Соя или кукуруза?

Известно, что в кормовой базе зарубежных стран ведущую позицию занимают соя и продукты ее переработки, так как они богаты протеином, жирами, а также биологически активными веществами. В нашей стране пока эти продукты не нашли широкого применения в кормлении животных. Наличие данной проблемы обусловлено отсутствием специальной техники и технологий, а также научно обоснованных данных для их проектирования и конструирования.
Решение проблемы белкового дефицита в кормопроизводстве Приамурья, являющегося основным в России производителем соевого зерна, путем повышения эффективности его использования, актуализируется вместе с необходимостью увеличения производства продукции ферм. Цена реализации сои (около 20 рублей за килограмм) не способствует использованию этой продукции в кормовых целях, но рациональные производители знают, что литр молока, полученный в результате скармливания этого килограмма, обеспечит доход в сумме 25-26 рублей.
Соя – самая ценная бобовая культура, в зерне которой содержится 32-45% протеина, до 20% жира, но сравнительно мало углеводов. Так как соевое зерно содержит антипитательные вещества (ингибиторы, танины, глюкозиды, алкалоиды), которые сильно снижают его поедаемость животными и биологическую доступность протеина, сою необходимо подвергать обработке перед скармливанием.
Другая проблема применения зерна сои в кормлении взрослых жвачных животных – повышение эффективности использования его преимущественной составляющей – протеина, который на 80-90% состоит их легкорастворимых и – расщепляемых фракций (при оптимальном содержании 40-50%). С увеличением доли растворимых и расщепляемых фракций протеина корма в рационе его видимая переваримость возрастает вследствие быстрого расщепления с образованием и всасыванием аммиака в рубце. При этом поступление общего количества протеина в тонкий кишечник уменьшается и снижается истинная обеспеченность животного аминокислотами.
Рациональное использование сои в кормлении животных предполагает эффективное разрушение антипитательных веществ и повышение доступности протеина. Для свиней и птицы, необходимо повышать доступность аминокислот, а для жвачных – защищать протеин от чрезмерной деградации в рубце, чем повышать поступление аминокислот нерасщепленного протеина в тонкий отдел кишечника. Регулирование ферментации в рубце жвачных животных с целью создания условий для максимального использования микрофлорой недорогих источников азота, имеет очень важное значение.
Достичь этого можно путем подбора в рацион соответствующих кормов, протеины которых более устойчивы к расщеплению в рубце, или методом воздействия на корма различных физико-химических факторов (тепловая обработка, гранулирование, экструдирование и др.), снижающих растворимость и расщепляемость протеина в рубце и тем самым повысить эффективность его использования на 6-8%.
Наиболее эффективными по степени преобразования питательных веществ зерна являются гидро- и баротермические методы его обработки. В сельскохозяйственном производстве такая обработка зерна применяется для преобразования его крахмала в более усвояемую форму (клейстеризация, декстринизация) и повышения степени его усвояемости животными.
Экструзия является одним из наиболее эффективных способов обработки зерна, разрушающим антипитательные вещества, снижающим растворимость и расщепляемость белка в рубце и значительно улучшающим кормовую ценность зерна вследствие декстринизации крахмала, дестркуции целлюлозно–лигниновых образований. Количество крахмала при этом уменьшается, а декстринов увеличивается, количество сахара возрастает, значительно улучшается санитарное состояние продукта.
Основная роль в эффективности использования питательных веществ кормов принадлежит углеводам. Это связано с тем, что их фракции являются основными поставщиками энергии, оказывающими значительное влияние на пищеварение и использование веществ организмом. Углеводная питательность кормов зависит от содержания различных форм углеводов в корме, их усвояемости в различных отделах желудочно-кишечного тракта, влияния на обмен веществ и продуктивность животных.
Кукуруза как источник энергии превосходит все злаковые зерновые корма (12,2-12,8 МДж обменной энергии в 1 кг), но отличается от них наименьшим содержанием сырого протеина. В зерне кукурузы содержится 9-10% протеина, 4% — жира, около 70% — крахмала и 2-3% клетчатки. Сравнительно низкая растворимость протеина (25-30%) делает кукурузу ценным компонентом комбикормов для жвачных животных. Она, как и все злаковые зерновые корма, содержит довольно большое количество витаминов группы В и Е.
При включении в рационы животных кукурузы одновременно с другими зерновыми кормами, богатыми протеином, минеральными веществами, витаминами, получается исключительно хороший эффект. Смешивание в оптимальных пропорциях экструдируемого соевого зерна, при соблюдении определенных конструктивно-режимных параметров, с зерном кукурузы, позволит получить высокоэффективные концентрированные корма для разных видов и половозрастных групп животных. Оптимальное соотношение сахара и переваримого протеина в рационе коров колеблется от 0,6:1 до 1,5:1, а сахара к крахмалу 1:1 и 1:2. При оптимальном сахаро-протеиновом отношении в рационах жвачных создаются благоприятные условия для размножения микрофлоры в преджелудках, улучшается синтез аминокислот, жирных кислот и витаминов группы В в рубце.
В связи с тем, что урожайность кукурузы в Амурской области в 5 раз и более превышает аналогичный показатель сои, себестоимость первой в 2 раза ниже, несмотря на значительные затраты (завозные семена, поздняя уборка, сушка и др.). Даже цена реализации кукурузы более чем на четверть ниже цены сои. Поэтому, вводя в смесь с соей кукурузу собственного производства в соотношении 1:1 по массе получим удешевление концентрированного корма на 25% и на 10-15% — при введении покупного зерна кукурузы. При этом все виды питательности смеси по вышеописанным причинам превзойдут простую сумму таковых в ее составляющих из-за улучшения условий для эффективного использования питательных элементов.
