СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ Российский патент 2024 года по МПК A23K10/30 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности животноводству и аквакультуре, и предназначено для получения готового продукта для кормопроизводства.

Нитчатые зеленые водоросли рода Cladophora географически широко распространены в водоемах с разной соленостью, от пресных до гиперсоленых, и нередко занимают в водоемах гигантские площади, до десятков квадратных километров, с биомассой до 5 кг/м² [1, 2, 3]. В соленых озерах и лагунах Крыма их суммарная продукция составляет несколько десятков млн тонн в год, а во всех водоемах Российской Федерации не менее 500 млн тонн. Поэтому данный ресурс можно считать практически неограниченным.

В мире сельское хозяйство расходует около 70% от общего потребления пресной воды [4]. Мировое животноводство использует около 75% всех сельскохозяйственных угодий и около 30% общего сельскохозяйственного потребления пресной воды, в первую очередь для выращивания кормовых культур. При этом в большинстве стран, включая РФ дефицит полноценных кормов колеблется от 10 до 25%. Дефицит белка в кормах, а также ряда необходимых элементов и веществ в них, негативно влияет на иммунитет и выживаемость молоди животных, на животноводство и аквакультуру в целом [5, 6]. Сейчас в кормах животных часто отмечается существенный дефицит ряда микроэлементов, незаменимых аминокислот, ПНЖК, каротиноидов и др. биологически активных веществ, которые достигают высоких концентраций в водорослях [6, 7]. Поэтому в последнее время водоросли представляют большой интерес для использования их в кормопроизводстве из-за наличия в них целого ряда полезных соединений [2, 3, 8, 9]. Как экспериментально показано, зеленые многоклеточные водоросли в этом плане наиболее перспективны по ряду показателей [3, 9].

Биомасса Cladophora spp.характеризуется высоким содержанием белков до 32% сухой массы, в среднем 20%, при этом в достаточном количестве в ней содержатся все незаменимые аминокислоты [1, 2, 3]. Содержание углеводов составляет 30-60% от сухой массы, более половины которой - кристаллическая целлюлоза, хороший пребиотик [3, 5, 10]. Содержание жиров не высоко 2-6% от сухой массы, но довольно высокие концентрации полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), доля ПНЖК в среднем составляет 39% от общего содержания жирных кислот [3, 5, 11]. Например, биомасса кладофоры имеет высокое содержание ценной эйкозапентаеновой кислоты по сравнению с другой зеленой водорослью ульва, 4,14 мг/гС и 0,45 мг/гС, соответственно [12]. Биомасса кладофоры содержит широкий спектр витаминов (А, В, С, Е) и необходимых микроэлементов [2, 3]. Биомасса кладофоры является ценным сырьем для кормления различных животных, что экспериментально показано для кур, кроликов, свиней, овец, коров, ряда видов рыб и креветок в экспериментах ученых разных стан, результаты которых суммированы в обзорах [3, 13, 1 табл.].

Известен способ получения биологически активной кормовой добавки для кур (Пат. 2386344 РФ, МПК А23К1/16, 2010). В известном способе морскую водоросль ламинарию используют как кормовую добавку в натуральном виде в количестве 3,5% и в сухом в количестве 4% на тонну корма. К недостаткам этого способа следует отнести то, что химический состав бурых водорослей содержит некоторые вещества, которые не позволяют использовать продукт в больших количествах. Состав массы зеленых водорослей не содержит эти вещества, что позволяет добавлять в корма больший процент водорослей. Например, в диете выращиваемых животных доля бурых водорослей не должна превышать 4-7%, а доля нитчатых зеленых может доходить до 30%. А также то, что в известном изобретении используют свежесобранную водоросль, что неудобно с точки зрения транспортировки и хранения. Кроме того, добавка из ламинарии предназначена только для использования в кормлении кур, что значительно сужает спектр ее применения.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения кормовой добавки из водоросли Cladophora spp.

Техническим результатом заявленного способа является получение готового продукта - кормовой добавки, для использования в животноводстве и аквакультуре с высоким содержанием белка и углеводов и повышенным содержанием каротиноидов (лютеина, сифонаксантина, Р-каротина), витаминов, ПНЖК и целлюлозы (пребиотика).

Технический результат предлагаемого изобретения, включающего сбор и заготовку растительного сырья, достигается тем, что в качестве сырья используют зеленую нитчатую водоросль Cladophora spp., сбор которой осуществляют в мае-июне в гиперсоленых водоемах Крыма, Собранную биомассу водорослей промывают водой до полного удаления солей через 1 -2 часа после сбора, и сушат в тени при температуре 25°С в течение 48 часов. Затем водоросли сушат при температуре 45°С до влажности не выше 20%. Полученную сухую массу размалывают в течение 10-20 минут до получения порошка с частицами размером от 0,2 до 0,8 мм. Кроме того, полученный порошок формуют в гранулы диаметром 4 мм.

