CC BY
31Ольга Лютых, шеф-редактор, ского хозяйства
Применение кормовых ферментов - активно развивающееся направлений кормлении сельскохозяйственных животных, за последние пятнадцать лет показывающее активный рост. Необходимость применения ферментов обусловлена интенсивными технологиями современного животноводства и птицеводства, а также возросшей потребностью новых кроссов и линий в питательных веществах и энергии, важностью снижения себестоимости конечного продукта.
За последние годы спрос на ферментные кормовые добавки значительно возрос. Необходимость их применения обусловлена 'целым рядом факторов, такими как интенсивные технологии современного животноводства и птицеводства, призванные наиболее полно раскрыть'генетический потенциал пород животных и кроссов птицы, а также снижение себестоимости конечного продукта.
и-.....
X_А
Sib3
bio
Современное высокопродуктивное животноводство невозможно без использования кормовых добавок, - уверен Александр Юрьевич Егоров, руководитель направления птицеводство ООО ПО «Сиббиофарм». - Рентабельность производства продукции животноводства зависит прежде всего от затрат на корм. Для снижения себестоимости в кормах используются дешевые виды зерна местного производства. Но из-за высокого содержания в них некрахмалистых полисахаридов (НПС), затрудняющих процесс пищеварения у моно-гастричныхживотных, ограничивается количество вносимых в корм пшеницы (особенно свежеубранной), ячменя, ржи, овса. Монога-стричные животные и птица из-за отсутствия в организме соответствующих ферментов практически не могут разрушать межклеточные стенки зерновых компонентов, в результате легкогидролизуемые питательные вещества, заключенные внутри клеток, остаются недоступными для пищеварительных ферментов желудочно-кишечного тракта самих животных. Кроме того, растворимые НПС повышают вязкость химуса, что отрицательно сказывается на продвижении его по желудочно-кишечному тракту, усвоении питательных веществ, составе микрофлоры кишечника.
Проблема решается добавлением в корма ферментных препаратов, занявших лидирующее положение в списке кормовых добавок. Ферментные препараты гарантируют улучшение пищеварения и обеспечивают экологическую безопасность продукции птицеводства и животноводства.
Источником для получения ферментов, являются культуры плесневых грибов, бактерий и дрожжей, - рассказывает Сергей Щербинин, технический консультант Feedland Group. -Микроорганизмы дают большое количество биомассы, из которой затем выделяют необходимый фермент. Так, например, амилазу, ксиланазу, глюканазу, фитазу получают из плесневых грибов и рекомбинантных штаммов дрожжей, таких как Aspergillus niger, Aspergillus oryzac, Pichia pastoris и др., а также из бактерий Bacillus subtilis. Протеиназы -из бактерий и грибов, относящихся к родам Bacillus, Aspergillus, Penicillium и др.
Так как ферменты - сравнительно крупные модульные молекулы, состоящие из участков, выполняющих разные функции, то эффективно собирать итоговый фермент из ферментов различных микроорганизмов, забирая наиболее удачные участки у разных продуцентов, и помещая итоговый ген в продуцент с самым высоким уровнем продуктивности, - добавляет Павел Александрович Мамонтов, руководитель отдела технического сопровождения компании «Лафид». -Так рождаются ферменты, которые имеют беспрецедентную активность, очень широкий диапазон рабочих температур и рН.
Гены кодируют точный порядок связи аминокислот во время синтеза белков в живых клетках, - продолжает Евгений Шастак, доктор аграрных наук, руководитель технического отдела кормовых добавок BASF SE. -При этом ДНК работает как чертёж. Энзимы - это естественные комплексные молекулы, состоящие из
We create chemistry
лдерменго^
Xv
ГлюкоЛюкс-F _ ЦеллоЛнэкс-F
'»'аза
ШИРОКАЯ ЛИНЕИКА ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ «? ДЛЯ МАКСИМАЛЬНОГО РАСКРЫТИЯ ПОТЕНЦИАЛА КОРМА
да jd /5 "7
$ J?
