05.12.2023

Использование в кормлении животных ферментов, расщепляющих некрахмалистые полисахариды

Кормовые ферменты являются неотъемлемой частью рационов высокопродуктивных животных. Развитие отрасли стимулирует как внедрение новых решений использования источников переработки зерновых в комбикормах, так и успехи селекции животных, отличающихся интенсивным ростом и высокой продуктивностью.

Концепция применения ферментов в кормопроизводстве соответствует физиологическим потребностям животных, снижает риски заболеваний желудочно-кишечного тракта, позволяя наиболее полно усваивать корма, в том числе из альтернативных источников. Вторым по величине рынком энзимов после фитаз являются добавки, расщепляющие волокна растительных кормов, так как высокопродуктивные породы и кроссы не способны самостоятельно ферментировать некрахмалистые полисахариды, что создает нагрузку на органы пищеварения и делает корм менее питательным.

Некрахмалистые полисахариды (НПС) обеспечивают защиту и прочность клеточных стенок растений и относятся к сложным молекулам полисахаридов, которые связаны между собой гликозидными мостиками. Среди них выделяют частично водорастворимые (пектины, ксиланы, β-глюканы), а также нерастворимые в воде соединения (целлюлоза).

Водорастворимые НПС способствуют набуханию химуса, замедляют перистальтику желудочно- кишечного тракта, создают условия для размножения гнилостно-бродильной микрофлоры. Избыточное количество непереваримой целлюлозы в кормах ведет к усилению перистальтики кишечника, нарушает целостность слизистых и создает «ворота инфекции» в кишечнике животных. Кроме того, нерастворимые НПС способны образовывать комплексы с питательными веществами корма, что негативно отражается на здоровье животных.

В свою очередь, экзогенные ферменты способствуют разрушению гликозидных мостиков и расщеплению полисахаридов на более простые соединения, доступные для усвоения организмом, и включаются практически во все рационы птицы и свиней.

Среди кормовых добавок, расщепляющих НПС, различают моно- и полиферментные композиции, позволяющие организму усваивать ряд других антипитательных веществ корма (в том числе фитаты, жиры, протеины).

Расщепление растительных волокон проходит многоступенчато, на каждый отдельный субстрат полагается определенный фермент, поэтому для трансформации сложных молекул в простые сахара задействовано множество химических реакций.

Использование полиферментных и мультиферментных комплексов на основе нескольких энзимов, расщепляющих различные виды некрахмалистых полисахаридов, позволяет одновременно разрушать целлюлозу, глюкан, ксилан и другие молекулы, что ведет к наиболее полному усвоению комбикормов.

Примеры мультиферментных комплексов: Кингзим (KDN), Мегабленд GX, Мегабленд РGX, Мегабленд PPGX («Фидлэнд Групп»), Астрозим, Астрозим Гранд, Целловиридин Г50Х («НОВАБИОТИК»), Люминаза 5500 ХР (Lumis Biotech), Ровабио Макс АР, Ровабио Эксель АР (Adisseo), Ронозим МультиГрейн GT (DSM Nutritional Products), Оллзайм SSF (Alltech), Кемзайм (Kemin), Нордитокс- МЭК-Б («Агрофермент»), Фидбест VGPro G (ПО «Сиббиофарм») и др.

Коммерческие ферменты на основе энзимов, расщепляющих НПС, различаются композиционным составом, активностью, продуцентами энзимов (это могут быть как грибки, так и бактерии) и часто разрабатываются под определенный рацион или вид животного, однако создано достаточно много универсальных композиций.

Продуценты энзимов, в свою очередь, могут выращиваться на различных средах и под влиянием ряда условий для культивирования, что позволяет добиться качественных и количественных характеристик продукции.

Конкурентным преимуществом среди кормовых ферментов является низкое содержание балластных веществ, устойчивость к белковым ингибиторам зерна и технологичность. Для производства комбикормов,   проходящих   теплообработку, выпускаются термостабильные энзимы.

Ксиланазы

Некрахмалистые полисахариды гемицеллюлозы — ксилан, арабиноксиланы и другие пентозные полисахариды в значительном количестве содержат пшеничные отруби, подсолнечный жмых и шрот, соевый и рапсовый шрот, ячмень и некоторые другие корма.

