Домой Регистрация
Приветствуем вас, Гость



Форма входа

Население


Вступайте в нашу группу Вконтакте! :)




ПОИСК


Опросник
Используете ли вы афоризмы и цитаты в своей речи?
Проголосовало 514 человек


Ксиланаза что это такое


КСИЛАНАЗА - инструкция, cпособ применения, состав | ZooZilla.org

КСИЛАНАЗА

Название (лат.)

Xilanaza

Состав и форма выпуска

Ферментный препарат, расщепляющий ксиланы, а также структурные компоненты клеточной стенки растений. Технология получения препарата основана на глубинном культивировании продуцента Trichoderma viride на специально разработанной среде, обеспечивающей высокую ксиланазную активность 5000 ± 500 ЕД/г, экзо-β-глюканазную активность не менее 300 ЕД/г, целлюлолитическую активность не ниже 350 ЕД/г. Представляет собой мелкий порошок, хорошо растворимый в воде. Условия действия препарата: t = 30 – 55 °С и pH = 4 – 6,5 ЕД. Фасуется в полиэтиленовые мешки с последующим вложением в бумажные и пропиленовые по 15 кг.

Фармакологические свойства

Препарат разрушает трудногидролизуемые компоненты зернового сырья: пентазаны (ксиланы, арабаны, арабаномананы), бета глюканы. Повышает переваримость питательных веществ и улучшают их всасываемость в тонком кишечнике. Использование ксиланазы в составе мультиэнзимного препарата способствует снижению себестоимость комбикормовой продукции за счет использования более дешевого зернового сырья (нешелушенного овса, подсолнечного жмыха или шрота, отрубей).

Показания

Для использования в комбикормах преимущественно пшеничной основы с введением зерна, овса, проса, пшеничных отрубей, подсолнечного жмыха или шрота, а также других трудногидролизуемых составляющих комбикорма, где необходим гидролиз ксиланосодержащих полисахаридов.

Дозы и способ применения

Вводят в комбикорма методом многоступенчатого смешивания по типу обогащения их другими биологически активными веществами. Норма ввода препарата в зависимости от рациона — 0,2 – 0,4 кг на одну тонну комбикорма или кормовой смеси, содержащей пшеницу, просо, тритикале, нешелушенный овес, подсолнечный шрот или жмых.

Побочные действия

На наблюдаются.

Противопоказания

Не установлены.

Особые указания

Продукцию от животных и птиц после применения препарата можно использовать без ограничений.

Условия хранения

В закрытой таре в сухом, темном, хорошо вентилируемом помещении. Срок годности — 1 год.

Page 2

Что представляет собой Ксиланаза?

Деградацию ксилана до ксилозы осуществляет ксиланаза фермент, который отвечает и за белковые вещества, различные пигменты, пектины, элементы с содержанием сахаров. Осуществляется повышение выхода данных веществ за счёт полного изменения состояния (т.е разрушения) всех клеточных стен растительного материала Ксиланазой.Сейчас этот фермент в активном режиме изучается для создания лучших способов наработки в огромных количествах и дальнейшего применения в биотехнологии (возможно использовать для гидролиза таки элементы, как целлюлоза, сахара, в качестве подобного элемента целлюлозы.

Популярные области применения:

  1. Ксиланаза используется в медицинской сфере в препаратах с целью улучшения работы процессов пищеварительной системы.
  2. Используется в пищевой индустрии, чтобы производить хлеб.
  3. Имеет сильное значение не только сейчас, но и в будущем для разного рода промышленностей, а также для создания экологически чистого биологического топлива.

В сельскохозяйственной сфере Ксилиназа также нашла своё применение. Известно, что фермент есть в комбикормах, определённо пшеничного типа, с наличием зёрен, овёс, проса, отрубей от пшеницы, жмыха подсолнечника или шрота. Фермент имеется и в иных трудногидролизуемых элементах корма для с/х животных, в которых требуется гидролиз полисахаридов, включающих в состав этот фермент.

Виды Ксиланазы

Есть некоторые разновидности фермента, например, грибные и бактериальные. Они имеют разные свойства. Известно, что первые повышают объемы хлеба, но возникает риск липкости. Вторые — бактериальные не сильно воздействуют на повышение объёма, но могут повысить качественные свойства теста. При комбинировании этих разновидностей Ксиланаз, возможно получить лучший эффект.

Как применяется и в каких дозах

Фермент вводится в корм многоступенчатым смешиванием методом обогащения специальными элементами, являющимися биологически активными. Дозировка средства имеет прямую зависимость от режима питания — это около 200-400 граммов на 1-у тонну корма для с/х животных, который включает пшеницу и другие растения, например, просо, тритикале, шрот подсолнечника и т.д.

Применение препаратов ксиланазы в кормлении птицы снижает эффект «вязкого» зерна

20/03/2017

Главные источники энергии для птицы - это корма на основе злаков. За рубежом основой рационов является кукуруза, а в нашей стране эту роль играют преимущественно пшеница и ячмень

Так или иначе, какой бы злак ни ели наши птицы, самый мощный энергетический источник его зерен расположен в эндосперме. Эту ткань окружают две оболочки, которые состоят из клетчатки и специфических, целлюлозообразных углеводов. В отличие от целлюлозы, эти специфические углеводы трансформируют воду в связанную недоступную для всасывания форму, поэтому кроме энергии птица получает с кормом вещества, способствующие образованию высоковязких растворов в желудке и кишечнике. В результате корм медленно преодолевает пищеварительный тракт, затормаживается переваривание, что приводит к активному размножению бактерий и грибов (в числе прочих и патогенных). Снижается потребление корма, неполноценно всасываются питательные вещества - соответственно, птица недобирает живой массы. Помет становится водянистым, подстилка и загон (клетка) намокают, вызывая заболевания кожи и ног. Это далеко не полный список потенциальных проблем.

У кормов на основе зерна вязкость субстрата в основном зависит от двух факторов: климатических условий и сортовых свойств. В засушливый год зерна злаков формируют в пищеварительном тракте более вязкую субстанцию и более липкий помет, чем во влажные годы.

Чтобы решить проблемы, которые вызывают специфические углеводы и повысить усвояемость питательных веществ, а также устранить «вязкость» зерновых, в животноводстве уже с 1980-х гг используют препараты ферментов целлюлазы, бета-глюканазы, а главное - ксиланазы. Ксиланазу, которая работает в основном за счет оптимизации усвояемости жира, крахмала и протеина, используют в животноводстве для улучшения качества грубых кормов. Благодаря разрушению клеточных стенок растительного сырья возрастает выход белков, крахмала, пектина, биологически активных и сахаристых веществ.

Эффект добавления ксиланазы в корма

Большую часть производимой для животноводства ксиланазы в рационе птицы используют вместе с фитазой, что особенно выгодно потому, что в процессе пищеварения высвобождается и усваивается столь необходимый животным фосфор. 

Мы приводим краткую таблицу необходимости добавления ферментов в корма на основе самых популярных злаков:

  Ксиланаза Целлюлаза Бета-глюканаза
Кукуруза + - -
Пшеница + - +
Ячмень + + -
Рожь + + -
Пшеничные отруби + + -

В процессе использования ферментных добавок часто возникает насущная технологическая проблема: на высокотемпературной стадии гранулирования кормов (≥80ºС) ферментативная активность падает или сводится к нулю. Соответственно, к препаратам нового поколения предъявляют особое требование:  Фермент должен быть стабильным, и в течение 5-10 минут не терять своей активности при температуре ≥80ºС.

