ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОАНАЛИЗА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗЕРНА

НТП: ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК 633.367.3: 631.526: 631.543.1
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОАНАЛИЗА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗЕРНА
БЕЛОГО ЛЮПИНА*
С.Л. БЕЛОПУХОВ, доктор сельскохозяйственных
наук, зав. кафедрой
А.С. ЦЫГУТКИН, кандидат биологических наук, зав.
лабораторией
А.Л. ШТЕЛЕ, кандидат сельскохозяйственных наук,
ведущий научный сотрудник
РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
E-mail: belopuhov@ mail.ru
Резюме. Результаты исследований показали, что для определения энергетической ценности зерна белого люпина возможно использование метода термического анализа. Показано,
что в ядре зерна, по сравнению с оболочкой, содержание
органических веществ на 5…7 % больше, а минеральных компонентов на 4…6 % меньше. Рассчитана энергия активации
для каждого компонента и энергетическая ценность зерна.
Ключевые слова: термоанализ, химический состав, белый
люпин, сырой протеин, клетчатка, сырой жир, комбикорм,
птицеводство.
Оперативный метод предусматривает определение химического состава питательных веществ корма
без проведения балансовых опытов [3]. В этом случае
расчет обменной энергии, например, для птицы проводится по содержанию сырого протеина, сырого жира,
крахмала и сахара на основе уравнений регрессии с
учетом энергетических коэффициентов.
При этом применяют формулу, рекомендованную Всемирной научной ассоциацией по птицеводству (WPSA):
ОЭ Ккал/100 г = 3,70 × % СП + 8,20 × % СЖ +
+ 3,99 × % Кр+3,11 × Сах,
где СП – сырой протеин; СЖ – сырой жир; Кр – крахмал; Сах – сахар.
Косвенный метод – основан на использовании сведений об энергетической ценности корма из таблиц
питательности и химического состава [4, 5], а о переваримости (усвояемости) питательных веществ – по
данным справочной и научной литературы. Обменная
энергия определяется как сумма энергии входящих
компонентов и рассчитывается по различным уравнениям регрессии, например, следующего вида:
ОЭ = КСП × УСП × %СП+ КСЖ × УСЖ ×% СЖ + КБЭВ
× УБЭВ × %БЭВ,
где СП, СЖ, БЭВ – содержание в корме сырого протеина, сырого жира, безазотистых экстрактивных веществ;
К – соответствующие калорические (энергетические)
коэффициенты; У – соответствующие коэффициенты
усвояемости для конкретной группы животных [6].
Определение энергетической ценности зерна белого люпина разных сортов, выращенного в полевом опыте, проведённом сотрудниками лаборатории белого
люпина РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева в 2008-2009
гг. в учхозе имени М.И. Калинина (Тамбовская область)
по такой формуле показало, что ее содержание варьирует от 261 до 274 ккал/100 г, или от 10,93 до 11,47
мДж/кг (см. табл.) [7].
К недостаткам перечисленных методов относятся,
Современная система сбалансированного кормления и оценка питательности кормов основаны на
использовании сведений о потребности животных в
обменной энергии и комплексе питательных, минеральных и биологически активных веществ.
Вся необходимая организму животных энергия поступает исключительно с кормом и сконцентрирована в
питательных веществах. При их расщеплении (гидролизе)
в пищеварительном тракте животных образуется основной
вид энергии, потребляемой организмом – обменная энергия (ОЭ). Энергия перевариваемых питательных веществ,
за минусом потерь на образование продуктов обмена, составляет физиологически полезную обменную энергию.
Установлено, что продуктивность птицы на 40…50 %
определяется поступлением энергии в организм,
недостаток которой более частая, по сравнению с
другими факторами, причина ее снижения. Уровень
обменной энергии в большинстве случаев определяет
интенсивность метаболизма
Таблица. Обменная энергия зерна у сортов белого люпина
и конверсии корма, а также
МаноДельДетер Деснян- Средв целом экономическую эф- Показатель Старт вицкий Гамма та Дега
1
ский
нее
фективность производства Обменная
продуктов животноводства. энергия:
261
261
269
269 267
268
274
267
Энергетическую ценность ккал/100 г
10,93
10,93 11,26 11,26 11,18 11,22
11,47
11,18
корма по обменной энергии мДж/кг
(мДж/кг; ккал/100 г) определяют балансовым (физиологическим), оперативным и
во-первых, трудоёмкость и длительность химического
косвенным методами.