Перспективность применения соево-кукурузных концентрированных кормосмесей подтверждается и непрерывной тенденцией увеличения производства зерна кукурузы в течение 10 лет. Только за период 2010-2014 г.г. оно возросло в Амурской области почти в 17 раз (с 4,9 до 80,0 тыс.тонн).
Учитывая информацию о химическом составе, экономической эффективности и динамике объемов производства, можно утверждать, что идеальным углеводным обогатителем зерна сои в рационах животных будет кукуруза после их совместного в определенных соотношениях экструдирования.
В результате проведенных в 2015 году экспериментальных исследований при получении высокоэнергетического соево-кукурузного кормового концентрата получены математические модели для описания закономерностей влияния конструктивно-технологических параметров лабораторного шнекового пресс-экструдера XP-3, совместно с долей компонентов экструдируемой зерносмеси, на выбранные критерии оптимизации: сахаро-протеиновое соотношение экструдата (y1) и производительность пресс-экструдера (y2)в виде адекватных уравнений регрессии и эмперических зависимостей, на основе которых определены области оптимальных значений параметров пропорции смешивания сои и кукурузы для переработки, а также пресс-экструдера в целом, характеризующие процесс экструдирования зерносмеси и способствующие балансированию рационов кормления разных видов и половозрастных групп животных.
Экструдирование зерновой смеси проводилось в лаборатории производства кормов и переработки сельскохозяйственной продукции отдела механизации и электрификации животноводства и кормопроизводства ФГБНУ ДальНИИМЭСХ с использованием пресс-экструдера XP-3. Химический анализ полученных образцов экструдата выполнен в лаборатории ФГБУ «Станция агрохимической службы «Амурская». Сущность проведённого эксперимента заключается в том, что он позволяет обобщить материалы исследований в виде математической модели и дать им статистическую оценку при значительном сокращении числа опытов по сравнению с однофакторным экспериментом, а также позволяет оценить роль отдельных факторов (независимых переменных) в формировании уровня результативной переменной и в степени ее изменения, выявить наиболее важные и существенные факторы.
Как в модели оптимизации сахаро-протеинового соотношения при производстве соево-кукурузного кормового концентрата, так и в модели оптимизации производительности экструдера, наибольшее влияние на параметры оптимизации проявил фактор – доля кукурузы в зерновой смеси. Оказывают определенное воздействие на результат производительности фактор – шаг витка шнека и фактор – частота вращения шнека экструдера.
Расчетное сахаро-протеиновое соотношение в неэкструдированной соево-кукурузной зерновой смеси (соя 75%+кукуруза 25% и соя 25%+кукуруза 75%) варьирует в пределах 14,5-21,0%, а в экструдате смесей оно в пределах 31,7-76,6%. Содержание сахара в экструдате увеличивается в 3-4 раза вследствие преобразования других углеводов под воздействием температуры и давления (декстринизация крахмала, деструкция целлюлозно-лигниновых образований).Но частичное замещение сои равной массой кукурузы не обеспечивает содержание сахара в экструдате зерносмеси более 10,3%, что даже при максимальном содержании протеина 32,5% (75% сои) в экструдате создает соотношение сахар: протеин 37,7%. При увеличении кукурузы в неэкструдированной зерносмеси с 25 до 75% содержание сахара уменьшается на 13,3%, а протеина – на 41,5%, в экструдате того же сырья, при увеличении сахара на 20,8%, содержание протеина сокращается наполовину. Основной рост соотношения обеспечивается значительным сокращением протеина в экструдате зерносмеси, в результате замещения сои кукурузой.
В целях сохранения максимальной концентрации протеина при производстве высокоэнергетического соево-кукурузного кормового концентрата замена сои кукурузой не должна превышать 10%. Построение уравнения регрессии для натуральных значений факторов позволяет получить значение параметров оптимизации y1 для заданных условий.
При максимальной концентрации протеина в экструдате соево-кукурузной смеси (90:10) сахаро-протеиновое соотношение получается H» 18%, при расчетном – 13% в аналогичной смеси неэкструдированного зерна. Полученная математическая модель позволяет рассчитать значения параметров оптимизации сахаро-протеинового соотношения получаемого экструдата для соево-кукурузных зерносмесей любых пропорций.
В соответствии с имеющейся методикой построения уравнения для натуральных значений факторов можно получить значение параметра оптимизации производительности экструдера y2 (модель 2).
Совместно с увеличением на 5% сахаро-протеинового соотношения и почти на 12% производительности оборудования при экструдировании, за счет введения в зерносмесь 10% кукурузы, в получаемом экструдате в 5 раз возрастает содержание крахмала (более 6,5%, вместо 1,2% в зерне чистой сои), что значительно увеличивает углеводную питательность кормового концентрата, в дополнение к повышению качества протеина за счет поступления низкорастворимого белка кукурузы.
Замещение 10% сои кукурузой в экструдате зерносмеси, по расчётам, снизит лишь на 0,19 МДж обменной энергии 1 кг корма, что уменьшит энергетическую питательность сои на 1,3% — практически сохранив без существенных изменений.