Проведенный патентный поиск, проведенный по индексу МПК А23К 10/30 не выявил технических решений, совпадающих с предлагаемым.

Общим с известным техническим решением является применение водорослей в качестве сырьевого объекта. Отличие заключается в том, что в предлагаемом способе в качестве сырьевого объекта выбрана водоросль Cladophora spp, а также способ ее обработки, последовательность операций и режимы выполнений которого установлены в результате многочисленных экспериментов.

Способ получения кормовой добавки из водорослей, в результате которого получают порошок и гранулы с высоким содержанием белков, углеводов, кристаллической целлюлозы и других ценных компонент, а именно различных каротиноидов (лютеина, сифонаксантина, β-каротина), хлорофиллов, полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), витаминов и др. включает заготовку, промывку, двухэтапную сушку водорослей, их измельчение и гранулирование [2, 3, 8, 9, 14]. В качестве сырья для получения продуктов используют зеленую нитчатую водоросль Cladophora spp.из крымских гиперсоленых озер, где кладофора массово развивается на больших площадях, достигая биомассы до 5 кг/м² [2, 3].

Концентрацию белка, жиров, углеводов определяют стандартными химическими методами [1]. Концентрации лютеина, хлорофиллов, сифонаксантина и Р-каротина определяют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс детектированием пигментов, а также методами спектроскопии UV-VIS. Жирные кислоты определяют методами газожидкостной хроматографии с масс детектированием. Использовали стандарт ЖК фирмы «SUPELCO». Для определения элементного состава используют масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой PlasmaQuant MS Elite. Результаты определений частично даны в таблице 1.

Пример 1

Зеленые нитчатые водоросли Cladophora spp. собирали в мае-июне в гиперсоленых водоемах Крыма. Водоросли массово развиваются в них и имеют для заготовки достаточно высокую биомассу с мая по август, когда их и можно эффективно заготавливать. Свежесобранные водоросли Cladophora spp. сырой массой 10 кг через 1 час после сбора промывали водой до полного удаления солей, освобождали от эпифитов и подсушивали в тени при температуре 25°С на протяжении 48 часов. Подсушенную массу помещали в сушильный шкаф ШС-80 МК СПУ при температуре 45°С, сушили до влажности не выше 20%, после этого полученную сухую массу подвергали размолу на режущей мельнице Вилитек VLM в течение 10 минут до получения частиц размером 0,2 мм. Это оптимальный размер частиц, т.к. более мелкие часто слипаются, а использование более крупных частиц не позволяет получать достаточно однородный продукт. Затем определяли влажность порошка и при необходимости досушивали. Наилучшим для гранулирования является порошок влажностью 13-18%. Затем с использованием мини-гранулятора ZLSP-120B получали гранулы диаметром 4 мм, так как такой диаметр оптимален при кормлении мелких животных (кролики, куры, утки, рыбы, креветки). В результате из 10 кг сырой массы ресурса получали 1,6 кг готового продукта. Готовый продукт помещали в герметичные пластиковые пакеты.

Пример 2

Зеленые нитчатые водоросли Cladophora spp. собирали в мае-июне в гиперсоленых водоемах Крыма. Свежесобранные водоросли Cladophora spp. сырой массой 10 кг через 2 часа после сбора промывали водой до полного удаления солей, освобождали от эпифитов и подсушивали в тени при температуре 25°С на протяжении 48 часов. Подсушенную массу помещали в сушильный шкаф ШС-80 МК СПУ при температуре 45°С, сушили до влажности не выше 20%, после этого полученную сухую массу подвергали размолу на режущей мельнице Вилитек VLM в течение 20 минут до получения частиц размером до 0,8 мм. Затем определяли влажность порошка и при необходимости досушивали. Наилучшим для гранулирования является порошок влажностью 13-18%. Затем с использованием мини-гранулятора ZLSP-120B получали гранулы диаметром 4 мм оптимального диаметра для кормления мелких животных (кролики, куры, утки, рыбы, креветки). В результате из 10 кг сырой массы ресурса получали 2,0 кг готового продукта. Готовый продукт помещали в герметичные пластиковые пакеты.

Литература

1. Празукин А.В., Бобкова А.Н, Евстигнеева И.К., Танковская И.Н., Шадрин Н.В. Структура и сезонная динамика фитокомпоненты биокосной системы морского гиперсоленого озера на мысе Херсонес (Крым) // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, №1. С. 61-79.

2. Prazukin A.V., Anufriieva E.V., Shadrin N.V. Is biomass of filamentous green algae Cladophora spp. (Chlorophyta, Ulvophyceae) an unlimited cheap and valuable resource for medicine and pharmacology? A review // Reviews in Aquaculture. 2020. Vol.12. P. 2493-2510.