анализа, во-вторых, недостаточная точность оценки
Балансовый (физиологический) метод основан
при использовании справочных данных.
на определении переваримости (усвояемости) питаВ связи с изложенным цель наших исследований –
тельных веществ корма в физиологическом опыте.
оценить возможности оперативного определения обЗная химический состав питательных веществ корма,
менной энергии термоаналитическим методом.
получаемой продукции и конечных продуктов обмеУсловия, материалы и методы. Образцы веществ
на, по их разнице можно рассчитать переваримость
имеют индивидуальную термическую характеристику,
протеина, жира и углеводов в процентах. Кроме того,
которая отражает их поведение при нагревании и зависит
определяется доступность минеральных веществ
от состава, свойств структуры, механизма и кинетики преи аминокислот. При расчете суммарной обменной
вращения. Мы проводили анализ на термоаналитическом
энергии с помощью соответствующих энергетических
комплексе на базе модифицированного дериватографа
(калорических) коэффициентов учитывают различную
Q-1500D с программно-аналитическим обеспечением,
который ранее использовали для изучения биологическоспособность протеина, жира и углеводов высвобождать
го материала [8]. В ходе исследований регистрировали
энергию [1, 2].
* Работа выполнена при поддержке гранта №11.G34.31.0079.
56
Достижения науки и техники АПК, №4-2013
НТП: ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И РАСТЕНИЕВОДСТВО
Рисунок. Температуры максимумов пиков (Т, оС) и содержание компонентов (%): а – оболочка, б – ядро.
термические кривые зависимости температуры вещества
от времени или температуры внешней среды при непрерывном изменении последней по специально заданной
программе 10 или 20 град./мин. Регистрацию проводили
относительно стандартного образца – каолинита. Оценку
тепловых эффектов, связанных с различием химического
состава образцов, осуществляли по кривым ДТА (дифференциальный термоанализ). В сочетании с ДТА применяли термогравиметрический метод и дифференциальнотермогравиметрический анализ (ДТГ).
Поле обработки кривых ДТА получали качественную
характеристику состава исследуемых образцов, а по площади и высоте пиков – количественную характеристику
состава вещества. Для анализа сложных кривых ДТА, ДТГ
и расчёта термодинамических параметров использовали
программу записи экспериментальных данных Derivatograf.
Расчет термодинамических характеристик осуществляли
исходя из предположения о том, что происходящие реакции относятся к мономолекулярным реакциям разложения
и для них справедливо кинетическое уравнение:
где С – доля вещества (А), принимающая участие
в реакции и остающаяся в какой-нибудь ее стадии; k –
константа скорости реакции из уравнения k = k0 . e-E/RT;
ko – предэкспоненциальный множитель; n – порядок
реакции; Е – энергия активации, ккал/моль; R – 1,987
кал/моль ⋅ град; Т – абсолютная температура в градусах
Кельвина; b = dT/dt.
Последующие расчёты термодинамических характеристик и параметров кинетического уравнения, а
также оценку химического состава растительных образцов осуществляли с использованием программного
обеспечения Simulink пакета MathLab [8…10].
Объект исследований – зерно белого люпина
сорта Дега, которое в наибольшей степени удовлетворяет потребности интенсивного животноводства
[11…15].
Результаты и обсуждение. Результаты термоанализа (см. рисунок) показали, что содержание
органического вещества в оболочке зерна составляет 85,1±2,2 %, воды – 3,5±0,2, минеральных
компонентов – 11,4±0,8 %. В ядре величины этих
показателей равны соответственно 89,9±2,4, 5,0±0,3
и 5,1±0,6 %.
На основании предположения о существовании прямой зависимости между энергией активации компонентов
оболочки и ядра зерна и величиной обменной энергии мы
предприняли попытку использовать для энергетической
оценки расчёт по органическим компонентам, которые
термически разлагаются до температуры 350оС. В таком
случае с учётом массовой доли каждого компонента и его
энергии активации суммарная величина этого показателя
для оболочки составляет 35,6±1,9 кДж/моль, а для ядра
зерна – 64,8±2,6 кДж/моль. Следовательно, ядро зерна
более энергоемко, чем оболочка. Это подтверждается
расчётными данными и проведенными ранее зоотехническими опытами [14, 15].
Мы установили, что обменная энергия зерна белого люпина в целом составляет 250…280 ккал/100
г (10,5…11,7 мДж/кг), ядра – 280…300 (11,7…12,6),
оболочка – 120…150 ккал/100 г (5,0…6,3 мДж/кг).
