Обзоры и прогнозы

Кормовые протеазы: больше, сильнее, быстрее 06.12.2024

Кормовые протеазы: больше, сильнее, быстрее

В пищеварительном тракте животных полисахариды, белки и липиды кормов расщепляются до легкоусвояемых соединений под действием собственных пищеварительных катализаторов, ферментов микрофлоры, а также некоторых веществ, изначально присутствующих в кормах. Введение энзимов в состав рецептур комбикормов преследует несколько целей — увеличение усвояемости кормов в случае несовершенства собственной ферментной системы животных в определенные возрастные периоды, а также обеспечение их высокой продуктивности при наличии в рационе трудноусвояемых ингредиентов, устранение негативного воздействия антипитательных соединений в кормовом сырье.



Ферменты (энзимы) — узкоспециализированные белки, катализирующие биохимические процессы в организме. Молекула фермента может либо состоять из белка, либо содержать белок в сочетании с небелковой частью, где в качестве компонентов могут выступать ионы металлов (кальция, магния, цинка, кобальта, марганца) или углеводный остаток. В обменных процессах млекопитающих и птиц задействовано несколько тысяч различных энзимов. Ферменты обычно избирательно воздействуют на определенные химические вещества (субстрат), но в природе встречаются и такие соединения, которые активны в отношении сразу нескольких субстратов. Как сказано выше, основным обоснованием применения      кормовых     энзимов      в      рационе продуктивных                     животных  является недостаток выработки собственных ферментов  вследствие интенсивного обмена веществ, а также присутствие труднопереваримых  и антипитательных ингредиентов в комбикормах. В поддержке экзогенными ферментами особенно нуждается молодняк, чья ферментная система активно перестраивается и адаптируется к смене рациона.

Кормовые энзимы способствуют наиболее полной реализации генетического потенциала животных, дополняя их собственные ферменты, а также усиливая их активность, способствуя повышению доступности питательных веществ из рационов. Улучшая переваримость корма, они стимулируют формирование здорового микробиома, сокращают потери с экскрементами фосфора и азота, снижают образование вредных газов. Неслучайно кормовые добавки, включающие экзогенные энзимы, применяют в составе как минимум 95–98% современных комбикормов. Благодаря ферментам, разрушающим фитаты и некрахмалистые полисахариды, птица и свиньи могут потреблять корма, которые в природе у них не усваиваются либо усваиваются в ограниченном количестве.

Среди коммерческих кормовых добавок представлены как моно-, так и поли- и мультиферментные композиции. Комплексные кормовые добавки на основе ферментов позволяют добиться гидролиза в кишечнике одновременно нескольких трудноусвояемых компонентов корма.

Ряд кормовых энзимов способны выдержать жесткие  технологии  комбикормовой промышленности. Важную роль играет видоспецифичность     штамма-продуцента кормового энзима, позволяющего выдерживать технологические режимы комбикормового производства и учитывающего биолого- физиологические особенности желудочно- кишечного тракта животных. От инактивации при производстве промышленных рационов активное вещество нередко защищается специальной жировой, целлюлозно-жировой или минеральной оболочкой.

Ферментные препараты используются преимущественно путем введения в премиксы, которые включают в комбикорма. Важными условиями эффективности ферментов в корме являются их равномерное распределение и стабильность в процессе приготовления и хранения комбикормов. Для равномерного распределения кормовых добавок применяют метод ступенчатого смешивания.

Наиболее популярные виды кормовых энзимов для птицы, свиней и крупного рогатого скота представлены в таблице.

Ключевой объем мирового рынка кормовых ферментов (более 70%) традиционно занимают энзимы,                        разрушающие некрахмалистые полисахариды (глюканазы, ксиланазы, маннаназы, пектиназы), а также фитазы.

Наряду с ними особый интерес для выращивания молодняка продуктивных животных представляют кормовые протеазы, рынок которых стабильно растет.

Повышение доступности белка

Протеазы (протеиназы, протеолитические ферменты) — энзимы из класса гидролаз, расщепляющие пептидную связь между аминокислотами в белках, повышающие уровень доступности аминокислот в кормах, снижающие эндогенные потери белка и, в конечном счете, увеличивающие доступность азота для организма животного.