Британская Associated British Agri (AB Agri), а точнее, ее подразделение, компания AB Vista, разработала именно такой кормовой ферментный препарат нового поколения, Эконаза XТ. 

Отличается Эконаза ХТ превосходным последовательным действием, она хорошо работает как на пшеничных, так и на кукурузных рационах, что многократно подтверждается на выходе продукции предприятия.

База питательности ферментного препарата Эконаза ХТ в полном рекомендуемом объеме описана в приведенной ниже таблице для несушек:

*База питательности протеина и аминокислоты основана на 15%-м улучшении трудно усвояемой части рациона. Может понадобиться внесение изменений зависимо от используемых рационов и их ингредиентов.

** Рационы высокой вязкости – это корма, в которые введено более 40%овса/пшеницы/ячменя/тритикале/ржи

Крайне важно дать животным полноценный и сбалансированный с точки зрения аминокислот и минимального количества жира рацион в процессе стартерной фазы, так как именно она придает импульс правильному и гармоничному развитию птицы. Именно на этом этапе есть смысл вводить в корма Эконазу ХТ. Также в этот момент формируется правильная ответная реакция бройлеров на добавление ферментного препарата в рацион. Неполноценный рацион снижает стартерную производительность стада, делая маловозможным обеспечение хорошей продуктивности.

Кроме того, окажут всестороннюю поддержку в формулировке и формировании рационов, а также определят необходимость введения в корма различных ферментных препаратов сотрудники компании ФидАгро, единственного официального дистрибьютера AB Vista в России и странах СНГ.

Смотрите полное описание действия ферментного препарата Эконазы ХТ и его характеристики для бройлеров здесь.

ПОИСК

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

    Главная роль в растворении клеточных стенок принадлежит ге-мицеллюлазам и пектиназам. Основной составной частью гемицеллюлоз ячменя является р-глюкан, гидролиз которого катализируется эндо-р-глюканазой. Меньшая роль принадлежит арабинозидазе и ксиланазе. [c.131]

    Чтобы определить, в какие участки полипептидной цепи могут быть введены одна, две или три дисульфидных связи для стабилизации фермента без нарушения его каталитической активности, использовали компьютерное моделирование пространственной структуры ксиланазы. Были получены восемь производных ксиланазы В. ir ulans. Все они обладали более высокой термостабильностью, чем нативный фермент, и при этом три были столь же активны при 60 °С, как и нативный белок, а один, содержащий ди-сульфидную связь между N- и С-концами, был даже в два раза более активным и сохранял свыше 85% своей активности после 2-часовой инкубации при 60 °С, в то время как нативный фермент полностью утрачивал активность в этих условиях уже через 30 мин. Успех этих экспериментов показывает, что данную стратегию можно использовать для повышения термостабиль- [c.169]

    В грибах мягкой гнили присутствует несколько ферментов, расщепляющих полисахариды [78, 122, 125] и включающих целлюлазу, ксиланазу и маннаназу. Грибы мягкой гнили обычно предпочитают древесину хвойных пород, но эксперименты на выделенных полиозах показали, что, например, гриб haetomium globosum по отношению к ксилану березы проявляет такой же уровень актив- [c.316]

    В табл. 5.2-5.4 приведены примеры получения гомогенных по данным аналитического изоэлектрофокусирования и (или) электрофореза в полиакриламидном геле эндоглюканаз (см. табл. 5.2), целлобиогидролаз (см. табл. 5.3) и целлобиаз (см. табл. 5.4) из различных микробных источников. Как видно из представленных данных, во всех случаях для получения высокоочищенного фермента требуется 4-6 стадий. Помимо упомянутой выше близости множественных форм эндоглюканаз и других компонентов комплекса по биохимическим характеристикам, сложность и трудоемкость процесса получения очищенных целлюлаз связана с большим количеством примесей белкового (ксиланазы, ламинари-назы, пектиназы, протеиназы, другие белки и ферменты) и небелкового характера. Все это приводит к тому, что для ферментов из каждого, а нередко и из одного продуцента разрабатываются оригинальные схемы очистки. [c.121]

    В настоящее время многие исследователи стремятся создать новый комплексный препарат, содержащий в своем составе 3-глюканазу, / -глюкозидазу, целлобиогидролазу, эндоглюканазу, ксиланазу с высокой каталитической активностью, способный в условиях производства этанола полностью гидролизовать некрахмальные полисахариды, так как это дает возможность интенсифицировать технологию спирта и повысить выход его из единицы сырья на 10-12%. [c.213]

    Содержащиеся в препарате пептидазы, гидролизуя белки плазматических оболочек клеток, способствуют выделению сока. Увеличивают выход сока и содержащиеся в препарате целлюлазы, гемицеллюлаза (ксиланаза), / -глюканаза и / -глюкозидаза, которые вызывают разрушение клеточных стенок [21]. [c.214]

    В процессе работы был использован и ферментативный гидролиз. Ксилан обрабатывали ксиланазой гемицеллонигрин П-ЮХ . Глубина его распада достигала 90—92%. Применение этого фермента, а также эндо-1,4-р-ксиланазы позволило выделить олигосахариды. Их расшифровка дала основание предположить регулярное построение макромолекул ксиланов окопника, донника и др. [c.118]

    Стьюарт [63] также уверен, что почти все СООН-гру шы урановых кислот в древесине связаны с лигнином сложноэфирной связью. В том, что фрагменты лигнина связаны с ксиланом, можно убедиться, гидролизуя выделенный из древесины осины ЛУК ксиланазой [46]. Последующая обработка ЛУК раствором щелочи обогащает комплекс остатками молекул арабинозы и галактозы. [c.176]

    Название фермент получает от названия полисахарида и типа связей, которые он гидролизует. Место и номер в КФ фермент занимает исходя из специфики расщепления нм определенных связей, зависящей от продуцирующего фермент микроорганизма, условий его культивирования, используемого субстрата. Обозначенные одним номером ферменты могут различаться индивидуальными свойствами, т. е. молекулярной массой, оптимумом pH, температурой действия, составом аминокислот и т. д. Например, ксиланазы, полученные иутем твердофазной ферментации, отличаются от ксиланаз, образующихся в процессе глубинного культивирования Aspergillus niger. Обе ксиланазы используют тот же субстрат. Но ксиланазы, полученные путем твердофазной фермен-тадии, от ксиланаз, полученных путем глубинного культивирования, отличаются большей термостабильностью и имеют максимальную активность при 50 С против 45 °С во втором случае, имеют оазные оптимальные значения pH — соответственно 4,5 и [c.225]

    Методом электронной микроскопии и дифракции электронов изучали ферментативное разрушение отдельных кристаллов р-(1— -4)-ксилана ксиланазами [39]. Препарат состоял из муль-тиламеллярных гексагональных кристаллов диаметром 2 мкм. Спустя 24 ч от начала ФГ кристаллы выглядели как круглые объекты, имеющие иримерио те же размеры, что и исходный материал. При дальнейшем воздействии фермента разрушение распространялось от граней к центрам кристаллов и диаметр их уменьшался до 1 мкм. Препарат сохранял гексагональную дифракционную картину, но с менее яркими иятнами на рентгенограмме, чем вначале. Авторами работы [39] отрицается возможность [c.229]