Арабиноксиланы являются наиболее распространенными полисахаридами и могут достигать 22% в НПС пшеничных отрубей, 14% — в зародышах пшеницы, 11% — в тритикале, 9% — во ржи, 8% — в ячмене и пшенице. При ферментации арабиноксиланы распадаются на арабинозу и ксилозу. Благодаря воздействию ксиланазы, из клеточных стенок растений также высвобождается белок, крахмал, пектин. 

Среди российских препаратов, содержащих фермент ксиланазу в высокой концентрации, можно привести в пример Целловиридин Г50Х («НОВАБИОТИК»). Данный продукт содержит ксиланазу — 50 000 ед./г, а также β-глюканазу — 20 000 ед./г и целлюлазу — 10 000 ед./г.

По своей природе ксиланаза плохо переносит воздействие высоких температур, поэтому требует особых подходов при разработке готовых форм кормовых энзимов (селекция и выбор продуцентов, микрогрануляция и др.)

Например, для составления пшенично-ржаных рационов для свиней и птицы (в том числе с содержанием тритикале) может с успехом использоваться термостабильная ксиланаза Ронозим WX (СТ), разработанная DSM Nutritional Products и полученная глубинным культивированием грибкового продуцента, выдерживающая температуру до 90°С.

Еще один зарекомендовавший себя на рынке кормовых ферментов продукт — Мегаксилан HC 200 TS (Vland Biotech). Он содержит термостабильную эндо-1,4-β-ксиланазу, продуцируемую штаммом Pichia pastoris. Мегаксилан HC 200 TS эффективно расщепляет некрахмалистые линейные полисахариды в зерновых рационах на основе пшеницы, ржи, кукурузы, пшеничных отрубей, соевого шрота, полножирной сои до ксилозы, которая хорошо усваивается организмом сельскохозяйственных животных и птицы.

МегаксиланHC200TSнормализуетобменвеществ, повышает продуктивность сельскохозяйственных животных, способствует улучшению усвоения микроэлементов и аминокислот, увеличивает энергетическую питательность корма.

В свою очередь, гранулированная добавка Ровабио Эдванс T-Flex (Adisseo A Blue Star Company) представляет собой термостабильный мультиэнзимный комплекс, способный выдерживать температуру свыше 85°С при производстве кормов. Ксиланаза бактериального происхождения Белфид Б 110 МП (Beldem) активна при нейтральной и слабощелочной среде (рН 6–7), в то время как экзоксиланаза грибкового происхождения ферментирует пентозаны только при кислой среде (рН<7), кроме того, выдерживает температуры до 95°С. По сравнению с добавками грибкового происхождения бактериальные энзимы сохраняют активность в кишечнике животных более длительное время.

Однако именно грибы способны продуцировать кутиназы, которые расщепляют лигнин и делают целлюлозу более доступной для ферментации.

Кормовые ксиланазы могут синтезировать грибки (Aspergillus oryzae, Trichoderma reesei, Pichia pastoris, Trichoderma viride, Trichoderma longibrachiatum). Всоставеферментовбактериальногопроисхождения обычно используется Bacilus subtilus.

Ряд штаммов-продуцентов, например Trichoderma reesei и Bacilus subtilus, способны синтезировать одновременно комплекс ферментов, в том числе эндо-1,4-β-ксиланазы и эндо-1,3(4)-β-глюканазы.

Например, добавка бактериального происхождения Санзайм GX производства Wuhan Sunhy Biology (продуцент Bacilus subtilus) содержит комплекс ферментов с ксиланазной (не менее 15 000 ед./г) и β-глюканазной (не менее 4000 ед./г) активностями и предназначена для пшенично- ячменных рационов свиней и птицы.

Кормовой энзим грибкового происхождения Хостазим Комби (Huvepharma) cодержит комбинацию ферментов с ксиланазной активностью не менее 15 000 ед./г и β-глюканазной активностью не менее 1000 ед./г (штамм-продуцент Trichoderma reesei).

В состав Астрозим Комби PHY («НОВАБИОТИК») входит ксиланаза — 20 000 ед./г, β-глюканаза — 8000 ед./г, фитаза — 10 000 ед./г (продуцент Trichoderma longibrachiatum).

Повышать эффективность ксиланаз способна эстераза феруловой кислоты, которая разрушает кислоту, связывающую арабиноксиланы и лигнин в каркасе клетки. Эстераза феруловой кислоты входит в состав препарата Кемзайм XPF (Kemin) и некоторых других энзимов. Ее продуцентом в вышеуказанном ферменте является грибок Hemicola.

Ровабио Эксель T-Flex (Adisseo ABlue Star Company) представляет собой естественную композицию из 115 (!) ферментов, из которых стандартизированы

19 энзимных активностей. В результате НПС расщепляются практически полностью до легкоусвояемых форм углеводов. Продуцент — Talaromyces versatilis. Для воздействия на пентозные полисахариды помимо эндо-1,4-β-ксиланазы композиция включает α-арабинофуранозидазу, β-ксилозидазу, эстеразу феруловой кислоты, эндо-1,5-α-арабиназу.

 

Эндо-1,3(4)-β-глюканаза (глюканаза)

Кормовая β-глюканаза воздействует на целлюлозу и β-глюканы с образованием свободных остатков глюкозы и олигосахаридов. Антипитательные β-глюканы содержатся в большом количестве в таких кормах, как семя подсолнечника (9% от НПС), а также шротах (в том числе в соевом — до 7%), ячмене (до 4%).

Целлюлозы много в семенах подсолнечника (до 18%), пшеничных и рисовых отрубях (до 11%). Поэтому кормовая β-глюканаза рекомендуется для применения во всех рационах для всех видов животных и является главным элементом комплексных кормовых ферментов.

Данный энзим расщепляет молекулы целлюлозы на глюкозу, воздействуя на β-1,3 и β-1,4 связи. Продуцентами эндо-1,3(4)-β-глюканаз выступают грибки, а также бактерии Aspergillus niger, Trichoderma reesei, Trichoderma viride, Bacilus subtilus, Pichia pastoris и др.

В рационах птицы, свиней и рыб используется энзим Мегаглюкан HC 50 TS (Vland Biotech), который включает эндо-1,3(4)-β-глюканазу с активностью не менее 50 000 ед./г, продуцируемую штаммом Pichia pastoris.

 Мультиэнзимная композиция Вилзим производства Biorro расщепляет практически все некрахмальные полисахариды и олигосахариды зернового сырья, соевого, подсолнечного и рапсового шрота и жмыха. Добавка содержит не менее 33 000 ед./г эндо-1,3(4)-β-глюканазной активности, а также 12 500 ед./г целлюлазной, 90 000 ед./г — ксиланазной (эндо-1,4-β-ксиланазной) активности. Вилзим также включает 11 дополнительных энзимов, которые влияют на антипитательные вещества корма: α-L-арабинофуранозидазу, α-ксилозидазу, экзо-1,3-(4)-β-глюканазу, целлобиогидролазу, β-глюкозидазу, пектиназу, полигалактуроназу, эндо- 1,4-β-маннаназу, α-галактозидазу, ксилоглюканазу, ацетилэстеразу.

Эндо-1,4-β-глюканаза (целлюлаза)

Микрофлора кишечника моногастичных животных в минимальном количестве способна синтезировать фермент целлюлазу, однако этого недостаточно для высокопродуктивных пород и кроссов, чьи профили рациона отличаются высоким уровнем зерна и продуктов его переработки, в том числе такие, как пшеничные отруби, подсолнечный жмых и шрот, соевый шрот, овес, ячмень, пшеничная крупка, которые характеризуются значительным содержанием целлюлозы. Под действием фермента целлюлазы происходит гидролиз 1,4-β-гликозидных связей в молекуле целлюлозы. В результате образуются целлоолигосахариды, глюкоза, а также целлобиоза (дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы).

Как правило целлюлаза используется в составе комплексных ферментов, содержащих ксиланазы и β-глюканазы. Бактерии могут синтезировать только 1,3-β-глюканазы. В природных условиях грибы наиболее эффективно разрушают целлюлозу, выделяя внешние ферменты (1,3- и 1,4-β-глюканазы), способные расщеплять твердые субстраты, что нашло отражение в промышленном производстве энзимов, где используются штаммы микроорганизмов Trichoderma reesei, Trichoderma longibrachiatum, Aspergillus niger, Penecillium и др.

В частности, при производстве кормовой добавки Хостазим С-100 (Huvepharma) с эндо-1,4- β-глюканазной активностью не менее 5000 ед./г используется продуцент Trichoderma reesei. Целлюлозолитические энзимы актуальны для кормления жвачных животных, в том числе молочного направления. Например, кормовая добавка Фибратек («НОВАБИОТИК») содержит в своем составе ферменты целлюлазу — 50 000 ед./г, пектиназу — 7500 ед./г, ксиланазу — 6000 ед./г, β-глюканазу — 5000 ед./г, амилазу — 1800 ед./г.

Кормовая добавка Фибраза (Balchem), разработанная специально для крупного и мелкого рогатого скота, является продуктом ферментации Saccharomyces cerevisae, Aspergillus oryzae (вырабатывает целлюлозолитические ферменты), Aspergillus niger (синтезирует амилолитические ферменты), а также включает пробиотический микроорганизм Kluyveromyces marxianus var. Lactis.

Разработка добавок, содержащих термостабильную ксиланазу и целлюлазу, очень важна для развития производства гранулированных кормов. Известно, что высокой термостабильностью обладают, в частности, целлюлазы некоторых штаммов грибов рода Penicillium и Trichoderma.

Микрогранулированная целлюлаза Мегацелл HC 20 TS (Vland Biotech) с активностью не менее 20 000 ед./г содержит энзим, полученный из штамма Trichoderma longibrachiatum, и выдерживает нагревание до +90°С.

Маннаназы

Применение кормовых маннаназ предпочтительно для рационов с содержанием продуктов переработки сои и подсолнечника (зерна, шрота, жмыха), а также бобовых, масел рапса и сои, зерен кукурузы, пшеничных отрубей и крупки. Хотя количество маннанов в кормах относительно небольшое, эти вещества негативно сказываются на вязкости химуса свиней и птицы. Кормовые энзимы β-1,4-маннаназы расщепляют глюкоманнаны с образованием глюкозы и маннозы, что позволяет увеличить калорийность корма.

Манноза содержится в клетках не только высших растений, но и бактерий, водорослей, плесневых и дрожжевых грибков.

Это позволяет рассматривать применение энзима в кормлении животных как одну из мер по борьбе с микотоксинами в корме и даже профилактики кишечных бактериальных инфекций. Продукты распада глюкоманнанов (МОС) выступают в роли сорбентов ядовитых молекул, модулируют иммунитет.

Продуцентами маннаназ являются штаммы Rhizomucor miehei, Aspergillus niger, Bacillus subtilis, Paenibacillus lentus и других микроорганизмов.

Мегаманнан (Vland Biotech) содержит маннаназу с активностью не менее 30 000 ед./г, продуцируемую штаммом Trichoderma longibrachiatum.

Также маннаназу содержат такие добавки, как Мисма Зим М (Beijing Strowin Biology Science and Technology), Циньлеван (Guangdong VTR BIO-Tech), СТСзим (СTC BIO), Сантаза М (Suntaq International Limited), Хемицелл (Elanco), Диджигрейн Дельта 9 (Advanced Enzyme Technologies), Виновазайм (Heilongjiang Winovazyme Biotech) и др.

Существуют и отечественные комплексы, расщепляющие НПС (см. табл. 1). В их числе ЦеллоЛюкс-F (ПО «Сиббиофарм») ― комплексный ферментный препарат нового поколения, сбалансированный по ксиланазной, β-глюканазной и целлюлазной активностям.