Необходимо также отметить, что процесс дегидратации воды из оболочки зерна происходит при температуре на 14 оС ниже, чем из ядра зерна, и молекулы
воды в оболочке менее связаны. Это также подтверждается рассчитанными по экспериментальным данным
величинам энергии активации для Н2О, которые для
оболочки составляют 32,3±1,1 кДж/моль, а для ядра
зерна – 34,8±1,2 кДж/моль.
Выводы. Таким образом, результаты наших исследований свидетельствуют, что для определения
величины обменной энергии в полнорационных комбикормах, созданных на основе белого люпина, можно
использовать метод термического анализа.
Литература.
1. Чернышев Н.И., Панин Н.Г., Шумский Н.И. Кормовые факторы и обмен веществ. – Воронеж: «РИА-ПРОСПЕКТ», 2007. – 188 с.
2. Фисинин В.И., Егоров И.А., Околелова Т.М., Имангулов Ш.А. Кормление сельскохозяйственной птицы. – Сергиев Посад:
ВНИТИП, 2003. – 375 с.
3. Оперативный метод определения обменной энергии // Методические рекомендации «Оценка качества кормов, органов,
тканей, яиц и мяса птицы». – Сергиев Посад: ВНИТИП, 2007. – С. 13-16.
4. Рекомендации по кормлению сельскохозяйственной птицы. Сергиев Посад: ВНИТИП, 2009. – 142 с.
5. Методические рекомендации для расчета рецептов комбикормовой продукции. М.: МСХ РФ / ВНИИКП, 2009. – 149 с.
6. Панин И. Программы оптимизации рационов // Птицеводческой хозяйство. Птицефабрика. – 2011. – №3. – С. 34-36.
7. Штеле А.Л., Цыгуткин А.С., Терехов В.А. Биологическая и кормовая ценность зерна белого люпина как источника корма
для сельскохозяйственной птицы // Материалы Всероссийской научно – практической конференции. Т. 1. – Белгород: Издательство «Отчий край», 2012. – С. 339-344.
8. Калабашкина Е.В., Белопухов С.Л. Термохимический анализ льняного волокна // Бутлеровские сообщения. – 2011. – Т.
28. – №20. – С. 11-14.
9. Черезова Е.Н., Татаринцева Т.Б., Аверко-Антонович И.Ю., Мукменева Н.А. Методы исследования эффективности стабилизаторов полимерных материалов. – Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. – 2000. – №3. – С. 59-63.
10. Шнее Т.В., Кончиц В.А., Шевченко А.А., Белопухов С.Л. Исследование коллоидно-химических свойств зональных и
солонцовых почв Омской области // Бутлеровские сообщения. – 2010. – Т. 21. – №7. – С. 74-77.
Достижения науки и техники АПК, №4-2013
57
НТП: ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И РАСТЕНИЕВОДСТВО
11. Гатаулина Г.Г., Медведева Н.В., Цыгуткин А.С. Особенности роста и развития растений, технологии возделывания
нового сорта белого люпина Детер 1 // Достижения науки и техники АПК. – 2011. – №9. – С. 26-28.
12. Шапкина Ю.С., Стройков Ю.М., Цыгуткин А.С., Медведева Н.В., Веселовская К.Н., Тютюнов С.И., Навальнев В.В.,
Васенев И.И., Полтинин А.П., Подлеснов А.В. Фитосанитарное состояние посевов белого люпина на Северо-Востоке и ЮгоЗападе Центрального Черноземья // Достижения науки и техники АПК. – 2011. – №9. – С. 29-31.
13. Цыгуткин А.С., Штеле А.Л., Андрианова Е.Н., Медведева Н.В. Аминокислотный состав зерна белого люпина сортов
Гамма и Дега // Достижения науки и техники АПК. – 2011. – №9. – С. 41-43.
14. Егоров И.А., Андрианова Е.Н., Цыгуткин А.С., Штеле А.Л. Белый люпин и другие зернобобовые культуры в кормлении
птицы // Достижения науки и техники АПК. – 2010. – №9. – С. 36-38.
15. Афанасьев Г.Д., Штеле А.Л., Терехов В.А., Писарев Е.В. Использование зерна белого люпина при выращивании перепелов на мясо // Достижения науки и техники АПК. – 2011. – №9. – С. 43-45.