    Если просмотреть под электронным микроскопом ультратон-кие срезы образцов холоцеллюлозы древесины бука после гидролиза ксиланазой, то по сравнению с исходным образцом слой 1 более электронно-проницаем, что позволяет различать целлюлозные микрофибриллы. Более прозрачны также внешние и внутренние края слоя 2, что говорит об удалении ГМЦ из этих районов. С помощью интерференционной микроскопии показано, что ксиланаза, удаляя 20—30% ксилана холоцеллюлозы ели, действует главным образом на слой 82 клеточной стенки [72]. [c.233]

    Потери массы обработанной щелочью соломы ири гидролизе ксиланазой составили 82—97% от потери массы ири гидролизе, 1 н. Н2504, а количество РВ в ферментных гидролизатах-дна-гизатах — 67—70% от массы РВ, обнаруженных в гидролизатах после гидролиза 1 н. НгЗО . Нужно отметить, что заметную долю в ферментных гидролизатах составляют олнгосахариды, особенно Есл ФГ провести в реакторах, снабженных диализующей мембраной, пропускающей молекулы с молекулярной массой, превышающей молекулярную массу моно- и дисахаридов. Однако долю олигосахаридов в гидролизатах определяет композиция активностей отдель.чых ферментов в применяемом ферментном комплексе. [c.236]

Библиография для Ксиланаза: [c.441]    Смотреть страницы где упоминается термин Ксиланаза: [c.15]    [c.58]    [c.60]    [c.184]    [c.230]    [c.169]    [c.170]    [c.304]    [c.305]    [c.305]    [c.308]    [c.112]    [c.112]    [c.112]    [c.113]    [c.113]    [c.113]    [c.113]    [c.113]    [c.113]    [c.113]    [c.114]    [c.114]    [c.115]    [c.213]    [c.215]    [c.103]    [c.225]    [c.226]    [c.227]    [c.228]    [c.233]    [c.234]    [c.247]    [c.381]    [c.441]    [c.205]    Молекулярная биотехнология принципы и применение (2002) -- [ c.169 ]

Общая микробиология (1987) -- [ c.429 ]

Особенности брожения и производства (2006) -- [ c.24 ]

© 2019 chem21.info Реклама на сайте

Обзор кормовых ферментов

28 Сен 2017

Сентябрь 28, 2017

Применение кормовых ферментов ― активно развивающееся направление в 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. 

Ферменты (энзимы) — это белки, катализирующие биохимические процессы в организме. Фермент может состоять только из белка или из белка и связанной с ним небелковой части. В качестве небелковых компонентов кормовых энзимов могут выступать ионы металлов (кальция, магния, цинка, кобальта, марганца) или углеводная часть, способствующие проявлению ферментативной активности. Каждый фермент действует избирательно на определенную химическую молекулу (субстрат), но в природе встречаются и такие энзимы, которые действуют сразу на несколько субстратов. В организме млекопитающих вырабатывается до 4000 различных ферментов. Они обеспечивают протекание практически всех жизненных процессов — от переноса электронов и атомов в клетке до расщепления сложных соединений на более простые и синтеза новых молекул. Ферменты играют ключевую роль в процессе переваривания корма. Их наличие и активность определяет такой важнейший показатель рациона, как усвояемость (степень использования питательных пищевых веществ из корма). Современные высокопродуктивные животные нуждаются в сбалансированных рационах, с оптимальным содержанием аминокислот и обменной энергии, для полного достижения своего генетического потенциала. При этом, несмотря на значительное увеличение интенсивности роста и снижения возраста, необходимого для достижения определённой живой массы, желудочно-кишечный тракт животных по размерам соответствует таковому их дальних прародителей. Селекция животных и птицы ведётся в основном по хозяйственно-полезным признакам: на увеличение мышечной массы, яйценоскости, выработку молока, улучшение конверсии корма, скорость прироста и фертильность. Сегодня кормовые энзимы помогают добиться реализации генетического потенциала животных, дополняя ферментные активности их эндогенных ферментов в ЖКТ (протеаза, α-амилаза, липаза) или расщепляя субстраты (например фитат, ксилан, глюкан и др.) для гидролиза которых, ферменты в пищеварительном тракте отсутствуют или присутствуют в ограниченном количестве. В рационы моногастричных включают такие ферменты, как фитаза, глюканаза, ксиланаза, амилаза, протеаза, пектиназа, манназа и некоторые другие.

Рентабельность производства мяса, молока и яиц зависит также от стоимости кормов. К сожалению, более дешёвые корма содержат большое количество антипитательных факторов — некрахмалистых полисахаридов (НПС) и фитатов, что ограничивает их использование в кормах. Питательные вещества, которые находятся в зерновых оболочках, недоступны для моногастричных животных (за исключением птицы) из-за отсутствия в желудочно-кишечном тракте эндоэнзимов к этим субстратам. Собственная фитаза есть во всех зерновых компонентах, но ее биоактивность ограничивается или снижается под воздействием множества факторов) Кроме того, компоненты клетчатки могут из-за своей гигроскопичности связывать большое количество воды а фитаты, в свою очередь, притягивают свободные макро и микроэлементы, аминокислоты, белки, жирные кислоты, препятствуя их усвоению в кишечнике.

Кормовые ферменты призваны не только повысить усвояемость отдельных компонентов корма, на расщепление которых в процессе эволюции животное не выработало достаточного количества собственных энзимов, но и увеличивать рекомендуемую норму ввода недорогого сырья, «богатого» антипитательными факторами без ущерба здоровью и продуктивности животного.

Например, в тонкокишечной слизистой свиней и птиц присутствуют собственные фитазы, но их недостаточно для расщепления большого количества фитатов, поступающих с комбикормами. Благодаря кормовым энзимам возможно воздействовать как на отдельные, так и сразу на несколько трудноусвояемых компонентов кормов, присутствующих в рационе. Препараты кормовых ферментов действуют только на трудногидролизуемые компоненты корма, непосредственно в рубце или желудке, а также в кишечнике. Большинство кормовых ферментов действуют на соответствующие субстраты в кормах. Степень их активности зависит от ряда факторов: Первый фактор — уровень pH, энзимы максимально активны (есть ферменты, у которых активность максимальна в кислой среде при pH 2–3,5, которая присутствует в желудке, (например 6-фитаза), и (например, ферменты кишечника), которым для максимальной активности необходим нейтральный уровень pH (6–6,5).

Вторым фактором является стабильность ферментов к воздействию пепсина желудка (также относящегося к протеолитическим ферментам, осуществляющим расщепление белков в корме до пептидов).