Для свиноводства и птицеводства они интересны прежде всего как элемент стартерных рационов, содержащих труднопереваримые белковые компоненты: шроты, жмыхи, муку животного происхождения. Эти энзимы позволяют высвобождать аминокислоты из растительных кормов, особенно на фоне присутствия ингибиторов пепсина/трипсина и лектинов (аллергических белков, антипитательных факторов (АПФ) свиноводства).

Кормовые протеазы расщепляют белки животного происхождения, в том числе рыбной, перьевой и мясокостной муки, а также восполняют дефицит эндогенных ферментов поджелудочной железы, характерный для незрелой пищеварительной системы поросят и цыплят и усугубляемый технологическими стрессами.

В ранний период жизни поросята из-за интенсивного обмена веществ вырабатывают недостаточное количество соляной кислоты и пищеварительных ферментов. В условиях промышленной технологии доращивания поросята должны приспособиться потреблять сухие комбикорма, основой обменной энергии которых является растительный крахмал. Для поросят- отъемышей требуется физиологическая адаптация после молока свиноматки, поставляющего источник обменной энергии от жира и лактозы. Незрелая пищеварительная система поросенка не способна эффективно переваривать корма на фоне кормового и технологического стресса отъема.

Далее поросята живой массой до 60 кг при завершении доращивания и переходе на гровер должны потреблять корм с альтернативными источниками белка (перьевая и мясокостная мука, рапсовый шрот, люпин, барда и др.), при этом быстро адаптироваться к смене рациона и перегруппировкам, сохраняя высокие темпы роста. Поэтому поддержка экзогенными протеолитическими ферментами необходима как для поросят-отъемышей, так и в более позднем возрасте.

Добавки с протеазной активностью долгое время воспринимались лишь как вспомогательный энзим в составе комплексных добавок, однако селекционная работа сильно изменила интенсивность протекания обменных процессов птицы и свиней.

Пищеварительные железы птицы современных кроссов также нуждаются в особом подходе к обеспечению протеином, так как активность собственных ферментов у молодняка может быть недостаточной.

Есть исследования, что переваримость азота в подвздошной кишке у цыплят в 4-дневном возрасте при питании кукурузно-соевым рационом составляет 78% и постепенно возрастает до 90% лишь к 21-му дню жизни. Физиологически активность протеаз у цыпленка достигает высоких значений на 10–12- й день жизни, однако максимальная эндокринная деятельность желез достигнет пика лишь к 42-му дню, при этом необходимо обеспечить растущему организму все условия для наилучшего усвоения питательных веществ корма.

В птицеводстве кормовые протеазы широко используются при составлении рационов для цыплят- бройлеров и индюшат, а также высокопродуктивных кур-несушек.

Экономия дорогостоящих белковых кормов и увеличение конверсии корма — глобальные задачи при выращивании домашних животных.

Ряд кормов содержит трудноусвояемые вещества. В соевом белке до 70% составляют термоустойчивые антипитательные белки глицинин и   β-конглицинин, проявляющие  антигенные свойства, не устраняемые в процессе традиционной обработки соевых шротов и трудногидролизуемые собственными ферментами ЖКТ животных и птицы. При применении в кормлении кур, индеек, свиней, рыб экзогенных протеаз возможно расширить спектр альтернативных источников белка. В том числе заменить в комбикорме дорогостоящий соевый шрот на дробленый горох, рапс, подсолнечник, люпин, а также повысить процентное содержание в рационе подсолнечного жмыха и шрота, устранить нежелательное влияние бобовых при недостаточной тепловой обработке, в итоге улучшить усвоение азота корма.

Эффективность применения кормовых протеаз зависит от состава рациона, вида и возраста животных, специфичности действия используемых ферментов, дополнительного внесения в корм энзимов, гидролизирующих некрахмалистые полисахариды.

При грамотном применении кормовых ферментов можно достичь существенных результатов в отношении переваримости как отдельных ингредиентов, так и кормов в целом. Например, протеолитические ферменты позволяют повысить переваримость протеина соевого шрота, мясокостной и перьевой муки, рапсового шрота у бройлеров на 17–27%. По данным «Фидлэнд Групп», кормовые протеазы в комбикормах позволяют уменьшить фактическую питательность рациона по протеину и аминокислотам на 4–6%, а в некоторых случаях и больше. В частности, введение протеазы в корма для бройлеров может позволить заменять до 7–10% протеина рациона (или до 8–10% повысить долю усвояемых аминокислот).

