Способ повышения переваримости корма жвачными животными Российский патент 2023 года по МПК A23K50/10 A23K10/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при внедрении нанотехнологий в отрасли животноводства.

В настоящее время нанотехнология является развивающейся областью в науках о животных и ветеринарии для различных практических применений, таких как терапевтические, диагностические и пищевые [1]. Наночастицы незаменимых минералов размером от 1 до 100 нм могут быть использованы в качестве альтернативы традиционным формам элементов в рационе животных [2]. Уменьшение количества минералов, добавляемых в рацион животных, также может снизить стоимость кормов [3]. Кроме того, наноформы элементов могут повышать биодоступность для животных [4], благодаря таким их свойствам, как малый размер, хорошая однородность, высокая площадь поверхности и физическая реакционная способность [5].

Наночастицы в питании животных изучаются с точки зрения показателей роста, использования кормов и состояния здоровья [6]. Наноформы микро- и макроэлементов чаще всего увеличивают массу тела, среднесуточный привес и улучшают коэффициент конверсии корма [7]. Они используются для удовлетворения потребности животных в элементах, повышения их продуктивности, улучшения микробиологического профиля и иммунного статуса.

Марганец (Mn) играет важную роль в процессе роста и развития животных. Марганец жизненно важен для нормального роста, формирования костей, эмбрионального развития, а также для метаболизма липидов, белков, кальция, фосфора и углеводов [8].

Кроме того, большое количество информации показало, что марганец широко использовался в рационах многих видов животных в течение длительного времени [9].

В исследовании Zhang et al. (2014) сообщили, что рацион, дополненный 120 мг/кг Mn, может повысить усвояемость корма у птиц [10]. В недавнем на норке Wang et al. (2012) показали, что усвояемость корма были самыми высокими у животных, которых кормили рационом, содержащим 50 мг/кг Mn [11]. Было показано, что у свиней добавление Mn в рацион отъемышей-свинок приводит к уменьшению толщины жира на спине [12]. Sands and Smith (1999) также продемонстрировали, что добавление Mn в виде протеината Mn снижало отложение жира в брюшной полости по сравнению с нерафинированным рационом (т.е. контролем) у бройлеров [13]. Исследование Sun et al. (2012) показал, что рацион с добавлением 60 мг / кг марганца является оптимальным для стимулирования белкового обмена у ляонинских кашемировых коз [14].

Замена MnO на Mn2O3 улучшила усвояемость Mn в подвздошной кишке и уменьшила накопление меди (Cu) в печени и грудных мышцах. У цыплят-бройлеров использование NanoMn2O3 не оказывало негативного влияния на развитие и рост, но снижало выведение Mn [15].

В связи с этим, большой интерес представляет использование ультрадисперсных частиц окиси марганца (УДЧ Mn2O3) в качестве кормовой добавки, обеспечивающий прирост живой массы.

Наиболее близкий по предлагаемой заявке прототип: Способ повышения переваримости компонентов корма сельскохозяйственными животными [16].

Задача изобретения - получение высокоэффективного способа кормления жвачных животных, повышающего переваримость питательных веществ в организме, и как следствие увеличение прироста живой массы.

Исследования были проведены в феврале 2023 года на базе ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН центра «Нанотехнологии в сельском хозяйстве» и ЦКП БСТ РАН http://цкп-бст.рф. На данном этапе была проведены эксперименты по выбору перспективных для применения в питании животных препаратов УДЧ in vitro, контрольная - основной рацион, опытная - ОР + УДЧ Mn2O3 в дозировке 20 мг/кг корма.

Химически чистые для анализа (99 %) УДЧ Mn2O3 (ИП Хисамутдинов Р.А., Россия) в количестве 20 мг/кг корма (весы лабораторные ВЛА, класс точности I, допускаемая погрешность ±0,5 мг) диспергировали в 1 мл дистиллированной воды в течение 30 минут при температуре +25°C.

На первом этапе была проведена серия экспериментов по влиянию препарата УДЧ на переваримость сухого вещества in vitro. На втором этапе проводилось определение переваримости питательных веществ кормов методом in situ.

Исследования переваримости сухого вещества (СВ) производили методом in vitro по специализированной методике: модель «искусственного рубца» с использованием установки-инкубатора «ANKOM Daisy II». В качестве дисперсионной среды была выбрана дистиллированная вода.

Инкубатор Ankom Daisy II (AD II; США) получил признание в качестве альтернативы традиционным процедурам in vitro. Это снижает потребность в рабочей силе и увеличивает количество определений, которые может выполнить один оператор. Аппарат позволяет проводить одновременную инкубацию нескольких кормов в герметичных полиэфирных мешках в одном и том же инкубационном сосуде, который постоянно вращается при температуре +39,5°C. При этом методе материал, который исчезает из мешка во время инкубации, считается перевариваемым. Метод, который впервые разработали для прогнозирования переваримости кормов для жвачных животных, был модифицирован и адаптирован для повышения его точности и возможностей прогнозирования. Модификации, используемые различными исследователями, включают использование различных инокулятов, буферных растворов и навесок образцов.