$ w<
Возможность заменять дорогостоящие компоненты корма на более дешевые
Устранение антипитательных факторов
Увеличение доступности питательных веществ и энергии
Достижение животными максимальной продуктивности
Повышение рентабельности производства
ЦЕЛЛЮЛАЗА
БЕТА-ГЛЮКАНАЗА
КСИЛАНАЗА
ПРОТЕАЗА
АЛЬФА-АМИЛАЗА
ГЛЮКОАМИЛАЗА
ФИТАЗА
Потребность в различных кормовых ферментах может меняться в зависимости от вида корма, физиологического состояния сельскохозяйственных животных и птицы. Кроме того, следует учитывать технологию и культуру производства комбикормов на каждом предприятии. Поэтому так важен рациональный подбор ферментов в полноценных дозировках и с заданными техническими характеристиками. Специалисты ПО «Сиббиофарм» готовы подобрать оптимальное решение для каждого клиента индивидуально.
Si!>
Производство и упаковка ООО ПО «Сиббиофарм» Россия, 633004, Новосибирская область, г. Бердск, ул. Химзаводская, 11/1
Телефон многоканальный:+7(383) 304-70-00, отдел продаж: +7(383) 304-75-41, 304-75-42, 304-75-49 E-mail: sibbio@sibbio.ru www.sibbio.ru
82
Тематический номер «Корма и кормопроизводство»
www.agroyug.ru
длинной цепочки отдельных аминокислот, синтезируемые различными (микро)организмами. Поэтому, различия между бактериальными и грибковыми энзимами возможны лишь по структуре/связи аминокислот в соответствующем белке-ферменте. Однако тот же самый принцип действует для различных бактериальных или различных грибковых ферментов. Логично заключить, что происхождение фермента (бактерия или грибок) не говорит о его эффективности в организме животного или птицы при скармливании коммерческого продукта в составе корма. Важнее знать, в каких условиях обитает микроорганизм и как эти условия влияют на параметры его клеточных ферментов.
Благодаря генной инженерии, принципиальных отличий микробных и грибковых препаратов нет -считает Сергей Щербинин. - Активность, термостабильность, стабильность ферментов в кормосмесях должны оставаться на высоком уровне не зависимо от происхождения.
В 2005 г. ведущими ветеринарными специалистами РФ была разработана технология промышленного производства экологически чистых комбинированных ферментных препаратов из сырья животного происхождения, - рассказывает Михаил Ларичев, ведущий специалист «Завода эндокринных ферментов». - Положительные результаты производственных испытаний препаратов в животноводческих и птицеводческих хозяйствах свидетельствуют о том, что в настоящее время по сути дела формируются новые направления в ветеринарии - энзимотерапия и эн-зимопрофилактика, поскольку ферменты оказывают воздействие на все системы и ткани организма, что особенно важно для восстановления их структуры в очаге воспаления.
МГНОВЕННАЯ РЕАКЦИЯ
Ферменты увеличивают скорость реакций в живых клетках в миллионы раз, поэтому реакции, для завершения которых нужны годы, при участии энзимов протекают в течение доли секунды, - объясняет Евгений Шастак. - Почти все ферменты, за исключением рибозимов (РНК-ферменты), по своей природе являются белками. Считается, что именно рибозимы были первыми биокатализаторами в природе, то есть предшественниками ферментов-белков.
Биохимические реакции, происходящие в организме, в основном бывают 6 типов, и ферменты, которые катализируют эти реакции, подразделяются соответственно:
Оксидоредуктазы: эти ферменты вызывают реакции окисления и восстановления и, следовательно, называются оксидоредуктазами.
Трансферазы: эти ферменты ответственны за перенос функциональных групп от одной молекулы к другой.
Гидролазы: эти ферменты катализируют реакции, которые включают процесс гидролиза.
Лиазы: эти ферменты катализируют реакции, в которых функциональные группы добавляются для разрыва двойных связей в молекулах, или когда двойные связи образуются при удалении функциональных групп.
Лигазы: эти ферменты выполняют функцию, противоположную функции гидролаз. Когда гидролазы разрывают связи, добавляя воду, лигазы образуют связи, удаляя водный компонент.
Изомеразы: эти ферменты катализируют реакции, в которых функциональная группа перемещается в другое положение в той же молекуле, так что получающаяся молекула фактически является изомером более ранней молекулы.
