Корма и кормовые добавки

06.10.2020

Кормовые ферменты, расщепляющие некрахмалистые полисахариды

Пищеварительная система высокопродуктивных моногастричных животных не способна перерабатывать ряд сложных органических соединений, в числе которых некрахмалистые полисахариды. Использование в составе комбикормов специализированных энзимов позволяет повысить питательность рациона, а также уменьшить вероятность возникновения болезней кишечника, способствуя росту полезной микрофлоры.

В живом организме ферменты выполняют роль природных катализаторов биохимических реакций, которые обеспечивают изменение химического состава и свойств молекул.

Ферменты, расщепляющие некрахмалистые полисахариды (НПС), включаются в рационы с высоким содержанием зерна и зернобобовых и продуктов их переработки. Без их применения высокой конверсии корма в промышленном разведении животных достичь невозможно. Использование в кормопроизводстве энзимов полностью безопасно и способствует снижению выброса вредных газов и уменьшению выхода навоза. Благодаря этим биологически активным компонентам рациона возможно вводить в состав комбикорма нетрадиционные виды фуражных культур (рожь, овес, тритикале, семена рапса, подсолнечника и др.), добиваясь улучшения конверсии корма.

Некрахмалистые полисахариды являются сложными молекулами моносахаридов, связанными гликозидными мостиками, и обеспечивают природную защиту и прочность клеточных стенок растений. В желудочно-кишечном тракте животных они либо полностью не перевариваются, либо ферментируются незначительно. Различают частично водорастворимые (пектины, ксиланы, β-глюканы), а также нерастворимые в воде НПС (целлюлоза).

В составе комбикормов для скота и птицы в качестве добавок сегодня широко используются β-глюканазы, ксиланазы, маннаназы, пектиназы, целлюлазы, которые относятся к группе карбоангидраз. Ряд кормовых добавок разработан под конкретные профили рационов, содержащих определенные группы кормового сырья (кукурузу, подсолнечник, овес, пшеницу, шроты и др.).

Ферментные препараты для гидролиза НПС производятся как в виде так называемых моноферментов, так и в форме комплексных добавок. В промышленных условиях они могут быть произведены с применением микроорганизмов, полученных с помощью традиционных методов мутагенеза и селекции, либо с применением генетических технологий.

Каждый фермент способен воздействовать на определенный субстрат. Существует мнение, что чем больше видов энзимов используется в рационе, тем больше балластных веществ будет переработано и усвоено. Клеточная стенка растений имеет сложное надмолекулярное строение, в ее состав входит множество различных НПС и в различном соотношении в зависимости от вида растения. Очевидно, что она разрушается быстрее при одновременном воздействии на нескольких видов НПС-ферментов, прежде всего карбогидраз, расщепляющих структурные («скелетные») полисахариды растений: целлюлозу, глюкан и ксилан. В связи с этим для промышленного животноводства и птицеводства актуальны мультиферментные комплексы (Кингзим, Мегабленд GX, Мегабленд РGX, Мегабленд PPGX, Люминаза 5500 ХР, Ровабио Макс АР, Ровабио Эксель АР, Ронозим МультиГрейн GT, Оллзайм SSF, Кемзайм, Нордитокс-МЭК-Б, Фидбест VGPro G и др.).

Эффективность действия кормовых ферментных препаратов определяется высокой молекулярной активностью входящих в их состав ферментов, низким содержанием балластных веществ, а также соотношением различных ферментов в зависимости от типа рациона и вида животного.

Современные коммерческие добавки, воздействующие на НПС, не должны подвергаться воздействию природных ингибиторов, содержащихся в зерне и продуктах его переработки. Например, грибковая эндо-глюканаза, продуцируемая микроорганизмами рода Trichoderma, на основе которой производится, в частности, продукция российских компаний «Агро-фермент», «Биовет-Фермент», НПЦ «Агросистема», обладает целлюлазной, β-глюканазной, ксилоглюканазной и ксиланазной активностью и при этом не подвергается воздействию белковых ингибиторов злаков.

В настоящее время актуально применять кормовые ферменты не только при производстве комбикормов, которые не проходят тепловую обработку. Благодаря созданию термостабильных добавок возможно сохранение активности энзимов при 80°С в течение 5–10 мин., что позволяет изготавливать корм в гранулах.

Ксиланаза

Некрахмалистые полисахариды гемицеллюлозы — ксилан, арабиноксиланы и другие пентозные полисахариды содержат пшеничные отруби, подсолнечный жмых и шрот, соевый и рапсовый шрот, ячмень и другие корма. Арабиноксиланы являются наиболее распространенными среди некрахмалистых полисахаридов.

Фермент ксиланаза способствует высвобождению из клеток растения белка, крахмала, пектина и образованию простых сахаров путем разложения арабиноксиланов до молекулы ксилозы.

