ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ НА ИЗМЕНЕНИЕ БЕЛКОВО-ПРОТЕИНАЗНОГО КОМПЛЕКСА И ПОВЫШЕНИЕ СТЕПЕНИ ПЕРЕВАРИМОСТИ ПОЛИСАХАРИДОВ ЗЕРНА

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена обоснованию целесообразности предварительной ИК-обработки зерна (семян) сорго для повышения биологической ценности комбикормов для сельскохозяйственных птиц. Рассмотрены примеры воздействия данной обработки на качество зерна сорго и его биологическую ценность. Проанализированы физические принципы работы данной технологии и свойства применяемого метода. Установлено, что переваримость белка и атакуемость его ферментами увеличились от 82,3 до 89,8 %. Приведены результаты сопоставительной зоотехнической оценки качества комбикормов с сорго. Установлена экономическая эффективность от использования предлагаемого состава комбикорма для кур и рентабельность его производства.

ABSTRACT

The article is devoted to substantiating the feasibility of preliminary IR treatment of sorghum grain (seeds) to increase the biological value of compound feeds for farm birds. Examples of the impact of this treatment on the quality of sorghum grain and its biological value are considered. The physical principles of operation of this technology and the properties of the method used are analyzed. It was found that the digestibility of protein and its attack by enzymes increased from 82.3 to 89.8 %. The results of a comparative zootechnical assessment of the quality of mixed feeds with sorghum are presented. The economic efficiency of using the proposed compound feed composition for chickens and the profitability of its production have been established.

Ключевые слова: сорго, ИК-обработка, биологическая ценность, комбикорм, зоотехническая оценка.

Keywords: sorghum, IR treatment, biological value, compound feed, zootechnical assessment.

Метод ИК–облучения, являющийся одним из перспективных физических методов обработки продуктов, находит все большее применение в таких технологических процессах, как сушка, обжарка, пастеризация, дезинсекция зерна, и способствует не только интенсификации процесса, но и повышению качества обрабатываемых продуктов. Белок при нагревании подвергается денатурационным изменениями, которые приводят к значительному увеличению скорости гидролиза протеиназами. Следовательно, необходимо произвести анализ степени переваримости белка [4, с.17–24].

С целью увеличения доступности белка зерно сорго подвергали ИК-облучению на лабораторной установке (рис.1).

В качестве генераторов ИК-излучения использовали излучатели типа КГТ-220-1000, максимум излучательной способности которого находится в диапазоне 0,8-1,2 мкм.

Рисунок 1. Схема лабораторной установки и ИК – излучателем:
1 – отражатель, 2 – сушильная камера, 3 – подложка, 4 – инфракрасный излучатель типа КГТ-220-1000, 5 – весы GF-600, 6 – хромель-алюмелевые термопары ТХА 9419-23, 7 – термоэлектрические датчики плотности теплового потока ДТП 0924-Р-О-П-50-50-Ж-О, 8 – измеритель теплопроводности ИТ-2

Зерно сорго подвергали воздействию ИК-облучения с плотностью падающего потока 9–12 кВт/м² без «взрыва» зерна в течение 120–150 секунд. Технологическая схема облучения зерна изображена на рисунке 2.

Тепловая энергия ИК-излучателя нагревала обрабатываемое сырьё до температуры, при которой происходило испарение свободной влаги из него. Для эффективности процесса толщина слоя зерна по высоте аппарата должна быть равна ширине зазора между перфорированным цилиндром и вращающимися дисками [3, с.116–118].

Для определения оптимального режима обработки зерна (семян) сорго ИК-облучением использовали метод ротатабельного композиционного планирования второго порядка (план Бокса и Уилсона).

Задача исследования заключалась в определении необходимой продолжительности процесса обработки зерна (семян) сорго без их взрыва при рациональных режимах обработки.

Для выявления влияния доминирующих факторов на продолжительность процесса сушки использовали трёхфакторный эксперимент с использованием следующих факторов:

х₁ – диапазон длины волн l (мкм);

х₂ – плотность падающего потока ρ (кВт/м²);

х₃ – начальная влажность зерна W (%).

Параметром оптимизации являлась продолжительность сушки (y, в сек.).

Зерно сорго подвергали воздействию ИК-излучения с плотностью падающего потока 9–23 кВт/м²в диапазоне длин волн от 0,8 до 2 мкм без «взрыва» зерна в течение 72–206 секунд.

Статистическую надёжность полученных уравнений регрессии оценивали по общему критерию Фишера. Расчётное значение данного критерия (F_p) для полученных уравнений равно, соответственно, F_p¹=11,16. Сравнение данных значений с табличным значением критерия (F_т=19,3) при заданном уровне значимости q=0,01 и числе степеней свободы f_y= N(n-1) =9(3-1) =18 показало, что F_р >F_т, следовательно, нулевая гипотеза отвергается и признаётся статистическая значимость параметров регрессионных уравнений.

Полученные математические модели адекватны опытным данным при доверительной вероятности 90,0 %.

Графическое изображение поверхности отклика для зерна (семян) сорго представлено на рисунках 2–4.

х₁=0:

Рисунок 2. Зависимость продолжительности ИК-облучения (y ₁) от плотности падающего потока ИК-облучения (х₂) и начальной влажности зерна (семян) сорго (х₃) при х₁ = 0

х₂=0:

Рисунок 3. Зависимость продолжительности ИК-облучения (y ₂) от диапазона длины волн (х₁) и начальной влажности зерна (семян) сорго (х₃) при х₂ = 0

х₃=0:

Рисунок 4. Зависимость продолжительности ИК-облучения (y ₂) от диапазона длины волн (х₁) и плотности падающего потока (х₂) для зерна (семян) сорго при х₃ = 0

Таким образом, получена модель процесса ИК-обработки зерна (семян) сорго в зависимости от диапазона длины волн, плотности падающего потока и начальной влажности сырья.