Основной интерес для кормопроизводства имеют фитазные и НПС ферменты (ксиланаза, глюканаза), -считает Александр Юрьевич Егоров. - Организм животных не имеет в своем вооружении эти активности, в связи с чем не способен переваривать специфические субстраты.
В последние время в кормлении животных все чаще используют ферментные активности аналогичные ферментам, вырабатывающимся организмом животного. Применение в кормлении подобных энзимов обусловлено тем, что у высокопродуктивных животных при максимальной интенсивности роста или в результате действия отрицательных факторов, организм уже не способен восполнять потребность в собственных ферментах. К таким ферментам, используемым в животноводстве, относятся: протеа-за, липаза, амилаза, глюкоамилаза.
В системе ветеринарных мероприятий предусмотрено применение различных антибиотиков, которые наряду с высокой эффективностью могут отрицательно влиять на секрецию эндогенных ферментов, формирование иммунной системы и индигенной микрофлоры, - дополняет Михаил Ларичев. Ранее в практике широко использовали Succus gastricus naturalis и Succusgastricus artificialis, которые изготавливали в условиях биофабрик и ветеринарных лабораторий. В промышленных масштабах препарат в последние годы не производили, хотя его необходимость для лечения и профилактики желудочно-кишечных заболеваний молодняка сельскохозяйственных и домашних животных, включая птицу, доказана многолетними научными исследованиями и практикой.
Перед нами была поставлена задача возродить его производство с учетом новых современных требований к качеству препарата; разработать технологическую схему его производства, а также нормативно-техническую документацию на его выпуск. В результате были созданы удобные для применения на практике лекарственные формы препарата - натуральные аналоги желудочного сока, отличающиеся от него технологией получения, глубокой степенью очистки и более высокой концентрацией активных веществ. Основные компоненты - пепсин, химозин и хлористый натрий, растворенные в водном растворе, подкисленном соляной кислотой.
ЭФФЕКТИВНОЕ ЖИВОТНОВОДСТВО
№ 3 май Безопасный корм QBiOChem
2020 для здорового питания ~TTZ
_н н ^_Feed Safety for Food Safety»
www.biochem.net
83
«-АЗЫ» ПИТАНИЯ.
Большинство пищеварительных ферментов относятся к третьему классу - гидролаз, - рассказывает Александр Юрьевич Егоров. - Общим свойством их является ускорение реакций гидролиза, то есть расщепления сложных соединений на более простые с присоединением воды. Гидролиз белков катализируют ферменты из группы протеаз. Расщепление растительных жиров катализируют липазы. Гидролиз крахмала катализируют в основном ферменты из группы глюкозидаз. Ферменты из группы карбо-гидраз (целлюлозолитические, пектолитические) катализируют расщепление клетчатки.
Основными ферментами в кормлении являются фитазы и ферменты, расщепляющие некрахмалистые полисахариды - поясняет Евгений Шастак. -Протеазы, галактозидазы, амилазы и другие типы ферментов занимают лишь малую часть общего рынка кормовых ферментов.
Хорошо известно, что наиболее существенными факторами минерального питания сельскохозяйственных животных и птицы являются два макроэлемента
- кальций и фосфор, - дополняет Сергей Щербинин.
- Источниками кальция могут стать многочисленные природные ископаемые минералы, распространенные во многих регионах страны. Проблема обеспечения животных и птицы фосфором в настоящее время остается наиболее актуальной. В комбикормах фосфора относительно много, но как правило, более 90% его связано фитиновой кислотой в специфическими органическими солями - фитатами. При добавлении к рациону животных и птицы ФИТАЗЫ происходит гидролиз сложноэфирной связи между углеродом 3 (в случае 3-фитазы) или углеродом 6 (в случае 6-фитазы) и ассоциированной с ним фосфатной группой, высвобождая фосфат для усвоения животным.
В стандартном рационе может содержаться 10 г фитиновой кислоты на кг корма, и до 60% этого вещества может быть гидролизовано с помощью фи-тазы. Таким образом, фитаза позволяет улучшить усвояемость фосфора до 0,17% в зависимости от концентрации фитата в рационе, его источника, возраста и вида животного, концентраций минеральных веществ и витамина D, источника фитазы и дозировки фермента. Фитазы являются эффективной частичной заменой неорганического фосфора в рационах свиней и птицы.
