СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ФОРМ КОРМОВОГО ВИТАМИНА D3

В настоящее время актуальной задачей в сельскохозяйственной отрасли является обеспечение населения мира качественными мясными и молочными продуктами, которая в свою очередь зависит от кормовой базы в животноводстве. Кормовые витамины, предназначенные для введения в рацион сельскохозяйственных животных, являются неотъемлемой его частью и присутствуют во всех рецептурах комбинированных кормов, а также могут скармливаться животным непосредственно в соответствии с рекомендуемыми дозировками [14,15].

Рост рынка кормовых витаминов обусловлен увеличением спроса на качественное мясо и мясные продукты, развивающиеся рынки, тенденций к здоровому питанию и возникающие болезни скота, вследствие недостаточной кормовой базы. По разным оценкам мировой рынок кормовых витаминов, который в 2021 г. оценивался в 10,32 млрд долларов США, достигнет 12,28 млрд долларов США к 2026 г., в связи с чем прогнозируется среднегодовой темп роста в 2,4% [11].

Данное исследование направлено на обзор современных методов и технологий получения кормового витамина D₃ как одного из наиболее важных витаминов, необходимого в рационе сельскохозяйственных животных, с целью дальнейшей оптимизации технологических процессов и получения биодоступных форм витамина с использованием различного сырья.

Для оценки состояния отрасли, нами было проведено исследование некоторых характеристик продукции и производителей, информация о которых представлена в государственном реестре зарегистрированных кормовых добавок в Федеральной службе ветеринарного и фитосанитарного надзора (Россельхознадзор) [16]. На данный момент на рынке представлены как зарубежные так и российские производители кормового витамина D₃ или комплекса жирорастворимых витаминов. Среди российских компаний: ООО «НВЦ Агроветзащита», ООО НПО «Уралбиовет», и ЗАО «НПО «Гигиена-Био», витамин D₃ или комплекс витаминов предусмотрен в виде жидкости или раствора. На международном рынке кормовой витамин D₃ преимущественно выпускают в растворимой или порошкообразной форме, и только некоторые зарубежные компании («NHU EUROPE GmbH», «Xiamen Kingdomway Vitamin Ltd.») производят продукцию в форме кристаллического порошка и микрокапсул – именно такая форма особенно востребована на рынке производителями премиксов и комбикормов, так как обладает рядом преимуществ: долгий срок хранения, удобство смешивания и высокая однородность. Cостав кормового витамина D₃ представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Состав товарных форм кормового витамина D₃ согласно реестру Россельхознадзора

По результатам анализа реестра было выявлено, что для производства кормового витамина D₃ используют активную субстанцию в форме холекальциферола, что, вероятно, обусловлено высокой стабильностью субстанции. В двух случаях из 12 продукт представлен в форме биокомплекса витамина D₃ с витамином А в пропорции 1 млн. МЕ витамина А и 200 тыс. МЕ витамина D₃. Других комплексов с витамином D₃ среди зарегистрированных продуктов обнаружено не было.

В составе продуктов чаще всего присутствуют углеводы (сахар, мальтодекстрин, глюкоза, лактоза) и полимерные составляющие животного (желатин) и растительного (модифицированный крахмал, растительный белок) происхождения. Выявлена связь между растворимостью готовой формы продукта и природой полимера: все продукты, в состав которых в качестве полимера входит желатин нерастворимы в воде и напротив, продукты, в качестве полимера в которых используется компонент растительного происхождения способны растворяться или диспергироваться в воде. Принципиально схожий состав готовых форм кормового витамина D₃ от различных производителей позволяет предположить о схожести технологий, используемых при их изготовлении.

Известны различные способы производства кормовых витаминов, среди которых наиболее распространена распылительная сушка, что обусловлено ее себестоимостью и доступностью оборудования [13].

Механизм распылительной сушки основан на удалении влаги капель раствора, распыляемого в корпусе установки посредством контакта с теплоносителем, чаще всего нагретым атмосферным воздухом. Процесс можно описать тремя основными фазами: распыление капель раствора, сушка капель и переход капли в твердую частицу и сбор частиц готового продукта, хотя некоторые авторы используют четыре или пять второстепенных стадий для более подробного описания [1].

При анализе патентной базы было выявлено, что наиболее часто встречающимся методом производства готовых форм кормовых жирорастворимых витаминов является процесс распылительной грануляции, включающий:

1. Приготовление эмульсии, состоящей из жирорастворимой фазы (витамин D₃, жирорастворимый антиоксидант, масло), водорастворимой фазы (вода, полимерная составляющая (желатин, модифицированный крахмал, камедь и др.) и углеводной составляющей (мальтодекстрин, глюкоза, сахар, фруктоза и т.д.)), методом кавитации, высокочастотного перемешивание или другим подходящим методом. Было отмечено, что одним из инновационных подходов к процессу подготовки эмульсий является ее обработка методом гомогенизации высокого давления (от 200 до 800 бар) для уменьшения размера частиц дисперсной фазы и повышения качественных характеристик готовой продукции [2,4,7,10].
2. Распылительную сушку эмульсии в установке с псевдоожиженнным слоем с применением или без применения собирающего порошка в потоке горячего воздуха. В данной технологии в качестве собирающего порошка могут быть использованы такие материалы как: крахмал и его модифицированные формы, диоксид кремния, мальтодекстрин, фосфат кальция и др. или их смеси для повышения текучести микрогранул продукции, эффективного удаления влаги при распылительной сушки и снижения слеживаемости. [3,5].
3. Сшивку белково-углеводной матрицы готовой формы кормового витамина D₃ с помощью термической обработки гранул для придания готовому продукту повышенной стабильности и свойств водонерастворимости. Одним из направлений модернизации данного процесса является использование протеолитических ферментов для интенсификации процесса сшивки и понижения температуры тепловой обработки в целом, что положительно сказывается на сохранности активных субстанций витамина [8,2,9,12].