Важно помнить, что протеолитические ферменты оказывают положительное влияние на состояние кишечника животных, способствуют снижению вязкости содержимого кишечника, стимулируют рост молодняка и его жизнеспособность, сокращают риск диарей, уменьшают перерасход воды для поения. Благодаря наиболее полному усвоению белка в кишечнике молодняка предотвращаются сопровождаемые интоксикациями гнилостные процессы и рост патогенной микрофлоры (к примеру клостридий), питающейся непереваримым протеином.

Есть научные данные, что протеиназы могут быть активаторами обменных процессов, стимулирующих адаптацию животных к негативным факторам внешней среды, способны улучшать секрецию и транспорт в клетках кишечника, участвовать в нейтрализации ряда микотоксинов. Изучение этих свойств может дать толчок для создания новых многофункциональных ферментных добавок и ветеринарных препаратов.

В рационах птицы и свиней протеазы дополняют действие других эндогенных и экзогенных ферментов, в частности карбогидраз, амилаз и фитаз. Эти ферменты ингибируют активность уреазы, уменьшают или останавливают трансформацию азота в аммиак в экскрементах и моче, снижая концентрацию аммиака в помещениях для животных.

Виды протеаз

В составе комбикормов для животных используются нейтральные, кислые и щелочные протеиназы. Их полезное действие осуществляется в зависимости от уровня кислотно-щелочной среды, характерной для того или иного отдела пищеварительного тракта.

Кислая протеаза активна при рН 2,5–3,5 и улучшает переваривание корма в желудке (расщепляет белок на пептиды). Щелочная и нейтральная протеазы ферментируют белки и пептиды до свободных аминокислот и сходны по действию с трипсином и химотрипсином. Нейтральная протеаза действует в двенадцатиперстной и тощей кишке при рН 6,5–7,0, а щелочная протеаза активна преимущественно в подвздошной кишке при рН 7,2–7,8 и выше.

Существует альтернативная классификация протеаз по базе данных MEROPS. В зависимости от механизма действия и строения активного центра выделяют шесть классов протеолитических ферментов: A — аспартатные, S — сериновые, C — цистеиновые, G — глутаминовые, T — треониновые, M — металлопептидазы и U — пептидазы с неизвестным механизмом катализа. Протеазы объединены в семейства на основании гомологии аминокислотных последовательностей, а семейства, в свою очередь, объединены в кланы на основании эволюционного происхождения и укладки молекулы. Нейтральные и кислотные металлопротеазы (железо-, цинк-, кальцийзависимые протеиназы), согласно исследованиям, облают слабой стабильностью к биологическим условиям ЖКТ животных и птицы, не устойчивы к пепсину и панкреатину, легко инактивируются под действием высокой температуры и давления при грануляции.

Для решения проблем протеинового питания животных интересны прежде всего сериновые и цистеиновые протеазы.

Активность протеазы в коммерческих кормовых добавках зависит от вида используемых протеаз, генетических особенностей штамма-продуцента (бактерии или грибка), а также от среды и условий культивирования.

Эксперты компании MISMA акцентируют, что при выборе кормовой добавки необходимо обращать внимание не только на термостабильность фермента, но и на диапазон pH, в котором этот энзим активен. Собственные (эндогенные) ферменты организма работают в различных диапазонах: пепсин — в кислой среде, а трипсин и химотрипсин — в нейтральной. 

Активность в различных условиях — важное преимущество. Бактериальные протеазы, например субтилизин, способны работать в широком диапазоне pH, то есть сохранять свою эффективность практически на всем протяжении желудочно-кишечного тракта.

Эндогенные протеазы часто являются очень специфичными: так, например, трипсин разрушает пептидные связи аргинина и лизина, гидролиз других связей физиологически не доступен. Протеаза Мисма Зим П специально разработана с учетом низкой специфичности к пептидным связям, поэтому разрушает белок она гораздо быстрее и агрессивнее пищеварительных ферментов, дополняя их действие в период становления пищеварительных желез.