КСИЛАНАЗА, ГЛЮКАНАЗА
Наряду с фитатными соединениями, хорошо изучен такой антипитательный фактор как некрахмальные полисахариды, которые в значительной мере понижают энергию корма и усвоение питательных веществ животными и птицей вследствие недостатка эндогенных ферментов, необходимых для расщепления сложной структуры клеточной стенки которая заключает в себе питательные вещества. Известно, что переваримость энергии у свиней и птицы снижается при увеличении ввода в комбикорма клетчатки. Объясняется это несколькими факторами: эндогенной потерей энергии (большие затраты энергии на расщепление клетчатки), снижением контакта субстратов и пищеварительных ферментов, снижением переваримости энерговыделяющих фракций, уменьшением их доли в кормах с высоким содержанием клетчатки, снижением потребления корма.
Таким образом, для наиболее эффективного использования энергии корма, в него необходимо вводить ферменты, направленные на гидролиз некрахмальных полисахаридов, т.е. карбогидразы.
Под карбогидразами в широком смысле понимаются все ферменты, которые катализируют уменьшение молекулярной массы полимерных углеродов. Но, более чем 80% мирового рынка карбогидразы приходится на
Активность ФИДБЕСТ® - Р в условиях ЖКТ животных и птиц
100 80 60 40 20 0
pH-3,0 pH-4.0 pH-5.0 pH-5.5
pH-6.0 pH-7.0
pH
Активность препарата ФИДБЕСТ® - W в ЖКТ животных
Влияние pH на ксиланазную активность
pH
О 150
Влияние pH на глюканазную активность
-♦-
pH
2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7
2 доминирующих белка: ксиланазу (эндо-1,4-р-ксила-наза) и глюканазу (эндо-1-3(4)-р-глюканаза).
После применения ксиланазы и глюканазы наблюдается повышенное содержание моно- и олиго-сахаридов в подвздошной кишке. Одна из причин, по которой улучшается использование энергии, заключается в активации производства летучих жирных кислот и всасывании моносахаридов в проксимальном отделе кишечника. Кроме того, отмечается улучшение усвояемости крахмала и жира в ответ на добавление ксиланазы и глюканазы.
ЛИПАЗА
В России для производства комбикорма традиционно используются растительные масла (подсолнечное, соевое, рапсовое и др.). В их составе преобладают полиненасыщенные жирные кислоты, такие как линолевая, линоленовая и арахидоновая. Помимо энергетической роли, данные кислоты оказывают важное влияние на обменные процессы в организме животных и птицы. Эти незаменимые жирные кислоты не синтезируются в организме, и поэтому должны поступать с кормом. Однако, повышенное содержание линолевой кислоты в растительных маслах оказывает негативное влияние на организм птицы: у молодняка нарушается минеральный обмен, у взрослых кур ухудшается качество скорлупы яиц. Согласно нормам ГНУ ВНИТИП (2004) рекомендуемый уровень растительных масел в комбикорме должен быть в пределах 4-6%. Однако ввод свыше 4% ухудшает прочность крупки и гранул, в результате чего снижаются поедаемость корма и продуктивность птицы.
120
100
50
0
84 Дик Тематический номер «Корма и кормопроизводство»
www.agroyug.ru
В связи с этим, все более актуальным становится вопрос о применении экзогенной кормовой липазы, позволяющей повысить эффективность использования животными и птицей жиров, входящих в состав корма, и существенно улучшить экономические показатели за счет сокращения применения масла.
ПРОТЕАЗА
Большое внимание в кормлении животных уделяется протеину и аминокислотам. Известно, что протеин - один из наиболее дорогих питательных веществ в корме, как и его источники. Для улучшения усвоения организмом аминокислот в настоящее время применяют экзогенную протеазу, которая расщепляет протеины до пептидов и аминокислот, снижает уровень ингибиторов внутренних ферментов, разрушает связи белков с крахмалом и волокнами, содержащимися в рационе. Ранее считалось, что протеаз, которые вырабатываются в ЖКТ животных, достаточно для оптимального переваривания протеина, поэтому как отдельный фермент проте-аза не выпускалась, а протеазная активность была в качестве побочной в мультиэнзимных препаратах. Сегодня протеаза, как отдельный фермент, повсеместно используется в кормопроизводстве, и, как показывает практика, позволяет снизить уровень протеина и аминокислот в комбикормах в среднем на 4 - 6%, в зависимости от сырья. Данный фермент необходим для молодых животных, чья ферментативная система ещё не сформировалась.