Поэтому продукцию свиноводства и птицеводства после применения препаратов энзимов можно без ограничений использовать в пищевых целях. Более того, кормовые ферменты можно включать в рационы, содержащие антибиотики, противопаразитарные препараты, а также иные кормовые добавки. В результате применения энзимов животные и птица получают дополнительное количество питательных веществ, поэтому поголовье становится более однородным по живой массе и продуктивности. Включение ферментов в рационы моногастричных также снижает выделение азота, фосфора и микроэлементов с экскрементами из-за лучшей усвояемости ими корма. Попадая в почву, фосфор и азот могут вымываться, попадать в открытые водоёмы и приводить к эвтрофикации последних. Отдельные препараты также снижают влажность помета, это особенно важно для получения качественных пищевых яиц. Наконец, кормовые ферменты удобны при большинстве интенсивных технологий приготовления корма. Энзимы вводят в премиксы и комбикорма на заводах или непосредственно в кормоцехах птицефабрик и свинокомплексов методом ступенчатого смешивания с наполнителем или частью мелкоизмельченного корма, а на продвинутых комбикормовых заводах также путем нанесения на готовые гранулы специальными дозаторами-распылителями, что позволяет увеличить температуру при грануляции без ущерба для ферментов (термостабильность ферментов — также главное их качество, которое имеет ограниченные пределы). Специалисты утверждают, что гораздо эффективнее вводить ферменты в готовый комбикорм поскольку незащищенные ферменты в премиксах теряют до 18% своей активности в процессе его хранения уже в течение двух недель. Стабильность в премиксах и готовых комбикормах также является одной из важных характеристик ферментов. У разных ферментов различных производителей она различна. Существуют различные формы кормовых ферментов, который позволяют использовать их при любой форме приготовления и обработки корма. Порошковые незащищённые формы ферментов обычно используются при приготовлении негранулированных кормов или неподвергающихся термической обработке (например паром). Гранулированными могут быть и незащищенные формы ферментов — микрогранулы (специальная форма выпуска для придания лучшей сыпучести, смешиваемости и антипылевого эффекта добавки). Защищенные ферменты — это гранулированные формы. Они используются в комбикормах подвергающихся термической обработке (например при грануляции).

Жидкие формы кормовых ферментов рекомендуют применять при использовании особенно высоких температур грануляции или экструзии. При этом жидкие формы напыляются на гранулы корма после прохождения им термической обработки.

Включение кормовых энзимов позволяет применять более широкий спектр, а также более высокий уровень введения некоторых растительных компонентов в рационы моногастричных. В том числе — продуктов переработки зерна и мукомольных производств. При этом содержание продуктов переработки в рационе может возрасти для отдельных групп животных и птицы в случае подсолнечника до 30%, гороха — до 15%, пшеницы, ржи и ячменя — до 50%. Максимальное использование труднопереваримых, но дешевых компонентов приводит к значительной экономии стоимости кормов. Благодаря использованию энзимов возможно эффективно вводить в рацион хлопковый, подсолнечниковый, соевый шроты, сорго, травяную муку. Благодаря энзимам пшеницы в рационах птицы и свиней можно в значительно количестве использовать ячмень и рожь, что актуально при росте цен и дефиците фуражной пшеницы. Расход препарат при этом очень небольшой (всего 0,01–0,30% от массы комбикорма). Ферменты не только не влияют на себестоимость корма, в большинстве случаев и даже до 15% её снижают. Таким образом, с помощью энзимов можно решить ряд вопросов: от недостатка кормовых ресурсов и удешевления рациона, до глобальных проблем решения продовольственных задач для человека.

Ферменты, расщепляющие белки (протеазы), могут снижать негативный эффект ингибиторов протеазы и аллергенов, а также глюкозидов (блокаторов пищеварения). Воздействие протеазных ферментов узконаправленное и специфичное для конкретного продукта. Оптимальная дозировка энзимов зависит от используемых кормовых ингредиентов, вида и возраста животного, технологических условий производства корма и характеристик самого фермента. Свои ферментные профили имеют рационы с преобладанием ячменя, кукурузы, сои.

Применение ферментов — одна из технологий интенсивного животноводства, экономическая выгодная для любого хозяйства. При введении их в рацион повышается переваримость ряда ингредиентов и экономятся денежные средства на приобретение синтетических аминокислот, шротов, кальций и фосфор содержащих препаратов и энергетических ингредиентов. Содержание обменной энергии возрастает на 3–15%, а переваримого протеина — на 3–8%. Сегодня на рынке присутствуют защищенные формы ферментов, представляющие собой молекулы действующего вещества, которые защищены специальной оболочкой — жировой или минеральной. Защищенные формы обеспечивают сохранность ферментов при грануляции корма, как правило, при температуре, не превышающей 80–85°C. Существуют также ферменты, обладающие «естественной термостабильностью» или, их еще называют, «природно-термостабильные», выдерживающие температуру до 80–85°C. Это свойство дает возможность ферменту действовать более продолжительное время, что в итоге дает больший эффект от его работы без ограничений по вводу в премикс. Энзимы, входящие в состав кормовых препаратов, обладают способностью разрывать связи внутри молекул, благодаря чему происходит быстрое расщепление субстрата. Подавляющее большинство кормовых энзимов относиться к классу эндоферментов.

Эндоферменты (endoenzymes — греч. endo ‘внутри’ и лат. fermentum ‘закваска’) — ферменты, которые не секретируются клеткой, а функционируют внутри синтезирующей их клетки; они катализируют ключевые реакции биосинтеза и энергетического обмена клетки.

Многие ферменты обладают эффектом синергизма. Например, пектиназа обладает более высокой эффективностью в присутствии целлюлазы и ксиланазы. А комбинация протеазы и галактозидазы эффективно расщепляют раффинозу. Все эти факторы учитываются при создании учеными универсальных комплексных препаратов кормовых энзимов.

Индустриальное производство ферментов

Промышленный синтез ферментов производится на основе различных микроорганизмов: бактерий (E. coli, B. subtilis) или грибов (Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Pichia и др.). Это могут быть микроорганизмы, полученные в результате селекции (классического мутагенеза) и генно-инженерные формы. В настоящее время наиболее перспективным методом синтеза ферментов является генная инженерия, которую используют для разработки продуцента. Генно-инженерные технологии позволяют направленно воздействовать на такие свойства фермента, как активность, термостабильность, концентрацию действующего вещества в препарате.

При генно-инженерном способе получения фитазы, этом ген, кодирующий расщепление фитатов, обычно берётся из бактериальных клеток (например E. coli). Данный ген, кодирующий фитазу, встраивается в геном грибка-производителя для увеличения выхода энзима в используемой питательной среде. Абсолютно новым подходом является производство гибридных ферментов (например гибридная 6-фитаза Натуфос Е). При этом случае ген, кодирующий фитазу, был создан сразу из трёх бактериальных источников. Такой подход позволяет комбинировать лучшие свойства отдельных ферментов из различных бактерий в одном продукте.

Термостабильность ферментов — очень важная характеристика. Наиболее устойчивыми препаратами являются ксиланазы и защищенные фитазы, которые выдерживают температуру до 80–85°C. Благодаря запатентованным технологиям термостабильность фитазы может достигать 95°C, в итоге фермент может вноситься уже до гранулирования.

По устойчивости энзимов под действием температуры можно выделить термостабильные и среднетемпературные ферменты. Продуценты энзимов культивируются в особых условиях. Размножение микроорганизмов может осуществляться на твердых средах и в культуральных растворах. Термостабильные ферменты, полученные благодаря селекции и инновационным технологиям, характеризуются высокой стабильностью и могут даже не требовать дополнительной защитной капсулы/формулировки. В этой области необходимо отметить достижения концерна BASF, выпускающего продукт Натугрейн под маркировкой TS, содержащий термостабильную β-глюканазу и ксиланазу (применяются при температуре до 85°C). Выдающимися термостабильными свойствами ксиланазы на российском рынке обладает Ронозим WX (DSM), который выдерживает до 95°C на выходе после гранулятора. В результате культивирования бактерий и грибов могут быть получены как индивидуальные виды энзимов (глюканазы и ксиланазы), так группы ферментов (глюканазы + протеазы, амилазы и др.).