Специалисты Danisco Animal Nutrition & Health (IFF) обращают внимание на сложности оценки и сравнения кормовых протеаз по причине разной методики определения активности у каждого отдельного производителя фермента и, как следствие, отсутствия единой системы (системы СИ) измерения единиц активности кормовых протеаз. При выборе коммерческой продукции они советуют обращать внимание на рекомендуемые дозировки протеазы, ее термостабильность, стабильность к пепсину, панкреатину, а также на данные о тестировании in vitro и in vivo аффинности к белкам растительного и животного происхождения, в частности OPA протокол (The Fluoraldehyde™ o-Phthalaldehyde), оценки эффективного расщепления пептидных связей разного кормового субстрата, проанализировать сведения о повышении иллеальной переваримости у животных.

Термостабильный до 95°С моноферментный протеазный препарат Акстра™ PRO 301ТPT (Danisco Animal Nutrition & Health (IFF)) с нормой ввода 50–100 г/тонну готового комбикорма содержит бактериальную протеазу субтилизин 80 000 ед./г, полученную на основе штамма Bacillus subtilis, что помогает превзойти ограниченные возможности эндогенных протеаз животного, повысить и улучшить усвоение белка, устраняет антипитательные факторы ингибиторов трипсина, дополняя эндогенное действие пепсина и других ферментов по всему пищеварительному тракту. В активной мере способствует повышению переваримости аминокислот одного из важных компонентов корма — соевого шрота, что позволяет снизить его содержание в рационах, заменить альтернативными, экономически обоснованными источниками белка: подсолнечным шротом, горохом, мясо-костной мукой.

Кормовая добавка с высокой устойчивостью к температурам и широким диапазоном действия в кислотной, нейтральной и щелочной средах Мисма Зим П, содержащая протеазу субтилизин, способствует значительному снижению затрат кормов на единицу продукции, не теряет активности при гранулировании и экспандировании корма до 85°С. Активность щелочной и нейтральной протеазы в добавке составляет не менее 12 000 ед./г, активность кислотной протеазы — не менее 3000 ед./г.

Специалисты Kemin реализовали концепцию протеолитической активности кормовой добавки на протяжении всего пищеварительного тракта, а не только в начальных участках отдела кишечника или дистальной его части путем создания добавки КЕМЗАЙМ — протеазы, включающей сразу три вида протеаз (кислой, щелочной и нейтральной). Каждая из них синтезируется своим продуцентом (грибковой или бактериальной природы) и воздействует на протеин корма в различных участках желудочно- кишечного тракта птицы. В 1 г кормовой добавки содержится действующее вещество фермент протеаза с активностью не менее 17 000 ед. (штаммы-продуценты Aspergillus niger CICC2238, Bacillus licheniformis ACCC10236, Aspergillus niger CICC2103). Защитная оболочка гранул обеспечивает термостабильность, а также препятствует растворению в желудке.

Бактерия Bacillus licheniformis получила в биотехнологической промышленности высокое признание благодаря эффективному синтезу сериновой щелочной протеазы субтилизина (алкалазы). Ферментационная активность в отношении перьевой муки данного вида бактерий сейчас интенсивно изучается учеными всего мира.

Кормовой фермент в форме гранулята Ронозим ПроАкт (DSM Nutritional Products) получен глубинным культивированием штамма бактерии Bacillus licheniformis. Препарат представляет собой чистую протеазу активностью не менее 75 000 ед./г, которая работает в организме в унисон с пищеварительными протеазами (пепсин, трипсин). Высокая устойчивость Ронозим ПроАкт в кислой среде желудка, а также универсальность действия на протеин способствуют повышению переваримости протеина в организме животных, расщепляя его на пептиды и аминокислоты.

Кормовая добавка Сибенза ДП 100 производства компании Novus International представляет собой термостабильный протеазный фермент широкого спектра действия, полученный из бактерий штамма Bacillus licheniformis PWD-1.

Грибковые организмы (Trichoderma longibrachiatum, Aspergillus niger и др.) способны продуцировать большее количество ферментов, чем бактерии (80–100 г/л для мицелиальных грибов, 20– 30 г/л для дрожжей), включая кислые, щелочные и нейтральные протеазы.