ПОКАЗАТЕЛИ РАСКРОЮТ ПРАВДУ
Ферменты используются во многих отраслях народного хозяйства, - рассказывает Александр Юрьевич Егоров. - Их применяют в мукомольной и хлебопекарной промышленности, целлюлозно-бумажной, при производстве моющих средств, в пивоваренной и спиртовой промышленности и т.д. Каждое направление использования ферментных препаратов определяет свои основные требования к режиму работы ферментов. Основные требования к ферментам для кормопроизводства должны быть следующими: рабочая температура 37-42 °С, рН 3-8, что является в свою очередь температурой и кислотностью ЖКТ животных и птиц.
Течение ферментативной реакции часто осложняется присутствием в комбикорме ингибиторов ферментов. Ингибиторы - это вещества, образовывающие комплексы с ферментом либо фермент-субстратные комплексы, в свою очередь снижающие активность ферментов. Следует отметить, что в комбикорме могут находиться ингибиторы как эндо ферментов (ферменты, вырабатывающиеся организмом), так и ингибиторы экзо ферментов (ферменты, поступающие в организм из вне).
На сегодняшний день известно, что ингибиторы ферментов могут присутствовать абсолютно во всем комбикормовом сырье. В зернах злаковых выделены ингибиторы ксиланазы, в бобовых - ингибиторы про-теаз и т.д. Присутствие ингибиторов является защитным механизмом растений от патогенного воздействия плесневых грибов и бактерий, которое имеет ферментативную природу. Не случайно в растениях были обнаружены различные ингибиторы протеаз, карбо-гидраз, амилаз, пектиназ, и т.д., препятствующие расщеплению клеточной стенки растений ферментами.
В роли ингибиторов ферментов часто выступают микотоксины, которые снижают активность ферментов, участвующих в переваримости крахмала, белков, липидов и нуклеиновых кислот. Наибольшую опасность в отношение ферментов вызывает наличие в кормах Афлатоксина и Т-2 токсина. Проблема решается дополнительным добавлением в корма
ферментных препаратов, с целью нивелирования действия ингибиторов.
Также было выявлено положительное действие ферментных препаратов в качестве промоутера роста - добавляет Михаил Ларичев. - Последний факт является весьма важным, так как в Евросоюзе ускорители роста на основе антибиотиков запрещены с января 2006 года, и, по-видимому, очень скоро будут запрещены и в России. Внедрение комбинированного ферментного препарата в животноводческие и птицеводческие хозяйства экономически выгодно, а, учитывая неблагоприятную экологическую ситуацию в связи с остаточными количествами антибиотиков, фторхинолонов и других противомикробных средств в мясных продуктах и почве, его альтернативное применение при желудочно-кишечных и других системных заболеваниях отвечает требованиям охраны здоровья человека и животных.
Единственным объективным способом оценки и сравнения различных ферментов является проведение соответствующих опытов на животных и птице, - считает Евгений Шастак. - На основе, например, показателей продуктивности и/или переваримости питательных веществ в конце эксперимента, а также с учётом стоимости рекомендуемых дозировок продуктов на тонну комбикорма можно сделать вывод об их эффективности и/или целесообразности применения.
Почему лабораторные тесты не подходят для определения эффективности ферментов? Потому что, даже самый лучший лабораторный тест (in vitro) не может полностью имитировать условия в ЖКТ животного или птицы.
Активность ферментов оценивается в единицах активности (Ед., U) - у разных ферментов и производителей мера активности может быть разная, -добавляет Павел Александрович Мамонтов. Иногда встречается международная единица активности (МЕ), или Катал (СИ). Активность означает количество субстрата, которое фермент расщепит за единицу времени.
От диапазона рабочей рН зависит как и где будет эффективно работать данный фермент. Он подбирается исходя из условий применения. У некоторых современных ферментов диапазон рабочей рН очень широк, что позволяет не беспокоиться о виде и физиологии животного, а также составе рациона при применении данного фермента.