Активность ферментов. Так как ферменты присутствуют в организме в очень небольшом количестве, в готовом кормовом препарате измеряют не содержание, а активность действующего вещества. Об активности фермента судят по скорости ферментативной реакции, т.е. по скорости убыли субстрата или по скорости образования продуктов реакции.

Активность фермента в организме зависит от состояния, биологических особенностей организма, pH среды, наличия активаторов и ингибиторов (ионов металлов, хлора и др.), количества субстрата, на который он действует, от температуры (при ее повышении белковая молекула фермента меняет структуру). Ингибиторы одних ферментов могут быть активаторами других, и наоборот. Все эти факторы необходимо учитывать, иначе применение ферментов не будет экономически оправдано. Например, введение в корм ферментов, предназначенных для применения при пшеничных рационах, может быть малоэффективным в случае с соей и кукурузой. Активность одного и того же фермента, полученного в каждом конкретном случае, может быть различной. Для более точного расчета активности действующего вещества химики рекомендуют оценивать активность фермента сразу несколькими методами.

Международный биохимический союз рекомендовал международную единицу активности фермента (МЕ). Одна международная единица соответствует тому количеству фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за одну минуту в оптимальных для этого фермента условиях. Однако МЕ не может считаться единицей системы СИ, т.к. минута является внесистемной единицей. Единицей активности ферментов в СИ является катал (кат) и его производные (мкат и др.). Один катал — это количество фермента, которое необходимо для каталитического превращения одного моля субстрата за 1 сек.

Производители энзиматической продукции активность ферментов указывают в единицах действия — ед./г или ед./мг, используя при этом различные методы оценки качества ферментных препаратов. Выражение ее величины может соответствовать интернациональной единице МЕ, микрокаталу, нанокаталу, мкг/мин., мг/час или другие специфические значения для конкретных условий реакций. Производители ферментов используют не только разные понятия единиц активности и различные способы их выражения, но и свои методики определения ферментативных активностей. Причем, даже при использовании аналогичных методов, у каждого производителя применяются различные варианты их осуществления: pH, температура, продолжительность проведения ферментативной реакции, субстрат, концентрация и соотношения субстрата и фермента. Все эти факторы создают объективные и субъективные причины затруднений, возникающих при оценке качества ферментных препаратов. С целью преодоления трудностей в подборе ферментных композиций на рынке для определения их активностей используют унифицированные методы их определения. Метод основан на принципах Европейской директивы Council Directive 93/113/ЕЕС, который заключается в следующем: проведение реакции при фиксированной температуре, pH, концентрации субстрата, времени инкубации; использование только определенных коммерческих субстратов; оценка результатов в интернациональных (международных единицах). Данные исследования проводят аттестованные испытательные лаборатории. В своей работе они используют методики определения ферментативных активностей согласно ГОСТ или МВИ. Протокол испытаний является основным инструментом потребителя для сравнения коммерческих ферментных продуктов. Таким образом, химическая природа ферментов очень широка, так что оценивать их только по одной системе можно только приблизительно. Поэтому понятие «активность ферментного препарата» достаточно условное и зависит от системы классификации и методик определения. Для оценки кормовых ферментов учеными введены дополнительные, адаптированные, единицы измерения, которые также могут быть специфичными для разных продуктов. Выделяют 3 основные активности, по которым наиболее часто оценивают эффективность того или иного препарата.

Для характеристики эффективности препаратов на основе фитазы применяют единицу фитазной активности (FTU). 1 единица FTU равна количеству фермента, который при температуре 37°C и pH 5,5 выделяет из 0,0051 моль/л фитата натрия 1 микромоль неорганического фосфора в минуту. Эффективность ферментов определяют обычно в FTU/кг корма. Также производители энзимов могут определять активность в OTU, FYT и некоторых других единицах.

Одна единица активности β-глюканазы — это активность, необходимая для высвобожения 0,258 мкмоль восстановленных сахаров (в эквивалентах глюкозы) за одну минуту при температуре 40°C и pH 3,5 при концентрации субстрата 0,5% β-глюкана, полученного из ячменя.

Одна единица активности эндо-ксиланазы — активность, необходимая для высвобождения 1 мкмоль восстановленных сахаров (в эквивалентах ксилозы) за одну минуту в 0,5%-ном растворе арабиноксилана при pH 3,5, температуре 40°C.

Специалисты DuPont (Danisco) отмечают, что производители ферментов хоть и используют термин «единица активности», у всех он обозначает разное количество сахаров, восстановленных при разной температуре, кислотности и на различных субстратах (например ксиланах березы, ячменя, овса, пшеницы). Это означает, что сравнение активностей ферментов в данном случае стоит под большим вопросом. Стандартизация комплексных препаратов (т.н. ферментные коктейли) может проводиться по активности одного из ферментов, действие которого преобладает. При этом активности других ферментов в продукте не определяются. Поэтому, трудно сделать заключение о количестве (активности) того или иного фермента (за исключением основного) в таких продуктах. Производитель может указывать в инструкции к препарату сразу несколько «рабочих» активностей. Необходимо отметить, что определение активности кормовых ферментов не равно показателю их эффективности на конкретном рационе и виде животного и птицы. Активность можно измерить в пробирке и получить некую цифру, но эффективность фермента можно проверить и сравнить с другим только на конкретном виде животного и конкретном рационе, изменение одного из условий может привести к изменению в показателях эффективности ферментов, выраженной в повышении продуктивности и сохранности поголовья. Экономическая эффективность внесения кормового фермента зависит не только от цены препарата, но и от его активности, а также стабильности. Использование ферментов, не являющихся термостабильными, во время процесса грануляции может вести к полной потере активности фермента и его эффективности. Важным показателем также является стабильность ферментов во время хранения в премиксе и комбикорме. В целом качество и эффективность фермента определяется комбинацией его различных свойств (биоэффективность, термостабильность, стабильность в премиксе и т.д.). Зная данные по эффективности фермента, полученные на основании проведенных балансовых опытов и исследованиях на животных и птице, можно на основании специальных таблиц (матричных значений) рассчитать новый экономически эффективный рацион. Для быстрого и удобного расчета нормы ввода некоторых ферментов (фитазы) существуют также специализированные программы и онлайн-сервисы. К сожалению, в связи с большим количеством игроков на рынке ферментов участились и случаи фальсификации как протоколов испытаний, так и самих ферментов. Наиболее приемлемо сегодня приобретать ферменты либо у официальных дистрибьюторов, либо, что наиболее оправдано, у «проверенных» производителей с большим, мировым опытом в производстве ферментов и их применении.

Для повышения рентабельности откорма животных и птиц или получения товарного яйца всегда следует искать наиболее эффективную и качественную ферментную добавку. Для принятия решения о ее использовании всегда следует проводить только сравнительный опыт в группах аналогах. Только в постановках сравнительного опыта применения ферментов возможно найти экономическую выгоду от применения того или иного препарата. Не следует останавливать свой выбор на конкретном производителе фермента. Основополагающий фактор рационального выбора ферментов — экономический эффект, отраженный в рублях на единицу полученной продукции.