Кормовая добавка Энзинат Гроу производства Jefo (Канада) содержит протеазу грибкового происхождения с активностью не менее 18 000 ед./г (штамм-продуцент Streptomeces fradiae CNCM I-1504) и включается в комбикорма для свиней и птицы в дозировке 125 г/тонну комбикорма.

Грибки рода Streptomeces способны продуцировать проназы — смесь преимущественно сериновых протеиназ, облегчающих расщепление такого источника белка, как пшеничный глютен.

Компания «Фидлэнд Групп» предлагает впечатляющий спектр кормовых ферментов с протеолитической активностью, в том числе кислую протеазуМегапротН+НС50TSсактивностьюнеменее 50 000 ед./г (продуцент Trichoderma longibrachiatum), с пиковым диапазоном активности рН от 2,5 до 4,5. А также нейтральные протеазы Мегапрот N НС 100 TS и Мегапрот НС 500 TS, обладающие активностью не менее 100 000 и 500 000 ед./г соответственно (продуцент Bacillus subtilis); данный вид протеаз наиболее активен в диапазонах рН=6,5–8,0. Возможно приобрести щелочную протеазу Мегапрот ОН– НС 200 TS с активностью не менее 200 000 ед./г, синтезируемую Bacillus subtilis, наиболее эффективную в кишечнике при рН=9,0–12,0.

«Фидлэнд Групп» производит в России кормовую добавку Мегапрот 40 000 ТС, содержащую протеазу с активностью не менее 40 000 ед./г (продуцент Bacillus licheniformis), а также Мегапрот Комплекс 50 000 ТС — композицию на основе кислой, щелочной и нейтральной протеаз. Особенно важно, что термостабильность предлагаемых компанией протеаз повышена до +90°C.

Китайская добавка Проэнзим Микс, созданная компанией Challenge Group, представляет собой термостабильную микрогранулированную безоболочную протеазу с кислой, нейтральной и щелочной активностями. Это грибковая протеаза с активностью не менее 10 000 ед./г (штамм-продуцент Aspergillus niger ACCC 30557).

Кислую протеазу содержит другая протеаза из Поднебесной — Идуозим X-3001 производства Guangdong VTR Bio-Tech с активностью 10 000 ед./г (штамм-продуцент — Aspergillus niger GIM 3.562).

Хабио Протеаза 100 от компании Mianyang Habio Bioengineering (Китай) включает протеазу с активностью не менее 100 000 ед./г (штамм- продуцент — Aspergillus niger CICC).

Помимо моноферментных кормовых добавок для улучшения протеинового питания свиней и птицы возможно использовать комбинированные средства, в том числе российского производства. 

Кормовая добавка Агропрот («Агрофермент») содержит кислую протеазу с активностью не менее 200 000 ед./г, а также ксиланазу не менее 750 ед./г. Продуцентом ферментов в данном случае является штамм гриба Penicillium verruculosum PEP, не подвергавшийся генно-инженерному вмешательству.

Компания NOVABIOTIC  разработала комбинированную протеиназу с добавлением пектиназы Протомакс. Она содержит нейтральные и кислые протеазы (90 000 ед./г.), а также пектиназу (10 000 ед./г).

Протосубтилин (ПО «Сиббиофарм») содержит в своем составе природно сбалансированный комплекс нейтральных и щелочных протеаз и сопутствующие ферменты — α-амилазу, β-глюканазу, ксиланазу, а также липазу. Кормовая добавка позволяет использовать в рационах моногастричных комбикорма с повышенным до 30–35% уровнем зернобобовых культур. Протосубтилин, получаемый на основе Bacillus subtilis, производится в двух товарных формах с активностями 120 и 250 ед./г.

Для повышения перевариваемости питательных веществ в рационах сельскохозяйственной птицы разработан ферментативный многофункциональный пробиотик Синкра™ AVI 101 ТРТ (Danisco Animal Nutrition & Health (IFF)). Данная кормовая добавка содержит протеазу с активностью не менее 20000 ед./г (штамм-продуцент Bacillus subtilis), а также эндо-1,4-бета-ксиланазу с активностью не менее 10 000 ед./г (штамм-продуцент Trichoderma reesei), фермент альфа-амилазу с активностью не менее 1000 ед./г (штамм-продуцент Bacillus licheniformis).