Отбор рубцовой жидкости производили через хроническую фистулу рубца (ANKOM Technology Corporation, США) через 3 часа после кормления у быка породы казахская белоголовая (265 кг, 12 мес.), основной рацион которого включал 30 % концентратов и 70 % грубых кормов без добавления ультрадисперсных частиц. Транспортировку осуществляли в течение 30 минут, поддерживая температурный режим +38,5…+39,5°C. Рубцовую жидкость до анализа хранили в закрытом сосуде без доступа воздуха. Перед использованием тщательно встряхивали и процеживали через 4 слоя марли и инкубировали в искусственном рубце при постоянной температуре +39,5°С в течение 48 часов.

По окончанию инкубации образцы промывались и высушивались при температуре +60°С до константного веса.

Коэффициент переваримости сухого вещества in vitro вычисляли как разницу масс образца

корма с мешочком до и после инкубации по следующей формуле:

К=(А-В)/С×100 %,

где: К - коэффициент переваримости сухого вещества корма, %;

А - исходная масса 1 (образец корма с мешочком), мг;

В - масса после двухстадийной инкубации (образец корма с мешочком), мг;

С - исходная масса 2 (образец корма без массы мешочка), мг.

Переваримость сухого вещества корма изучали методом «in situ» по Н.Г. Григорьеву и др. [17].

Исследование элементного состава рубцовой жидкости животных производилось в Испытательном центре, с помощью микроволновой системы Berghof SW 4 (Berhof, Germany) и масс-спектрометрии ELAN DRC-e 9000 (Perkin Elmer, USA).

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программного пакета «Statistica 6.0». Полученные результаты достоверны при р≤0,05.

Результаты исследования in vitro показали положительное влияние УДЧ Mn2O3 на переваримость используемого корма. Анализ полученных данных в эксперименте in vitro показал, что процент переваримости контрольных образцов составляет 58,3%, тогда как при использовании УДЧ Mn2O3 в концентрации 20 мг/кг корма переваримость составила 62,9 %, что на 4,6 % больше (таблица 1). Мы предполагаем, что это было связано с изменением микробиома и ферментативной активности отдельных групп микроорганизмов.

Исследования in situ в рубце по оценке биологической активности препарата УДЧ Mn2O3 на модели «корм-рубец» также выявили, что при добавлении в корм Mn2O3 переваримость увеличивается на 15,9% относительно контроля (таблица 2). Повышение усвояемости клетчатки может быть вызвано тем, что Mn либо повышает активность микроорганизмов, либо понижает ее, чтобы смягчить воздействие растворимых металлов на функцию микроорганизмов.

Внесение УДЧ Mn2O3 приводит к изменениям содержания эссенциальных элементах в рубцовой жидкости (таблица 3). Так, концентрация кальция, магния и меди увеличивается на 8,5 %; 9,43 %; 18 %, соответственно, по сравнению с контролем. Дополнительное обогащение корма марганцем приводит к его максимальному увеличению в рубцовой жидкости (в 7 раз (р≤0,05)). Мы предполагаем, что это обусловлено накоплением бактериями химических веществ в ходе пищеварения. Возможно, происходит переход элементов из корма в рубцовую жидкость.

Мясной скот переносит высокие уровни Mn, и токсичность встречается редко, вероятно, из-за низкой скорости всасывания Mn в кишечнике и большой способности печени выводить Mn с желчью.

Таким образом, введение препарата УДЧ Mn2O3 в рацион жвачных животных является действенным способом увеличения переваримости компонентов корма и повышения эссенциальных элементов в рубцовой жидкости крупного рогатого скота. Соединение УДЧ Mn2O3 с кормовым субстратом может быть применен как эффективный способ для увеличения усвоения питательных веществ рациона сельскохозяйственными животными.

Источники информации:

1. El-Maddawy, Z.K. Use of zinc oxide nanoparticles as anticoccidial agents in broiler chickens along with its impact on growth performance, antioxidant status, and hematobiochemical profile / Z.K. El-Maddawy, A.-E.F. El-sawy, N.R. Ashoura, S.M. Aboelenin, M.M. Soliman, H.F. Ellakany, A.R. Elbestawy, N.A. El-Shall // Life. - 2022. - Vol. 12 (1). - p. 74.

2. Szuba-Trznadel, A. Effect of zinc source and level on growth performance and zinc status of weaned piglets / A. Szuba-Trznadel, A. Rząsa, T. Hikawczuk, B. Fuchs // Animals. - 2021. - Vol. 11 (7) . - p. 2030.

3. Vijayakumar, M.P. Effect of calcium phosphate nanoparticles supplementation on growth performance of broiler chicken / M.P. Vijayakumar, V. Balakrishnan // IJST. - 2014. - Vol. 7 (8). - p. 1149-1154.