Секреты применения кормовых ферментов

В подборе ферментной кормовой добавки следует принимать во внимание наличие антипитательных факторов в корме. Например, свежеубранное зерно характеризуется высоким содержанием водорастворимых некрахмалистых полисахаридов (НПС), которые повышают вязкость химуса и приводят к проблемам в ЖКТ, выраженную в снижении усвоения, прежде всего, энергии и белка и, как следствие, к снижению продуктивности. Поэтому зерно рекомендовано использовать после биологического созревания (минимум 3–4 месяца после уборки зерновых). В процессе созревания зерна, его аутоферменты снижают количество водорастворимых НПС, превращая форму, не приводящую к повышению вязкости химуса. В случае, когда ждать невозможно, рекомендуется использование композиций в увеличенных в 1,5–2 раза дозах. В производстве кормов с применением не только с ферментных препаратов, но и аминокислот, и витаминов следует обратить внимание не только на технологию, но и культуру производства комбикормов. Мелкотоварные хозяйства, не использующие процесс грануляции кормов, могут вносить в комбикорм самостоятельно расконцентрированный фермент и не брать во внимание такую величину как температурная стабильность препарата. Для данного типа хозяйств важна дозировка его ввода в корм, рекомендуемая для определенного оборудования и активности применяемых ферментов. Для крупных предприятий, которые используют процесс грануляции, важна четкость производственных процессов. Завышенная температура на матрице в грануляторе и или системе кондиционирования гранул при низкой культуре производства кормов может привести к необратимой денатурации ферментов, аминокислот и витаминов. В данном случае рекомендовано использовать жидкие формы ферментов, которые напыляются на готовые остывшие гранулы.

Разные продуценты синтезируют ферменты обладающие различной окислительной стабильностью. Ферменты, продуцируемые одним штаммом, могут ингибироваться ионами кальция, алюминия, кобальта, железа, марганца, меди хрома, а для фермента продуцируемого другим штаммом эти химические элементы, наоборот, могут быть активаторами. Продукты окисления жиров инактивируют протеазу. Ионы кальция активируют липазу и амилазу, в тоже время снижают активность других ферментов в частности протеаз и ксиланазы, продуцируемой Aspergillus niger и т.д.

В состав премиксов важно вводить ферменты либо с низкой окисляющейся проверенной способностью, либо сократить срок хранения премикса, который в своем составе имеет ферментную композицию с высокой активностью.

Сочетание двух негативных факторов культуры производства и низкой стабильностью и сохранностью ферментов в конечном продукте может оставить 50 % и менее активности ферментов в готовом корме, что и не даст ожидаемой эффективности в показателях продуктивности.

Рынок кормовых ферментов

Основную часть рынка кормовых ферментов занимают ферменты, расщепляющие некрахмальные полисахариды (НПС) (по большей части, ксиланазы и глюканазы), а также фитазы. Кормовые ферменты широко применяются в кормлении птиц, свиней, специализированные препараты существуют для крупного рогатого скота. Причем для каждого вида животных существуют свои комбинации ферментов и рекомендуемые дозировки, что обусловлено особенностями их пищеварения.

Основную часть рынка кормовых ферментов занимают препараты, расщепляющие полисахариды некрахмалистой природы (в устаревшей терминологии «сырую клетчатку»). Моногастричные животные (свиньи и птица), в силу особенностей пищеварения отличающиеся от жвачных, практически не могут разрушать межклеточные стенки зерновых компонентов содержащие в своем составе различные НПС, в связи с этим особую актуальность приобретают использование комплексных ферментных добавок в рационах этих видов животных.

Некрахмаристые полисахариды (НПС), в большом количестве присутствующие во многих кормах, травмируют слизистые кишечника, могут увеличивать вязкость кормовой массы в кишечнике, затрудняя тем самым процессы всасывания питательных веществ. Большое количество сырой клетчатки в корме сроки прохождения пищи в пищеварительном тракте, препятствуя ферментативным процессам, эвакуируя из кишечника полезную микрофлору. Продукты расщепления НПС и фитатов могут служить пребиотиком и стимулировать развитие и рост полезной микрофлоры. Применение ферментных препаратов снижает вязкость кормовых масс (химуса) в подвздошной кишке, что позволяет животным лучше переваривать жиры, аминокислоты и минеральные компоненты. К НПС относится широкий спектр трудногидролизуемых и ингибирующих веществ: пентозаны, пектиновые вещества, арабиноксиланы, β-глюканы, пектины, галактаны, маннаны. Их соотношение и содержание различно в зависимости от вида корма. Попадая в пищеварительный тракт моногастричных животных (свиней и птицы), НПС затрудняют переваривание и всасывание питательных веществ. В итоге образуется застой желеобразной кормовой массы, которая служит субстратом для развития условно-патогенной микрофлоры. В отдельных растительных продуктах переработки (например отрубях) содержание НПС может превышать 20%, а в злаковых их содержание колеблется от 5 до 13%. Арабиносиликаны в большом количестве находятся в пшенице, рапсе, ячмене, кукурузе (около 7%), β-глюканы — в ячмене и овсе (около 4%). Много пектинов содержится в подсолнечнике, рапсе, горохе и сое (около 6%), галактанов — в сое (4%), а также рапсе (3%). Большое количество НПС также содержит рожь.

Кормовой фермент ксиланаза гидролизирует ксиланы и арабиноксиланы в олигосахариды они являются, в конечном счете, пребиотиком, а также в некоторые моно-, ди- и трисахариды. Препараты на ее основе этого энзима культивируются бактериальными (B. subtillis) и грибковыми продуцентами (Trichoderma). Активность бактериальной и грибковой ксиланазы различается. Грибковые ксиланазы применяются в составе комплексных ферментных препаратов, обеспечивая их синергетический эффект. В результате применения препаратов на основе ксиланазы повышается скорость прохождения пищи в кишечнике, снижается вязкость химуса.

Целлюлазы и другие β-глюканазы «разрыхляют» клетчатку, расщепляют β-глюканы, способствуют сорбции ей токсинов и увеличивают переваримость целлюлозы, стимулируют рост собственной полезной микрофлоры в кишечнике.

Маннаназа — фермент разрушающий полисахариды маннаны, являющиеся компонентами клеточных стенок, в первую очередь, пальмового шрота и в значительно меньшей степени в сои.

Пектиназа ― фермент, гидролизующий группы пектинов путем деполимеризации и деэтерификации. Эффективны при введении в рационы, содержащие шрота и жмыхи, главным образом подсолнечника. Для полного расщепления пектиновых веществ одной пектиназы недостаточно, для этого необходимо воздействие еще и других энзимов (целлюлазы и ксиланазы).

Рынок препаратов на основе фитазы — второй по величине рынок кормовых ферментов.

Фитаза ― фермент, расщепляющий соли фитиновой кислоты (источника растительного фосфора, недоступного моногастричным животным в отличие от жвачных животных). Фитаты являются также антипитательными веществами, образующими комплексы с аминокислотами и некоторыми минералами (фосфором, кальцием, магнием, цинком, медью, железом и др.), а также крахмалом и жирными кислотами. Ферменты, расщепляющие фитаты, в незначительном количестве присутствуют в растительных кормах, в малом количестве синтезируются микрофлорой в кишечнике и организме моногастричных. В растительных кормах в 55–85% фосфора содержится в форме фитатов, поэтому жвачные животные приспособились вырабатывать собственный энзим благодаря микроорганизмам рубца.

Применение препаратов фитазы высвобождает связанный фитатами фосфор и снижает содержание неусвоенного фосфора в помете, в итоге снижается общее загрязнение окружающей среды (в том числе почвы и воды), при этом в окружающую среду выделяется меньше азота (на 15% ниже у свиней и на 20% — у птицы). Поэтому добавление в рацион энзима фитазы законодательно закреплено в такой стране с развитым животноводством как Голландия. Кстати, Голландия стала первой страной в мире, где стали налагать штрафы, призванные ограничить количество фосфора, поступающего во внешнюю среду. Голландские производители столкнулись с оплатой налога «на фосфор», поэтому были вынуждены срочно принять ряд мер, в том числе оптимизировать рационы животных. При применении фитазы необходимо уделять внимание минеральному питанию животных (в результате действия препарата высвобождается до 50% связанного фосфора), а также некоторым другим аспектам (обменной энергии и др.).

Пионером коммерческой фитазы в кормление моногастричных животных был кормовой фермент Натуфос, который впервые был представлен в России в начале 2000-х гг.

В России активное внедрение фитазы началось в начале 2000-х гг. На протяжении долгого времени кормовые препараты были представлены 3-фитазой грибкового и 6-фитазой бактериального происхождения. Затем появились генно-инженерные препараты на основе 6-фитазы. Среди них Хостазим Р / ОптиФос (Huvepharma), созданный на основе запатентованного штамма дрожжей Pichia pastoris, вырабатывающего 6-фитазу. Также необходимо отметить Ронозим HiPhos (DSM), который представляет собой 4 поколение фитаз, (6-фитаза). Среди препаратов фитазы есть комплексные препараты. Кормовой фермент ТехноЗим PMD от Biochem содержит не только фитазу, но и ксиланазу. Аналогичные продукты есть у Huvepharma — Хостазим КомбиФос, у BASF — Натуфос комби G, у Adisseo — Ровабио макс и другие препараты. С использованием технологий генной инженерии производится бактериальная термостабильная фитаза Файзим ХР от DuPont (Danisco). Однако ферментные технологии движутся вперед. В 2015 г. представлена новая разработка концерна DuPont (Danisco) Акстра™ PHY (Buttiauxella spp). В 2016 г. в России концерном BASF был выпущен препарат нового поколения — так первая в мире гибридная 6-фитаза бактериального происхождения Натуфос E, полученная генно-инженерным методом. Препараты на основе 6-фитазы обладают расширенным диапазоном pH, в котором они максимально активны. Этот показатель особенно важен для кормления птицы, так как фермент начинает работать уже в зобе. Также 6-фитаза отличается особой устойчивостью к разрушающему действию пепсина в желудке животных. Фитазу под собственным брендом впервые в России зарегистрировала компания «Мисма». Руководителями российской компании «Мисма» и компании с мировым именем «Strowin», было достигнуто соглашение об эксклюзивном производстве ферментов для российского рынка в Китае, отличающихся высоким качеством и конкурентоспособной ценой: термостабильной фитазы Мисма Фит и жидкой фитазы Мисма Фит Ликвид.

Протеазы представляют собой ферменты, гидролизирующие белки до аминокислот. Их применение позволяет повысить показатели переваримого протенина до 4%. Цыплята и поросята раннего возраста нуждаются в высоком содержании в рационе протеина, при этом секреция их собственных протеаз поджелудочной железой является неполноценной, что существенно снижает уровень гидролиза протеина и усвоения аминокислот. Поэтому эти кормовые ферменты наиболее эффективны именно в период раннего развития птицы (особенно до 22-дневного возраста), а также для поросят в период кормления престартером.

Протеазы входят также в состав комплексных и мультиферментных препаратов энзимов. Внесение протеаз позволяет улучшить усвоение кукурузного и пшеничного глютена. Некоторые препараты способны воздействовать не только на растительный, но и животный белок, что позволяет снизить дозу синтетических аминокислот (например термостабильный препарат Ронозим ПроАкт СТ и Сибенза ДП100).

Амилазы― ферменты гидролизирующие растительный крахмал и гликоген. Эндоферменты α-амилазы, действуют на крахмал, быстро снижая его вязкость и вызывая распад на олигосахариды. Данный фермент может также применяется в кормлении жвачных животных, хотя его эффективность у крупного рогатого скота может значительно варьировать. В присутствии амилазы рубцовая микрофлора получает дополнительную энергию для расщепления целлюлозы, что увеличивает усвояемость клетчатки в рубце, обеспечивая дополнительной энергией. Амилаза входит в состав комплексных препаратов для свиней и птиц, а также высокопродуктивных коров. Амилаза необходима для птиц и поросят до 60 дневного возраста, так же данный фермент создает эффект экструзии зерна увеличивая энергию корма.

Глюкоаэрогидрогеназа — это фермент, который разрушая гексозу образует глюконовую кислоту и перекись водорода. Н2О2 и глюконовая кислота губительно действуют на болезнетворные бактерии и грибы желудочно-кишечного тракта, а также стимулируют рост лактобактерий, таким образом стимулируя образования ЛЖК, которые на 70% являются энергетическим сырьем для клеток эпителия.

Некоторые виды кормовых ферментов

Фермент Действие Компонент рациона Вид животных
Ферменты, увеличивающие доступность фосфора из труднорастворимых солей
Фитаза Расщепляет фитатный фосфор и фитаты, увеличивает доступность фосфора, кальция, энергии и аминокислот Рожь Пшеница Пшеничные отруби Ячмень Подсолнечниковый шрот Овес Свиньи Птица
Ферменты, гидролизирующие некрахмалистые полисахариды, высвобождающие энергию
Эндо-β-1,3 ксиланаза (глюконаза) Расщепляет растворимые и нерастворимые арабиноксиланы в клетчатке, высвобождает инкапсулированные питательные вещества Кукуруза и продукты переработки. Пшеница, рожь, овес, ячмень Жмыхи и шроты Птица Свиньи
Эндо-β-1,4 глюканаза (целлюлаза) Расщепляет антипитательные β-глюканы в клетчатке зерновых и другого сырья; высвобождает инкапсулированные питательные вещества Ячмень Пшеница Кукуруза Рожь Тритикале Птица Свиньи
Пектиназа (карбогидраза) Разрушает растворимые и нерастворимые пектины Соя, рапс, ячмень, пшеница, рожь и растительные продукты переработки. Жмых и шрот подсолнечника Птицы Свиньи
Ферменты, разрушающие некрахмалистые полисахариды (НПС), блокирующие FIIR (врожденную иммунную реакцию, требующую дополнительных затрат энергии)
β-маннаназа (карбогидраза) Расщепляет β-маннаны, которые иммунная система ошибочно принимает за патогены. Препятствует запуск FIIR, уменьшая расход глюкозы и азота, уменьшает вязкость корма в кишечнике, чем улучшает всасывание Пальмовый шрот Соевая мука и шрот Бройлеры Индейки
Ферменты, расщепляющие крахмал
α-амилаза Обеспечивает расщепление крахмала, служит дополнительным источником энергии в составе комплексных препаратов Кукуруза Пшеница Ячмень Зерно нового урожая
Ферменты, расщепляющие белки
Протеаза (протеиназа) Разрушает протеиновые связи, увеличивая доступность аминокислот и крахмала. Снижает содержание ингибиторов трипсина и лектинов в растительном белке Бобовые культуры и продукты их переработки

(в том числе соя). Пшеница, ячмень, рис

Птица Свиньи
Ферменты, оксидогидрогеназы — разрушающие олигосахариды
Глюкоаэрогидрогеназа Разрушает олигосахариды, профилактирует у моногастричных животных и птицы гастроэнтериты Злаковые и бобовые культуры Птица Свиньи

В практике животноводства и птицеводства большое значение приобрели комплексные и мультиферментные комплексы, обладающими универсальными свойствами. Эти препараты эффективны в кормах, содержащих сразу несколько источников зерна (пшеница, кукуруза, ячмень), а также соевый и подсолнечниковый шрот.