Ксиланаза является самым термолабильным ферментом из НПС-гидролаз, поэтому требует особого подхода при производстве и применении готовых форм ферментных препаратов.

Ксиланазные активности содержат кормовые ферменты Вегазим, Люминаза 5500 ХР, Мегаксилан HC 200 TS, Мегаксилан 10000 ТС, Ронозим WX 5000 CT, Ронозим WX 2000 C, Ровабио Макс Эдванс Р, Акстра ХАР 101 ТРТ, Сантаза М, ФРА Октазайм Сухой, Эконаза XT, Хостазим X-50, Агрокисл, Агрокисл Премиум и др.

Продуценты ксиланаз: Aspergillus oryzae, Trichoderma reesei, Pichia pastoris, Trichoderma viride,

Trichoderma longibrachiatum, Bacilus subtilus и др.

Повысить эффективность ксиланаз способна эстераза феруловой кислоты — фермент, который

разрушает эту кислоту, связывающую молекулы арабиноксиланов и лигнина в растительной клеточной стенке, благодаря чему НПС способны ферментироваться. Эстераза феруловой кислоты входит в состав препарата Кемзайм XPF.

Маннаназы

Кормовые маннаназы рекомендуются для включения в рационы с содержанием продуктов переработки сои и подсолнечника (зерна, шрота, жмыха), а также бобовых, масел рапса и сои. Маннаны содержатся также в кукурузе, пшеничных отрубях и крупке.

Фермент β-маннаназа расщепляет полисахариды маннаны (с образованием глюкозы и маннозы), снижая вязкость химуса и повышая энергетическую питательность корма в среднем на 50–100 ккал/кг.

Манноза служит субстратом для размножения синбиотической микрофлоры в кишечнике, стимулируя процессы естественной резистентности животных, а также увеличивает переваримость рациона.

Благодаря включению в рацион маннаназ возможно снижать воздействие микотоксинов на организм птицы и свиней, так как продукты распада маннанов (МОС) могут связывать и выводить из кишечника ряд токсичных молекул.

На сегодняшний день в России реализуются кормовые маннаназы, способные выдерживать гранулирование и экспандирование при температуре до 85°С. Среди них кормовые добавки в форме гранул Мисма Зим М, Циньлеван и др. Маннаназу содержат добавки СТсзим, Сантаза М, Хемицелл и др.

К промышленным штаммам — продуцентам кормовых маннаназ относятся как бактерии, так и микроскопические грибки (Rhizomucor miehei, Aspergillus niger, Bacillus subtilis, Paenibacillus lentus и др.)

Эндо-1,3(4)-β-глюканаза (глюканаза)

Полимер целлюлоза состоит из молекул глюкозы, связанных между собой β-1,4-глюкозидной связью; полимер β-глюкан представляет собой молекулы глюкозы, связанные между собой β-1,3-глюкозидной связью. Известны соответствующие ферменты, которые специфически гидролизуют именно эти связи. В настоящее время в состав комплексных НПС-препаратов обычно включают энзим, который способен гидролизовать обе связи.

Кормовая β-глюканаза воздействует на целлюлозу и β-глюканы с образованием свободных остатков глюкозы и олигосахаридов. Рекомендуется для применения во всех рационах для всех видов животных (даже для крупного рогатого скота). Является главным элементом комплексных кормовых ферментов. Продуценты кормовых β-глюканаз: Aspergillus niger, Trichoderma reesei, Trichoderma viride, Bacilus subtilus, Pichia pastoris и др.

Эндо-1,4-β-глюканаза

Микрофлора кишечника животных в небольшом количестве способна синтезировать фермент целлюлазу, однако этого недостаточно для высокопродуктивных пород и кроссов, чьи профили рациона содержат высокий уровень зерна и продуктов его переработки. Такие корма, как пшеничные отруби, подсолнечный жмых и шрот, соевый шрот, овес, ячмень, пшеничная крупка, характеризуются высоким уровнем целлюлозы. В результате воздействия целлюлазы образуются целлоолигосахариды, глюкоза и целлобиоза (дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы).

Целлюлаза используется в составе комплексных ферментов, содержащих ксиланазы и β-глюканазы. В природных условиях грибы наиболее эффективно разрушают целлюлозу, выделяя внешние ферменты, способные расщеплять твердые субстраты, что нашло отражение в промышленном производстве энзимов.

Продуценты целлюлазы, применяемой в кормлении животных: Trichoderma reesei, Trichoderma longibrachiatum, Aspergillus niger, Penecillium и др.

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

Пектиназа

Полисахариды пектины способствуют сгущению кормовой массы, передвигающейся в желудочно-кишечном тракте, что замедляет процессы ферментации пищи, всасывание минералов и витаминов, поэтому они вредны в больших количествах. Источником пектина являются подсолнечный, соевый и рапсовый шрот, горох, люпин, свекловичный жом и меласса, пшеничные отруби и другие корма. Фермент пектиназа обычно входит в состав комплексных кормовых энзимов, таких как Ронозим VP CT.