Специалисты компании Danisco (IFF) отмечают, что в сегодняшней науке о питании животных широко освещается синергетический эффект совместного использования кормовых добавок. Касаемо использования экзогенных протеаз, описываются технологические ограничения, связанные с комбикормовой промышленностью, в частности экспозиция комбикорма с высокой температурой, водяным паром, давлением. По данной причине высокоактивные металлозависимые нейтральные протеазы не получили широкого применения в кормлении животных. Для преодоления барьеров производители предлагают, в частности, для откорма свиней сочетание кормовой протеазы с определенными ферментными штаммами Bacillus spp., например добавку Syncra SWI, содержащую широкий спектр энзимных активностей. Кормовая добавка позволяет повышать лимиты ввода в комбикорм труднопереваримых кормовых ингредиентов с повышенным содержанием клетчатки и белковых АПФ, ингибиторов трипсина: подсолнечного шрота, барды, гороха, рапса.

Изучение полезных свойств протеаз ведется уже более 80 лет. Сегодня ученым удалось создать кормовые добавки, не угнетающие действие  собственных  пищеварительных ферментов животных, при этом действующие при разных значениях рН на протяжении всего желудочно-кишечного тракта, и которые возможно сочетать с энзимами, расщепляющими фитазы и некрахмалистые полисахариды. Однако необходимо соблюдать дозы внесения энзимов, чтобы не вызвать слишком интенсивного высвобождения аминокислот в кишечнике, которые могут выводиться с экскрементами.

Применение кормовых протеаз нового поколения, а также ферментативных пробиотиков способствует снижению затрат на корма за счет повышения переваримости протеина, а также позволяет удешевить рационы за счет альтернативных источников белка без негативного влияния на продуктивность домашних животных. При использовании кормовых протеаз важно понимать реальный риск передозировки. Кормовая протеаза способна расщеплять биологические структуры в желудочно-кишечном тракте животных — эндотелий, ворсинки, крипты, матрикс кишечника, поэтому при избытке кормовых протеаз проявляются дуодениты, илеиты с выраженными кровавыми геморрагиями, язвами в тонком кишечнике. Согласно собственным данным Danisco (IFF), 10–20-кратные дозировки способны приводить к отходу животных и сельскохозяйственной птицы.

Необходимо следить за правильным вводом кормовых протеаз, четко соблюдать рекомендации конкретного производителя.


Ферментный препарат Протосубтилин производства ПО «Сиббиофарм» применяется в качестве кормовой добавки в рационах моногастричных животных с целью улучшения доступности белковых компонентов, в первую очередь растительного происхождения. Расщепляя высокомолекулярные белки, препарат увеличивает в корме содержание доступных пептидов и аминокислот и дополняет действие пищеварительных протеаз организма, не угнетая и не подменяя собственные протеолитические ферменты. Протосубтилин разрушает углеводно-протеиновые связи, что делает более доступными углеводы зерновых компонентов, а также снижает уровень негативного влияния ингибиторов сои и других бобовых культур на пепсин и трипсин желудочно-кишечного тракта животных и птицы.

Компания «Фидлэнд Групп» предлагает кормовую добавку Мегапрот Комплекс 50 000 ТС, состоящую из трех видов протеаз: кислой, нейтральной и щелочной. Применение комплекса данных ферментов позволит эффективнее использовать белки корма, так как диапазон показателей pH, при которых продукт активен, значительно расширен и составляет 2,3–12. Благодаря пролонгированному действию Мегапрот Комплекс 50 000 ТС повышает производственные показатели и увеличивает экономическую эффективность птицеводческих и свиноводческих предприятий. Препарат особенно актуален при использовании кормовых ингредиентов с низкой доступностью аминокислот, поскольку улучшает усвоение азота, за счет чего снижается загрязнение окружающей среды.




Количество показов: 267
Автор:  В. Лавренова, маркетолог издательства «Сельскохозяйственные технологии»

Возврат к списку


Материалы по теме: