Нанобиотехнологии в кормлении животных, производстве и переработке сельхозпродукции. Учебное пособие

Любая пища, какой бы она не была, не может быть идеально сбалансированной для ее потребителя одновременно по всем показателям жизненных потребностей – по питательности, калорийности, минеральному составу. Известно, например, что один и тот же вид растения не может быть одинаковым по всем показателям его пищевой ценности, если он произрастает в различных ландшафтах. Более того, одинитотжевид,произрастающийводинаковыхгеографических условиях, но на разных субстратах, по химическому составу будет неодинаковым. И даже плоды, выращенные на одном и том же дереве в разные годы, имеют отличительные характеристики.

Вместе с тем хорошо известно, что любой животный организм (птица – не исключение) для своего нормального развития требует не только определенного количества минеральных соединений, но и строгого (или очень узкого интервала колебаний) соотношения различных минеральных веществ, поступающих с пищей. Но эти соотношения могут бытьнесколькоразличныминаразныхстадияхразвитияорганизма.

Эксперименты однозначно показали, что включение в рацион птицы высококремнистых добавок способствует повышению продуктивности, снижению затрат кормов на производство продукции за счет лучшей переваримости

иусвояемости питательных веществ. Такие добавки в организме птицы выполняют несколько функций. Во-первых, механическую. Находясь в мышечном желудке, они, как жернова, перетирают пищу, измельчают ее, в результате чего она становится более доступной пищеварительным ферментам. Во-вторых, находясь внутри пищевых масс, минеральные добавки увеличивают ее объем, а вместе с этим

ивремя прохождения по желудку. Кроме того, при прохождении по кишечнику минеральные добавки, по-видимому,

171

раздражают рецепторы слизистых оболочек, в результате чего выделяется больше пищеварительных соков, ферментов,которыеспособствуютлучшемуперевариваниюиусвояемости питательных веществ корма.

В результате ионного обмена улучшается вывод из организма ненужных ему соединений и «шлаков». Так, при связывании калия и натрия птица меньше потребляет воды, что приводит к снижению влажности помета. В результате меньше тратится энергии на ее вывод из организма.

Однаизважныхфункций,которыевыполняюткремние- выедобавкиворганизмептицы,–способностьихоказывать положительноевлияниенаконверсиюнекоторыхминеральных соединений, что хорошо прослеживается по магнию. Возможно, когда в организме связываются ненужные, избыточные для организма соединения, повышается активность ферментов, и магний лучше усваивается и трансформируется в яйцо для построения скорлупы. Повышение содержания магния в скорлупе яйца способствует увеличению её прочности, а это имеет большое практическое значение, поскольку снижаются бой и насечка яиц.

Некоторые минеральные высококремнистые добавки содержат комплекс соединений, которые, проходя по пищеварительному тракту, выступают в роли доноров ряда элементовдляорганизма.Поэтомудобавкуцеолита,например, можно рассматривать как источник некоторых недостающих ему элементов.

Многие птицеводы высказывают опасение, что цеолиты могут (поскольку они обладают мощными сорбционными свойствами) выносить из организма питательные вещества и витамины. Такие опасения напрасны. Дело в том, что размер пор (каналов) клиноптилолита и гейландита находится впределах4Å,аразмермолекулвитаминов–15–20,глюко- зы – 7, белков – 1600 Å. Поэтому вывод из организма пита-

172

тельных веществ с помощью цеолитов исключен. Рабочим органом цеолитов является их поверхность – активный ионообменник. В цеолите внутренние поры выполняют роль сорбентов только газов и влаги.

Интересен обнаруженный нами механизм действия кварца. При прохождении по пищеварительному тракту, как уже говорилось, на поверхности кварцевых частичек образуется гидроксилизированная пленка, которая выводит из организма избыточные химические соединения. По-види- мому,онавыполняетидругиефункции,возможнодажебактерицидные.Какизвестно,патогеннаямикрофлораразвивается в щелочной среде, пленка же кварца по своей природе должна быть кислой, т. е. способствующей уничтожению патогенной микрофлоры. Но эта гипотеза требует проверки. Пленка кварца является более сильным ионообменником,чемцеолит.Еслидонастоящеговременисчитается,что введение кварцевой, гранитной и другой крошки в рацион птицы необходимо только для механического перетирания пищи, то полученные нами результаты показывают, что функция высококремнистых минеральных комплексов много шире и разнообразнее.

Итак, сделан важный шаг в изучении механизма действиякремнистыхминеральныхдобавок.Вдальнейшемнеобходимо проведение исследований в широком плане. Требуетсяизучитьвлияниеразличныхминеральныхдобавокна птице в зависимости от её возраста, продуктивности, физиологического состояния и т. д. Нужны эксперименты и по изучению поведенческих реакций диких животных, птиц по отношению к различным минеральным комплексам для выработки научно обоснованных минеральных подкормок в домашнем хозяйстве. Эта работа под силу только совместным усилиям естествоиспытателей различного профиля. Положительныерезультатынеобходимовнедрятьвсельскохозяйственную отрасль.

173

Полученные же нами результаты исследований уже сейчасмогутбытьиспользованывпрактикептицеводства.Есть все основания утверждать, что этими исследованиями установлен механизм действия высококремнистых природных минеральных комплексов на организм сельскохозяйственной птицы и выявлена перспективность использования их для повышения продуктивности, улучшения качества продукции при значительном снижении затрат кормов на производство яиц и мяса птицы.

Обзор зарубежных исследований показывает существование единой точки зрения у всех исследователей на причину литофагии. Потребление животными грунтов на солонцах они связывают исключительно с инстинктивным стремлением животных обеспечить потребность организма в натрии.

В. В. Потаповым и Д. В. Камашевым (2003) установлено, что скорость реакции полимеризации ортокремниевой кислоты в гидротермальном растворе при температуре 20о С равна 0,485 ч–1. Средний радиус частиц в гидротермальном растворе, по данным ФКС (фотонно-корреляционной спектроскопии), составляет от 3 до 25 нм.

Развитие исследований в области изучения свойств частиц с нанометровыми размерами открывает широкие возможности для создания на их базе иммунокорректирующих препаратов.

Таким образом, чистый кварц и высококремнистые минералы оказывают существенное влияние на минеральный обмен, обмен веществ и энергии, т. е. обладают выраженным биологически активным действием на ионном уровне.

При попадании в пищеварительный тракт, ротовую полость птицы и смачивании слюной на поверхности кремнистых минералов образуется пленка ортокремниевой кислоты H2SiO4. Средний радиус частиц кремнезема составляет от 7 до 25 нм.

174

При продвижении через пищевод в гидратированном растворе находятся катионы Са 2+, Al 3+, которые притягиваютсягидроксильнойгруппойОН,иразмерчастицвозраста-

ет до 73–100 нм.

Модель агрегации первичных частиц кремния, предложенная В. В. Потаповым, приводит к образованию вторичных частиц диаметром 10–50 нм, а в дальнейшем крупных сферических частиц от 200 до 600 нм.

Попадая в мышечный желудок птицы, кремниевые минералы подвергаются мощному физическому воздействию

ив результате вновь образуется ортокремниевая кислота, которая быстро распадается, т. к. является неустойчивым соединением. Являясь мощным сорбентом, она сорбирует стронций, тяжелые металлы, токсины. В наших экспериментахвыносстронцияувеличивалсяпочтив15разприпотреблении птицей кремния, что отвечает целям получения экологичной продукции птицеводства.

Вкишечнике соединения кремния продолжают движение и взаимодействие с другими минералами, пищей, белками, жирами, углеводами, макро- и микроэлементами, оптимизируют обменные процессы и лучшую усвояемость,

ав конечном итоге увеличивают синтез белка, жира, углеводов, повышают продуктивность птицы и экономическую эффективность: снижают себестоимость и повышают рентабельность производства продукции.

Из вышеизложенного следует, что кремний и его соединения выполняют важную роль в природе. Являясь инструментом нанобиотехнологии, этот элемент заслуживает особого внимания и глубокого уважения. Следует также отметить, что кремнийсодержащие добавки способствуют получению экологичных продуктов птицеводства. При их потреблении достоверно снижается содержание стронция

итяжелых металлов в яйце и мясе птицы.

175

Таким образом, проведенными нами исследованиями дано экспериментальное обоснование с позиции нанобиотехнологии использования высококремнистых соединений ворганизмесельскохозяйственнойптицы.Расшифрованмеханизм действия кремния в организме птицы и разработана концептуальная модель производства экопродуктов птицеводства с использованием различных высококремнистых минеральных добавок.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие продукты относятся к экологичным? 2. Что такое органическое сельское хозяйство? 3. Назовите природные токсиканты.

4. Токсические вещества, поступающие из окружающей среды.

5. Какие элементы входят в группу тяжелых металлов? 6. Пищевые токсикоинфекции.

7. Пути детоксикации кормов.

8. Что такое функциональное питание? 9. Пробиотические и пребиотические препараты. 10. Какой элемент периодической системы Д. И. Менде-

леева выполняет роль детоксиканта?

11. Технологические приемы снижения содержания тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции.

176

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании анализа отечественной и зарубежной литературыданакраткаяинформациясостоянияпроблемынанобиотехнологий в мире и в нашей стране. Предлагаются собственные разработки для повышения продуктивности животных и улучшения качества и безопасности получаемой продукции. Разработана концептуальная модель производства экопродуктов животноводства с использованием элементов нанобиотехнологий.