Продуценты пектиназ: Aspergillus niger, Aspergillus aculeatus, Aspergillus awamori и др.

Импортные ферменты, разрушающие НПС

Советский Союз с 1976 года впервые в мире начал промышленное производство кормовых ферментных препаратов. В России имеются современные научные разработки и достаточно мощностей биохимических заводов, производящих и способных производить ферментные препараты для полного удовлетворения внутреннего спроса. Однако сейчас российские производители комбикормов для животных широко используют зарубежную продукцию.

Полное замещение импорта не происходит в силу ряда причин. Главная из них — отсутствие протекционалистической политики в этой области биотехнологии (рыночная экономика). Недорогие препараты из Китая и Европы занимают большую часть рынка. Вторая причина — производство кормовых ферментов требует больших финансовых вложений в переоборудование простаивающих биохимических мощностей, в технологии и научные исследования, реализации лояльной политики по предоставлению льгот по кредитам и налогам.

Третья причина — низкая информированность отечественных животноводов и птицеводов по вопросам ферментных препаратов в целом. Россельхознадзором зарегистрировано более 150 ферментных препаратов, из них свыше 60 наименований, расщепляющих НПС, в том числе комплексные средства.

По данным «ВетАналитик»/«ФармАналитик Про», в 2019 г. в Россию было завезено свыше 3,25 тыс. тонн ферментов НПС на сумму более 26,25 млн USD. Лидирующие позиции в рейтингах импорта занимают ферментные препараты Хостазим Комбифос, Хостазим X-50, Акстра XB 201 TPT, Натугрэйн TS, Хостазим Комби, Ровабио Макс Эдванс Р, Биоксидаза и Акстра ХВ 201 L (табл. 1 и 2).

Наиболее высоким спросом в России сегодня пользуется продукция компаний Huvepharma, DuPont (Danisco), DSM, BASF, Alltech, CTCBIO и Adisseo (табл. 3). Доля импорта в натуральном выражении ТОП-5 в 2019 г. составила 64% (рис. 1). Это иллюстрирует здоровую рыночную конкурентную среду.

Отечественное производство кормовых ферментов, разрушающих НПС

Российские кормовые добавки, расщепляющие НПС, представляют собой в основном мультиэнзимные композиции, в том числе содержащие ферменты последнего поколения (табл. 5).

Среди международных компаний, разместивших производство ферментных кормовых добавок в России, следует отметить холдинг Kemin, открывший в 2017 г. завод в Липецке. Исконно российских производителей немного, но их успехи в производстве кормовых энзимов нельзя не отметить. Например, биотехнологической компанией «Сиббиофарм» создана фирменная программа применения ферментных препаратов для птицеводства и свиноводства «Биоцикл» (Biocycle). Она позволяет подобрать оптимальное решение для каждого клиента индивидуально: сочетать различные комбинации ферментов в зависимости от вида животного, рациона кормления и физиологического состояния. Компания выпускает широкий ассортимент ферментов, в том числе не имеющий аналогов в мире термостабильный микрогранулированный мультиэнзимный комплекс Фидбест VGPro G, содержащий 5 декларированных активностей.

Биотехнологическая компания «МегаВланд» создает на своей базе ряд моноферментных препаратов различных активностей, таких как Мегаксилан, Мегаглюкан, Мегафос, Мегапрот, а также линейку мультиэнзимных комплексов Мегабленд GX, PGX, PPGX, способных полностью закрыть вопрос антипитательных факторов.

Компания «БИОТРОФ» производиткормовые добавки на основе пробиотиков с выраженными ферментативными особенностями. Среди оригинальных решений, предлагаемых специалистами компании, — водорастворимая добавка Ликвипро, повышающая высвобождение питательных веществ из клетчатки корма. Крупным конкурентным преимуществом компании является наличие сильной научно-технической базы.

Известным производителем кормовых добавок НПЦ «Агросистема» создан ряд рецептур кормовых ферментов. Среди достижений компании — комплекс ЭнзиМатрикс на основе 9 ферментных активностей (фитазы, ксиланазы, глюканазы, целлюлазы, манназы, пектиназы, липазы, протеазы и амилазы).

Компания «Агрофермент» совместно с ФИЦ Биотехнологии РАН недавно разработала и запустила в производство мультиферментные НПС-препараты нового поколения Агроксил Плюс, Агроцелл Плюс и Агроксил Премиум, обладающие ксиланазной, целлюлазной и β-глюканазной активностью, а также АгроПрот (комбинация протеаз, ксиланаз и β-глюканаз).

Количество показов: 3397
Автор:  В. Лавренова, маркетолог издательства «Сельскохозяйственные технологии»