Диапазон рабочей температуры должен быть как можно ближе к нормальной температуре тела животного, которое будет получать фермент. Также фермент должен выдерживать температурные колебания без потери активности. Для производства, использующего гранулирование при высокой температуре, этот параметр должен быть как можно выше.
Важный показатель - стойкость к эндогенным про-теазам. Фермент - это белок, и собственные протеазы организма животных будут стараться его расщепить. Чем более стойкий фермент, тем эффективнее он будет.
Самую точную оценку активности ферментов мы можем получить при использовании их в условиях производства, когда сами животные покажут нам своими производственными показателями эффективен фермент или нет, - заключает Сергей Щербинин. - Дело в том, что для каждого производства нужен индивидуальный подход, учитывающий вид животных, сырьевую базу предприятия и качество сырья, а также условия содержания животных. В лаборатории мы можем проверить активность фермента, термостабильность, стабильность при хранении, его реакцию на влияние агрессивной среды желудка, это помогает убедиться, соответствует ли продукт заявленному качеству, но лишь косвенно говорит о его эффективности.
ЭФФЕКТИВНОЕ ЖИВОТНОВОДСТВО
№ 3 май Безопасный корм QBiOChem
2020 для здорового питания ~TTZ
_н н ^_Feed Safety for Food Safety»
www.biochem.net
85
НЕ МЕШАЙ
Применение ферментов должно быть синхронизировано с наличием труднопереваримых веществ в кормах, - полагает Павел Александрович Мамонтов. - Для ферментов и ферментных комплексов существуют рекомендованные дозировки, однако в условиях производства почти невозможно допустить «передозировки» фермента, и часто увеличение (даже сильное) дозировки фермента способно принести ощутимую пользу для фермы (например, большие дозировки фитазы положительно влияют на продуктивность птиц и свиней). Фермент высвобождает те питательные вещества корма, которые обычно были бы недоступны для животного, и их количество часто велико в рационах на хозяйствах.
Также приятной особенностью ферментов является то, что их активность четко определена, и поддается расчётам. Зная содержание труднопереваримо-го субстрата в кормах, можно подобрать желаемую дозу фермента, и получить измеримый результат.
Ферменты специфичны, они действуют на определенные субстраты и имеют свой эквивалент питательности или матричные значения, которые показывают величину высвобождения питательных веществ корма при использовании в рационе фермента, - продолжает Сергей Щербинин. - Обычно матричные значения в зависимости от типа фермента
приводятся для фосфора, кальция, протеина, энергии, аминокислот и некоторых микроэлементов. Вводить в корм ферменты, без учета их действия, неправильно. И специалисты по кормлению постоянно сталкиваются с задачей правильного учета воздействия энзимов на субстрат на этапе оптимизации рациона.
Но как учитывать матричные значения, если в один рецепт корма вводится несколько ферментных препаратов?
Чаще всего ферменты влияют на увеличение обменной энергии и нужно быть особенно внимательным при оптимизации рациона. Так как матричное значение ферментов подчиняется закону убывающей отдачи. Это означает, что эффект одного препарата практически никогда не будет аддитивным, то есть суммироваться, с эффектом другого ферментного препарата, если только субстрат и соответствующие высвобождаемые питательные вещества в рационе вообще не пересекаются и никак не связаны друг с другом. При включении в рацион трех и более ферментных продуктов понятие аддитивности еще больше усложняется. Если рассматривать матричное значение по энергии нескольких ферментов в одном рационе, лишь энергетический эффект первого (например, ксиланазы или фитазы) будет полным, эффект всех остальных ферментов в рационе ограничивается частичным наложением на эффект первого. Когда коэффициенты матриц при совместном вводе правильно учитываются, то рационы получаются дешевле и точно сбалансированными по основным питательным веществам.
Потребность в различных кормовых ферментах может меняться в зависимости от вида корма, физиологического состояния животного, - добавляет Александр Юрьевич Егоров. - Кроме того, следует учитывать технологию и культуру производства комбикормов на каждом предприятии. Поэтому так важен рациональный подбор ферментов в полноценных дозировках и с заданными техническими характеристиками.
Для полного раскрытия потенциала корма и достижения животными максимальной продуктивности, необходимо использовать не один фермент, а комплекс, правильно подобранный к конкретному сырью.
