства и применеие»/Киев, 20-24 сентября,1997/: - с. 39-40.

14. Берестов В. А., Кудрявцев В. Б. Спирулина кормовая микродобавка // Кролиководство и звероводство, 1999. - № 6. - С. 11 - 12.

15. Инихов Г. С. Биохимия молока и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1970. - 317 с.

16. cо авторы к. б. н. с. н. с. Р.П. Тренкеншу к. б. н. н. с. Р. Г. Геворгиз Зав. отделом биотехнологий и фиторесурсов ИнБЮМ НАНУ

Размещено на Allbest.ru