4. Hidayat, C. Supplementation of dietary nano Zn-phytogenic on performance, antioxidant activity, and population of intestinal pathogenic bacteria in broiler chicken / C. Hidayat, S. Sumiati, A. Jayanegara, E. Wina // Trop Anim Sci J. - 2021. - Vol. 44 (1). - p. 90-99.

5. Ouyang, Z. Hydrothermal synthesis of a new porous zinc oxide and its antimicrobial evaluation in weanling piglets / Z. Ouyang, P. Ren, D. Zheng L. Huang, T. Wei, C. Yang, X. Kong, Y. Yin, S. He, Q. He // Livestock Sci. - 2021. - Vol. 248. - p. 104499.

6. Dawood, M.A.O. Selenium nanoparticles as a natural antioxidant and metabolic regulator in aquaculture: a review / M.A.O. Dawood, M.F.E. Basuini, S. Yilmaz, H.M.R. Abdel-Latif, Z.A. Kari, M.K.A. Abdul Razab, H.A. Ahmed, M. Alagawany, M.S. Gewaily // Antioxidants. - 2021. - Vol. 10 (9) . - p. 1364.

7. Yusof, H.M. Microbial synthesis of zinc oxide nanoparticles and their potential application as an antimicrobial agent and a feed supplement in animal industry: a review / H.M. Yusof, R. Mohamad, U.H. Zaidan, N.A.A. Rahman // J Anim Sci Biotechnol. - 2019. - Vol. 10. - p. 57.

8. Trace elements in human and animal nutrition, 4th edn. / E.J. Underwood. - 1977. - p. 170-190.

9. Bao, Y.M. Effect of organically complexed copper, iron, manganese, and zinc on broiler performance, mineral excretion, and accumulation in tissues / Y.M. Bao, M. Choct, P.A. Iji, K. Bruerton // Journal of Applied Poultry Research. - 2007. - Vol. 16. - p. 448-455.

10. Zhang, X.J. Effect of manganese on growth performance, slaughter performance, nutrient availability and enzyme activity of wulong geese aged from 5 to 16 weeks / X.J. Zhang, B.W. Wang, W.H. Ge // Chinese Journal of Animal Nutrition. - 2014. - Vol. 26. - p. 106-114.

11. Wang, X.G. Effect of nutrient matter digestibility and nitrogen metabolism in female mink fed different organism chelating manganese level during gestation perion / X.G. Wang, G.Y. Li, W.L. Sun // China Animal Husbandry and Veterinary Medicine. - 2012. - Vol. 39. - p. 106-109.

12. Lu, L. The effect of supplemental manganese in broiler diets on abdominal fat deposition and meat quality / L. Lu, C. Ji, X.G. Luo // Animal Feed Science and Technology. - 2006. - Vol. 129. - p. 9-59.

13. Sands, J.S. Broilers in heat stress conditions: effects of dietary manganese proteinate or chromium picolinate supplementation / J.S. Sands, M.O. Smith // Journal of Applied Poultry Research. - 1999. - Vol. 8. - p. 280-287.

14. Sun, Y. Effect of dietary manganese levels on blood parameters related to protein metabolism in Liaoning cashmere goats / Y. Sun, Y.Y. Cong, H.W. Deng // Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine. - 2012. - Vol. 5. - p. 69-71.

15. Matuszewski, A. The effect of manganese oxide nanoparticles on chicken growth and manganese content in excreta / A. Matuszewski, M. Łukasiewicz, A. Łozicki, J. Niemiec, M. Zielińska-Górska, A. Scott, A. Chwalibog, E. Sawosz // Animal Feed Science and Technology. - 2020. - Volume 268. - p. 114597.

16. Патент на изобретение RU № 2692662 Способ повышения переваримости компонентов корма сельскохозяйственными животными / С.А. Мирошников, Е.В. Яушева, Е.А. Сизова, А.М. Макаева, Б.Г. Рогачев; опубл. 25.06.2019, заявка № 2018127588 от 26.07.2018.

17. Биологическая полноценность кормов / Н.Г. Григорьев, Н.П. Волков, Е.С. Воробьев. - М.: Агропромиздат. - 1989. - 287 с.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и представляет собой способ повышения переваримости сухого вещества корма. Способ включает введение ультрадисперсных частиц окиси марганца в дозировке 20 мг/кг корма путем замешивания их с основным кормом. Использование изобретения позволит увеличить переваримость компонентов корма и повысить уровень эссенциальных элементов в рубцовой жидкости крупного рогатого скота. 3 табл., 1 пр.

Способ повышения переваримости сухого вещества корма жвачными животными, характеризующийся тем, что в течение всего периода выращивания совместно с основным кормом скармливают ультрадисперсные частицы окиси марганца в дозировке 20 мг/кг корма замешивая с основным кормом.