Следует отметить, что нанобиотехнологические процессы в организме животных идут в двух направлениях:

1. От большого к малому. Белки расщепляются до наночастиц аминокислот, углеводы – до глюкозы.

2. В организме из аминокислот синтезируются белки тела и продукция.

Глюкоза является основным источником энергетического обмена, поддержания температуры тела, движения, работы органов, производства продукции и т. д.

Поэтому авторы предлагают для повышения усвояемости, пищевой и биологической ценности кормов для животных перерабатывать их в частицы нанометровых размеров – аминокислоты и глюкозу, используя для этой цели физические методы воздействия: кавитацию, ионизацию и ферментацию.

Применив триаду процессов переработки зернового сырья, мы ускорили процесс деполимеризации крахмала в глюкозу с 60 до 6–7 ч. При этом из классического технологического процесса исключили минеральные кислоты, а вместо них использовали экологичный ионизированный раствор с рН 4,2–5,0. На данную разработку получено 7 патентов. Технология внедрена в хозяйствах Новосибирской области, Алтайского и Красноярского краев.

177

Второе направление получения экопродуктов животноводства – использование различных детоксикантов. Доктором биологических наук, профессором Т. И. Боковой с ее учениками разработана концептуальная модель производства птицеводческой продукции с применением различных детоксикантов: органического, синтетического, биологического и минерального происхождения. Гуминовые препарты, селеносодержащие соединения, пробиотики, природные полисахариды (пектин, каррагинан, альгинат натрия) существенно снижают аккумуляцию ТМ в органах и тканях птицы.

Разработан системный творческий подход к проблеме детоксикации ТМ в экологической цепи.

Созданы классификация детоксикантов и механизмы процесса, позволяющие прогнозировать эффективность его действия при производстве экологически безопасной продукции животноводства.

Перспективным является также использование в качестве детоксикантов силикатов, соединений кремния. Большинство природных кремневых соединений являются неорганическими полимерами, построенными из повторяющихся кремнекислородных связей, которые могут чередоваться и с атомами других элементов.

В последние годы кремниевые соединения – алюмосиликаты приобрели большое практическое значение в качестве сорбентов, обменников, катализаторов. Средний радиус частиц кремнезема составляет от 7 до 25 нм.

Проведены глубокие исследования, расшифрован механизм действия высококремнневых природных комплексов в организме сельскохозяйственной птицы, изучены различные минералы Сибири, выявлены перспективные соединения и их влияние на продуктивность птицы, качество, экологическую безопасность продукции и экономическую

178

эффективность их введения в рационы. Вынос стронция из продукции при скармливании высококремневых добавок увеличился в 15 раз по сравнению с контролем.

Комплексное применение пробиотических, пребиотических и синбиотических препаратов позволило получить экологически безопасную продукцию без использования антибиотиков и других препаратов. На продукцию получены сертификаты.

Таким образом, коллективом авторов разработана концептуальная модель нанобиотехнологии получения органической продукции животноводства и производится внедрение данной технологии в производство.

179

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Аденозиндифосфат (АДФ) – нуклеотид, состоящий из азотистого основания – аденина, сахара – рибозы и двух остатков фосфорной кислоты. Образуется в результате переноса концевой фосфатной группы АТФ, участвует в энергетическом обмене во всех живых организмах.

Аденозинтрифосфат (АТФ) – нуклеотид, состоящий из азотистого основания – аденина, сахара – рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. Универсальный переносчикиосновнойаккумуляторхимическойэнергиивживых клетках.

Антиген – вещество, которое организм воспринимает как чужеродное или потенциально опасное и против которого вырабатывает собственные антитела.

Антитело – Y-образная молекула белка, которая состоит из двух тяжелых и двух легких полипептидных цепей, вырабатывается клетками иммунной системы – В-лимфо- цитами.

Бактериофаги – вирусы, поражающие бактерии.

Белок–высокомолекулярноеорганическоесоединение,по- строенное из аминокислот и играющее первостепенную роль в процессе жизнедеятельности живого организма.

Биодатчик–наноструктуранаосновенуклеиновыхкислот, котораяможетслужитьчувствительнымэлементомсенсорных устройств, реагирующих на присутствие биологически активных соединений.

Биоконверсия крахмала – гидролиз крахмала с применением амилолитических ферментов.

Биокатализ–превращениевеществприучастииферментов. Биомакромолекулы – молекулы биополимеров (нуклеино-

вых кислот, белков, полисахаридов).

Биоматериалы – искусственные материалы, совместимые с клетками и тканями организма.

180