Таблица 1

     Российские производители кормовых энзимов, содержащих активности НПС

Пектиназа

Полисахариды пектины способствуют сгущению кормовой массы, передвигающейся в желудочно- кишечном тракте, что замедляет процессы ферментации пищи, всасывания минералов и витаминов, поэтому в больших количествах они вредны. Источником пектина являются подсолнечный, соевый и рапсовый шрот, горох, люпин, свекловичный жом и меласса, пшеничные отруби и другие корма.

Например, специализированная кормовая добавка Протомакс, разработанная компанией «НОВАБИОТИК» (Россия), имеет в своем составе специально подобранный состав ферментов, таких как пектиназа, целлюлаза, нейтральная и кислая протеазы.

В промышленных масштабах кормовые пектиназы получают культивированием штаммов Aspergillus niger, Aspergillus aculeatus, Aspergillus awamori и др.

Хотя пектиназы способны гидролизовать пектины, однако для полного их расщепления необходимо одновременное присутствие других ферментов, в том числе ксиланаз и целлюлаз. Поэтому пектиназа обычно включается в состав комплексных кормовых энзимов, таких как Протомакс («НОВАБИОТИК»), Ронозим VP CT (DSM Nutritional Products), Сантаза МР (Suntaq International Limited), Люминаза 5500 ХР (Lumis Biotech) и др.

Зависимость от импорта

По данным «ВетАналитик»/«ФармАналитик Про», поставки кормовых ферментов из-за рубежа в 2021–2022 гг. варьировали на уровне 5,4–5,45 тыс. тонн в натуральном выражении (в стоимостном — 43,6–43,9 млн USD). В 2022 г. поставки велись из 14 стран мира: Китая, Финляндии, Дании, Бельгии, Мексики, Кореи, Индии, США, Германии, Австралии, Великобритании, Болгарии, Франции, а также Турции.

В первом полугодии 2023 г. поставки кормовых энзимов в Россию составили 2,49 тыс. тонн, что немногим меньше показателей аналогичного периода 2021-го (2,80 тыс. тонн). Таким образом, зависимость от импорта, особенно европейских стран, продолжает оставаться высокой.

Рис. 1. Доли импорта стран-производителей в натуральном выражении (кг)

На правах рекламы:

Российская компания «НОВАБИОТИК», являясь новатором на рынке кормовых добавок, выводит линейку профессиональных и специализированных ферментных препаратов. Ряд предлагаемых решений на сегодняшний день не имеет аналогов как в России, так и за рубежом. В основе разработки линейки препаратов лежит многолетний опыт, в том числе по подбору ферментов под определенные задачи в кормлении животных и птицы. Инструментарий в виде энзимных кормовых добавок от «НОВАБИОТИК» дает возможность легко и быстро реагировать на смену сырьевых составляющих рациона. А рекомендации компании по вводу различных комбинаций ферментов в рацион позволяют находить дополнительные источники для повышения производственных показателей и рентабельности.

Компания «Фидлэнд Групп» совместно с китайской биотехнологической корпорацией VLAND BIOTECH GROUP предлагает полный спектр НПС-ферментов. Помимо стандартных ферментов, таких как ксиланаза Мегаксилан и глюканаза Мегаглюкан, в линейке есть целлюлаза Мегацелл, амилаза Мегамилаза и маннаназа Мегаманнан. Данные ферментные активности позволяют практически полностью исключить антипитательные факторы из корма, трансформировав их в энергию, легкодоступные аминокислоты и минералы. Специалисты компании разрабатывают и подбирают ферментную программу индивидуально для каждого предприятия.

 Ферментные препараты Danisco Animal Nutrition & Health (IFF) хорошо известны на российском рынке с середины 90-х годов: Авизим и Порзим получили высокую оценку у животноводов, так же как и фитаза Файзим ХР, представленная позже. Новые препараты линейки Акстра позволяют производителям получать максимальную прибыль при применении рационов на основе пшеницы, кукурузы и других злаков (Акстра ХАР — комбинация ксиланазы, амилазы и протеазы), смешанных рационов (Акстра ХВ — ксиланаза и бета-глюканаза), повысить усвояемость белка (Акстра PRO — протеза).

Количество показов: 473
Автор:  В. Лавренова, маркетолог издательства «Сельскохозяйственные технологии», @vlavrenova_1979/Instagram