3. Prazukin A.V., Anufriieva E.V., Shadrin N.V. Unlimited possibilities to use Cladophora (Chlorophyta, Ulvophyceae, Cladophorales) biomass in agriculture and aquaculture with profit for the environment and humanity // Science of The Total Environment. 2023. Vol.884. Art. no. 163894 (18 p.).

4. FAO. The State of World Fisheries and Aquaculture 2016. Contributing to Food Security and Nutrition for All. Food and Agricultural Organization of the United Nations, Italy, 2016.

5. Mihranyan A. Cellulose from cladophorales green algae: from environmental problem to high-tech composite materials // Journal of Applied Polymer Science. 2011. Vol.119. P. 2449-2460.

6. Wu G. Nutrition and Metabolism: Foundations for Animal Growth, Development, Reproduction, and Health. In: Wu, G. (Ed.) Recent Advances in Animal Nutrition and Metabolism. Advances in Experimental Medicine and Biology, vol 1354. Springer, Cham, 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-030-85686-1_1

7. Краснощекова Т.А., Бабухадия К.P., Бойко E.H., Рыжков В.А. Зональные особенности химического состава и питательности кормов // Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого. 2014. Т. 76. С. 30-33.

8. Munir М., Qureshi R., Bibi М., Khan A.M. Pharmaceutical aptitude of Cladophora: A comprehensive review // Algal Research. 2019. Vol.39. P. 101476.

9. Zhou S., Nyholm L., Stramme M., Wang Z. Cladophora cellulose: unique biopolymer nanofibrils for emerging energy, environmental, and life science applications // Accounts of Chemical Research. 2019. Iss. 52. P. 2232-2243.

10. He M., Yang Y., Shao Z., Zhang J., Feng C, Wang L., Mao W. Chemical structure and anticoagulant property of a novel sulfated polysaccharide from the green alga Cladophora oligoclada II Marine Drugs. 2021. Iss. 19. P. 554.

11. Gosch B.J., Magnusson M, Paul N.A., de Nys R. Total lipid and fatty acid composition of seaweeds for the selection of species for oil-based biofuel and bioproducts // GCB Bioenergy. 2012. Vol.4, iss. 6. P. 919-930.

12. Gubelit Y.I., Makhutova O.N., Sushchik N.N., Kolmakova A.A., Kalachova G.S., Gladyshev M.I. Fatty acid and elemental composition of littoral "green tide" algae from the Gulf of Finland, the Baltic Sea // Journal of Applied Phycology. 2015. Vol.27. P. 375-386.

13.Nutautaite M., Viliene V., Raceviciute-Stupeliene A., Bliznikas S., Karosiene J., Koreiviene J. Freshwater Cladophora glomerata biomass as promising protein and other essential nutrients source for high quality and more sustainable feed production // Agriculture. 2021. Iss. 11. P. 582.

14.Prazukin A.V., Firsov Yu.K., Gureeva E.V., Kapranov S.V., Zheleznova S.N., Maoka Т., Nekhoroshev M.V. Biomass of green filamentous alga Cladophora (Chlorophyta) from a hypersaline lake in Crimea as a prospective source of lutein and other pigments // Algal Research. 2021. Vol.54. Article no. 102195 (9 p.).

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к животноводству и кормопроизводству. Предложен способ получения кормовой добавки из водорослей. Свежесобранные водоросли Cladophora spp. через 1-2 часа после сбора промывают водой до полного удаления солей, освобождают от эпифитов и подсушивают в тени при температуре 25°С на протяжении 48 часов. Подсушенную массу помещают в сушильный шкаф и сушат до влажности не выше 20%. После этого полученную сухую массу подвергают размолу до получения частиц размером от 0,2 до 0,8 мм. Затем порошок гранулируют до размера гранулы диаметром 4 мм. Способ позволяет получить готовый продукт - кормовую добавку, богатую белком (220±11) мг/г сухой массы, углеводами (142±20) мг/г сухой массы, витамином С (0,8±0,09) мкг/г сухой массы, витамином В₃ (0,3±0,05) мкг/г сухой массы, витамином Е (0,09±0,01) мкг/г сухой массы, каротиноидами (667±32) мкг/г сухой массы, для использования в животноводстве. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

1. Способ получения кормовой добавки из водорослей для животноводства, например, для кроликов, включающий сбор и заготовку растительного сырья, отличающийся тем, что в качестве сырья используют зеленую нитчатую водоросль Cladophora spp., сбор которой осуществляют в мае-июне в гиперсоленых водоемах Крыма, промывают водой до полного удаления солей через 1-2 часа после сбора и сушат в тени при температуре 25°С в течение 48 часов, после чего сушат при температуре 45°С до влажности не выше 20%, а полученную сухую массу размалывают в течение 10-20 минут до получения порошка с частицами размером от 0,2 до 0,8 мм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный порошок формуют в гранулы диаметром 4 мм.