По результатам проведенного анализа нами были определены основные этапы технологического процесса получения кормовых форм витамина D₃ и некоторые направления для развития технологии. Состав кормовых витаминов D₃, зарегистрированных в реестре Россельхознадзора, позволяет предположить, что все формы витаминов производятся по аналогичной технологии, о чем свидетельствует ряд фактов:

• холекальциферол, используемый в качестве активной субстанции для всех коммерческих форм витамина D₃, не растворяется в воде, но, в состав продукта входят водорастворимые компоненты, включая желатин или модифицированный крахмал, являющиеся амфифильными соединениями - эмульгаторами, что свидетельствует об использовании эмульсий в производственном процессе;
• готовые формы представлены в виде порошка с относительно крупным размером частиц диаметром преимущественно более 0,18 мм, либо микрогранул диаметром до 0,8 мм, демонстрирующие применение технологии распылительной грануляции;
• присутствие в составе готовых форм витамина D₃ на основе желатина простых углеводов (сахар, лактоза, глюкоза) и свойство нерастворимости готовых форм в воде свидетельствуют об использовании механизма реакции Майяра для молекулярной сшивки белково-углеводной матрицы;
• остаточное не четко регламентированное количество крахмала в составе продукта указывает на использование технологии распылительной грануляции с псевдоожиженным слоем и применением крахмала в качестве собирающего порошка.

Таким образом, выявлено, что на рынке Российской Федерации присутствуют несколько товарных форм витамина D₃. Исходя из представленных рецептур можно предположить, что все они получены методом распылительной сушки эмульсий с использованием собирающего порошка. Водонерастворимость и состав свидетельствуют о применении этапа дополнительной термообработки для реализации механизма сшивки белково-углеводной матрицы. Распространено использование желатина в готовых формах витамина D₃ (предположительно до 75% ассортимента) - однако это негативный тренд из-за предположения, что использование желатина потенциально сопряжено с рисками распространения зоонозных инфекций, таких как АЧС или губчатая энцефалопатия [17].

В связи с вышесказанным, целью дальнейшей научно-исследовательской работы станет поиск новых составов полимерных водонерастворимых матриц неживотного происхождения для производства кормового витамина D₃. Предполагается, что технология производства водонерастворимого кормового витамина D₃ без использования желатина позволит значительно снизить риски, связанные с распространением зоонозных инфекций, а также будет обладать повышенными показателями стабильности при хранении и конкурентной себестоимостью.

Данная работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования FZNS-2022-0017 «Разработка пакета технологий производства биодоступной защищённой формы кормового витамина Д3 и биокомплексов на его основе с использованием растительных и океанических ресурсов для обеспечения продуктивности и повышения иммунной защиты сельскохозяйственных животных».

Список литературы:

1. Anandharamakrishnan C., Padma Ishwarya S. Spray Drying Techniques for Food Ingredient Encapsulation. - John Wiley & Sons, Ltd., 2015 P.1-294.
2. Patent CN № 101744790B, 06.06.2012.
3. Patent CN № 101536993A, 23.09.2009.
4. Patent CN № 101902922B, 06.11.2013.
5. Patent CN № 112274494A, 23.09.2009.
6. Patent EP № 1074592A1, 14.05.2008.
7. Patent JP № 7205835B2, 17.01.2023.
8. Patent US № 11197493B2, 14.12.2021.
9. Patent WO № 2004084862A1, 07.10.2004.
10. Patent WO № 2016/169942A1, 27.10.2016.
11. Pulidindi K., Kunal Ahuja K. Vitamin A market size. URL:  https://www.gminsights.com/industry-analysis/vitamin-a-market (дата обращения: 12.09.2022).
12. Ribeiro A.M., Shahgo M.l, Estevinho B.N., Rocha F. Microencapsulation of Vitamin A by spray-drying, using binary and ternary blends of gum arabic, starch and maltodextrin // Food Hydrocolloids. -  2020. - Vol. 108, 106029.
13. Turchiuli C., Fuchs M., Bohin M., Cuvelier M.E., Ordonnaud C., Peyrat-Maillars M.N., Dumoulin E. Oil encapsulation by spray drying and fluidised bed agglomeration. Innovative Food Science and Emerging Technologies. - 2005. - Vol. 6, № 1. - P. 29–35.
14. Лушников Н.А., Костомахин Н.М. Повышение продуктивности животных и птицы при использовании нетрадиционных кормов и минеральных добавок // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. - 2021. - №2. - С. 3-14.
15. Малявко В.А., Малявко И.В. Значение кормовой базы в повышении продуктивности коров. // Актуальные проблемы ветеринарии и интенсивного животноводства. - 2013. - С. 185-189.
16. Список зарегестрированных кормовых добавок. URL: https://galen.vetrf.ru/#/registry/feed/registry?page=1&f_name=%D0%90%201000 (дата обращения: 18.11.2023)
17. Уменьшение риска передачи возбудителей губчатой энцефалопатии животных при применении лекарственных средств. URL: https://pharmacopoeia.regmed.ru/pharmacopoeia-projects/izdanie-15/umenshenie-riska-peredachi-vozbuditeley-gubchatoy-entsefalopatii-zhivotnykh-pri-primenenii-lekarstve/?vers=6161 (дата обращения: 28.11.2023).