THERMOANALYSIS APPLICATION FOR STUDYING OF GRAIN OF THE WHITE LUPINE
S.L. Belopukhov, A.S. Tsygutkin, A.L. Shtele
Summary. The method of thermal analysis used to investigation the chemical composition and evaluation of the energy value of corn
varieties of white lupine Degas. It is shown that the kernel of grain, compared with the shell organic substances of 5-7% more, and
mineral components in the 4-6% less. Calculated activation energies for each component and assess the energy value of corn.
Key words: thermoanalys, chemical compounds, white lupine, crude protein, cellulose, crude fat, compound feed, poultry farming.
УДК 636.4.083
ЗАМЕНИТЕЛЬ ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА «ПОРСИМИЛК»
В КОРМЛЕНИИ ПОРОСЯТ
Л.В. СЫЧЁВА, кандидат сельскохозяйственных
животных, доцент
Пермская ГСХА
E-mail: rector@parmail.ru
Резюме. В статье изложены результаты исследований по
изучению влияния заменителя цельного молока «Порсимилк» и
престартера на рост и сохранность поросят в подсосный период
выращивания. Поросята-сосуны контрольной группы получали
только молоко свиноматки, опытной – дополнительно к материнскому молоку заменитель цельного молока, начиная со 100 г/гол. в
четырёхдневном возрасте до 250 г перед отъёмом, и престартер.
Динамику живой массы подопытного молодняка определяли по
результатам взвешиваний в возрасте 21 и 35 дн. Использование
заменителя цельного молока и престартера в кормлении поросят
в подсосный период выращивания способствовало увеличению
живой массы в возрасте 21 дн., по сравнению с контрольной
группой, на 0,59 кг, в возрасте 35 дн. – на 0,44 кг. Среднесуточный
прирост живой массы за период опыта был также выше у поросят
опытной группы и составил 249 г, или выше, чем в контроле, на
14,3 г. Сохранность поросят в опытной группе была равна 95,7 %,
что выше, по сравнению с контрольной группой, на 2,3 %. Для
увеличения роста и сохранности поросят подсосного периода
выращивания можно рекомендовать скармливание заменителя
цельного молока «Порсимилк» совместно с престартером.
Ключевые слова: поросята, рост, живая масса, среднесуточный прирост, сохранность, заменитель цельного молока,
Порсимилк.
В последние годы в России доля свинины в структуре
производства мяса составляет около 34 %, а в мире –
38,5 %, то есть остается на одной из ведущих позиций.
Изменение структуры производства мяса в пользу более технологичных и рентабельных (свинины и птицы)
в рыночных условиях – объективный, неизбежный и необратимый процесс. Прогнозируемый прирост объемов
мирового производства мяса, безусловно, предполагает доминирование двух отраслей – свиноводства и птицеводства, так как именно эти виды животных обладают
наивысшей способностью к биоконверсии.
58
Основа для увеличения производства свинины – правильно организованное выращивание поросят. Однако, по
сравнению с другими сельскохозяйственными животными, молодняк свиней рождается на более ранней стадии
внутриутробного развития и сохраняет максимальную
напряженность роста после рождения. Даже в передовых
свиноводческих хозяйствах в результате недостаточного
выделения молока у маток наблюдается гибель поросят,
слабое развитие и небольшая живая масса при отъеме,
не обеспечивающая интенсивного роста при откорме. Недостаток молока или его биологическая неполноценность
восполняется добавками разного происхождения [1].
При недостаточной молочности маток поросятам
не хватает молока уже на 5…15 дн. В то же время независимо от этого молодняк с 5…7 дн. жизни следует
приучать к подкормке молоком, которое по составу
наиболее близко к свиному. За первый месяц лактации свиноматка выделяет до 80 % молока, а за второй
только 20 %. Потребность же поросят с возрастом увеличивается, и им уже недостает питательных веществ,
которые поступают с молоком матери. Это приводит к
резкому снижению прироста [2…4].
На сегодняшний день на российском рынке кормов
для животных имеются различные заменители молока.
Большая часть из них универсальны, то есть предназначена и телятам, и поросятам. Стоят они, как правило,
недорого, но и эффективность их невысока. Сухое обезжиренное молоко полезно для поросят, однако в нем
недостаточно обменной энергии, необходимой для
интенсивного роста.
В научно-исследовательском центре «ПРОВИМИ»
(Голландия), разработан заменитель цельного молока
свиноматки для поросят – «Порсимилк». По своему составу это полный аналог молока абсолютно здоровой
свиноматки, обогащенный витаминами и минералами, включающий профилактические дозы некоторых
медикаментов, органических кислот, пробиотических
Достижения науки и техники АПК, №4-2013