Положительное влияние тепловой обработки, в данном случае ИК, проявляется в изменении белково-протеиназного комплекса зерна, повышении степени переваримости полисахаридов, инактивации ингибиторов пищеварения, пастеризации, образовании вкусовых и ароматических веществ, повышающих кормовую ценность сырья, подвергнутого данной обработке.

Исследовали влияние ИК-облучения зерна (семян) сорго на изменение фракционного состава белка, переваримость и атакуемость его трипсином, относящимся к группе пищеварительных ферментов [7].

Результаты исследования до (начальное) и после (конечное) ИК-облучения представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Влияние ИК-облучения на фракционный состав белка сорго

Анализ полученных результатов показал, что в зерне сорго массовая доля белка не изменялась. При этом установлено снижение количества и определённая потеря растворимости таких глобулярных белков, как альбумины и глобулины на 10,8 и 6,9 % соответственно. Содержание щелочерастворимых фракций несколько увеличивается соответственно на 8,7 и 11,8 %. Доминирует глютелиновая фракция белка. Потеря растворимости обусловлены денатурационными изменениями при ИК-облучении зерна.

Установлено, что переваримость белка и атакуемость его ферментами увеличились от 82,3 до 89,8 %. Таким образом, ИК-облучение зерна приводит к получению белка с большим коэффициентом переваримости.

Известно, что денатурация белка в зависимости от температуры и длительности воздействия тепла бывает обратимой и необратимой:

1. При кратковременном воздействии тепла (5–30 сек.) при температуре ~ 65^о С происходит разрушение 3-й и 4-й структуры белков (обратимая денатурация-ренатурация, пастеризация);
2. При более высокой температуре (85–105^о С) наблюдается изменение 2-й структуры белков, что влечёт за собой уменьшение степени их растворимости в соответствующих растворителях. Так альбумины переходят в группу глобулинов (солерастворимые), проламины – в группу глютелинов (кислоторастворимые).

В результате теплового воздействия, по-видимому, происходит перегруппировка белковых фракций и увеличение фракции глютелинов.

Конформационные изменения структуры белков приводят и к изменению их спектральных характеристик (ИК-спектры). Более интенсивная тепловая обработка способствует освобождению структурно связанной воды, что приводит к изменению гидропатичности белков и их изоэлектрической точки, а также к снижению степени растворимости. В результате отмечается доминирование глютелиновой фракции белка.

Тепловая денатурация белков способствует активизации ферментативного гидролиза пептидных связей, что улучшает их переваримость и усвоение организмом птиц. При этом главным требованием тепловой обработки с точки зрения биологической ценности продукта является недопущение полного обезвоживания и кристаллизации белков.

При ИК-обработке зерна происходил процесс перехода крахмала из нативной формы в модифицированную, в результате увеличивалась степень его гидролитического расщепления с образованием сахаров и декстринов. В результате в зерне (семенах) сорго, подвергнутого ИК-облучению, массовая доля сахаров и декстринов увеличилась, в среднем, в 2,2 раза, доступность крахмала – в 2,5 раза.

Имеются данные о том, что данная тепловая обработка позволяет почти полностью сохранить витамины и естественные органолептические свойства сырья; существенно снизить содержание микрофлоры в сырье, увеличить срок хранения готовой продукции [2; 5].

В таблице 2 приведены изменения зерна сорго исходной влажностью 13,0±0,5%, подвергавшегося облучению при длине волн 0,8…1,2 мкм.

Установлено, что ИК-обработка зерна резко снижает его заражённость микроорганизмами и полевыми грибами (Aspergillus, Alternazia, Penicillium и др.), что увеличивает срок хранения и степень пищевой безопасности сырья.

Список литературы:

1. Astashov A.N., Kononenko S.I., Kononenko I.S. Sorgo kak komponent kombikormadlyatsiplyat-broylerov // Kukuruza i sorgo. – 2009. – № 5. – Р. 13–14.
2. Azizov A. SH.Podbor optimalnbix sortov saxarnogo sorgo dlya proizvodstva bioetanola v usloviyax Uzbekistana. Sovremennoye sostoyaniye puti innovatsionnogo razvitiya agrarnogo sektora na primere Agroxoldinga «Bayserke-Agro» 2017 // Агро Процессинг. – № 7.
3. Бабаев Г.Г., Матякубова П.М., Насимханов Л.Н. Изучение инфракрасного метода сушки зерна и зернистых материалов // Молодой ученый. – 2016. –№ 14 (118). – С. 116–118. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://moluch.ru/archive/118/32597/ (дата обращения: 28.02.2022).
4. Глебов В.А., Киракосян Ю.Р., Зверев С.В. Применение ИК-излучения для обработки зерновых компонентов комбикормов // Научно-технические достижения и передовой опыт в отрасли хлебопродуктов. Информационный сборник. – М.: ВНПО «Зернопродукт»,1990. – Вып. 1. – С.17–24.
5. Ефремова Е.Н. Влияние сорговой муки на показатели пшеничного хлеба // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2014. – № 3 (113). – С. 125–129.
6. Плаксина В.С., Асташов А.Н., Бочкарева Ю.В. Эффективность включения кукурузы и зернового сорго в севообороты с короткой ротацией в засушливых условиях Нижнего Поволжья // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 12. – С. 36–41. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37534 (дата обращения: 23.02.2023).
7. Сорго – замена кукурузе при недостатке влаги [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ikar.ru/articles/264.html (дата обращения 20.02.2022).
8. Сорго. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/17555 (дата обращения 08.09.2020).