Исследованиями ученых установлено, что использование только одного фермента в процессах кормопроизводства не обеспечивает устранения негативных факторов в используемых зерновых компонентах из-за отсутствия или неоптимального соотношения в них активных ферментных систем, участвующих в биологическом процессе деградации природных полимеров. В сложившейся ситуции целесообразно использовать мультиферментные препараты, способные решить эту проблему. Мультиферментные препараты содержат от 3 до 20 различных ферментов.

Первые кормовые ферменты для животных были предназначены для добавления в корм свиней и домашней птицы. Новые кормовые ферменты разрабатываются и для других групп животных, а также для различных по своему составу сырьевых компонентов кормов. Продолжаются интенсивные исследования в области биохимии ферментов, выявления их оптимальных сочетаний в составе комплексных препаратов.

По данным Abercade, более 70% рынка ферментов занимают импортные препараты, многие из которых не имеют аналогов в мире. Ведущие зарубежные производители ферментов: DSM, BASF, Huvepharma, DuPont (Danisco), Kemin, Alltech, NOVUS INT., Biochem, Adisseo, Andres Pintaluba, CTCBIO INC. и др. Среди этих производителей есть те, которые располагают собственным ферментным синтезом и научными центрами, есть компании, которые создают препараты на основе готовых субстанций.

Ведущие отечественные производители ферментов: НПЦ «Агросистема», «Агрофермент», ПО «Сиббиофарм».

Источник:  «Ценовик» Май 2017

рекомбинантный штамм мицелиального гриба aspergillus awamori - продуцент комплекса ферментов глюкоамилазы и ксиланазы

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано в микробиологической и пищевой промышленности для получения комплексных препаратов глюкоамилазы и ксиланазы с целью дальнейшего их применения для гидролиза крахмалосодержащего сырья в различных отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности (спиртовой, хлебопекарной, пивоваренной, кондитерской промышленности, при производстве диетического питания, пищевых добавок, кормов для животных).

Изобретение касается создания высокоактивного рекомбинантного штамма гриба Aspergillus awamori - продуцента комплекса ферментов: основных - глюкоамилазы, ксиланазы, и сопутствующих - -амилазы, КМЦ-азы, -глюканазы, ксилоглюканазы, полигалактоуроназы, -L арабинофуранозидазы, -глюкозидазы, -галактозидазы, сахаразы).

Штамм создан на основе промышленного продуцента, мутантного штамма - Aspergillus awamori M-2002 (ВКМ F-3771D) - с использованием методов генной инженерии [1].

Изобретение обеспечивает получение высокоактивных комплексных ферментных препаратов глюкоамилазы и ксиланазы в результате глубинного культивирования нового рекомбинантного штамма на мучных ферментационных средах.

Глюкоамилаза - ( -1,4-глюкан-глюканогидролаза, 3.2.1.3.) - глюкозообразующая амилаза, экзофермент, атакует крахмал с нередуцирующего конца полисахаридной цепочки, последовательно отщепляя глюкозные остатки и полностью превращая крахмал в глюкозу.

Отличительной особенностью глюкоамилаз является широкая субстратная специфичность и способность гидролизовать как -1,4, так и -1,6 глюкозидные связи в полисахаридах и олигосахаридах, в том числе низкомолекулярных, таких как паноза и изомальтоза. Вследствие этого глюкоамилаза является основным ферментом при осахаривании крахмалосодержащего сырья, а штаммы микроорганизмов, продуцирующие активную глюкоамилазу, имеют широкие перспективы применения во многих отраслях биотехнологии [2].

Различные виды зерна кроме крахмала содержат некрахмальные полисахариды (НПС) - ксиланы, -глюканы, целлюлозу. Наличие НПС приводит к набуханию зерна и увеличению вязкости водно-мучных суспензий, что уменьшает эффективность действия амилолитических ферментов, поэтому целесообразно осуществлять одновременное применение амилаз и ферментов, способных гидролизовать НПС, т.е. обладающих целлюлазной, -глюканазной или ксиланазной активностью.

Так в связи с высоким содержанием ксилана в зерне пшеницы, ржи и кукурузы при получении спирта из данного сырья применяют препараты ксиланазы [3].

Ксиланазы (эндо-1,4- -ксиланазы, 3.2.1.8) - это О-гликозидгидролазы, катализирующие гидролиз 1,4- -ксилозидной связи в ксиланах по эндодеполимеразному механизму.

Ксиланазы обладают широкой вариабельностью таких характеристик, как физико-химические свойства, структура и субстратная специфичность, в зависимости от источника.

рН-оптимум действия большинства грибных ксиланаз лежит в диапазоне значений от 3,5 до 7 ед. Температурный оптимум ксиланаз из грибов обычно находится в интервале температур 50-600°С [4].

В спиртовом производстве глюкоамилазу и ферменты целлюлитического комплекса применяют в виде индивидуальных ферментных препаратов, что существенно удорожает и усложняет процесс водно-тепловой обработки сырья. Поэтому актуальным является создание штамма - продуцента глюкоамилазы и ксиланазы, что позволит получать мультиферментные препараты, обеспечивающие более полный гидролиз углеводных компонентов зерна на стадии осахаривания.

В мировой практике одними из основных продуцентов глюкоамилазы являются штаммы грибов рода Aspergilllus - Asp. niger, Asp. oryzae, Asp. usamii, Asp. awamori, Asp. batatae.

Наиболее известны штаммы Asp. awamori 466 [5], Asp. awamori ВУД T-2 F-203 [6], Asp. awamori ВНИИгенетика 120/М77 ЦМПМ F-166 [7], Asp.awamori N 400 (ВКМ F-3689 D) [8].

Недостатком вышеуказанных штаммов является низкая продуктивность по глюкоамилазе и отсутствие ксиланазной активности, сложность процессов (стадий) ведения и подготовки посевного материала, использование многокомпонентных дорогостоящих питательных сред для производственных ферментации и, как следствие этого, - низкая рентабельность технологии производства ферментных препаратов.

Источниками ксиланаз могут являться грибы, дрожжи, бактерии, растения. Однако основными продуцентами для промышленного производства ксиланаз являются мицелиальные грибы рода Aspergillus, Penicillum и Trichoderma [9].

Известны штаммы, в том числе мультикопийные, - высокоактивные продуценты ксиланазы (Penicillium canescens [10], Aspergillus niger [11], Tr.reesei [12], Thermoascus auranticus [13], H.insolens [14]). Но данные штаммы не способны продуцировать глюкоамилазу, что исключает применение полученных на их основе ферментных препаратов в качестве основных на стадии осахаривания замеса при производстве спирта.

Известен штамм Aspergillus niger ATCC 76061, при культивировании которого поверхностным способом на пшеничных отрубях получают комплексный ферментный препарат, содержащий глюкоамилазу, ксиланазу и протеазу [15]. Однако поверхностный способ культивирования имеет ряд технологических особенностей, затрудняющих его применение в производственных масштабах и получение готового продукта в товарной форме.

Известен штамм Asp.awamori M-2002, ВКМ F-3771D [1] - высокоактивный продуцент глюкоамилазы, который при культивировании в глубинных условиях в течение 192 ч на питательной среде, содержащей в качестве источника углерода гидролизат муки злаковых культур или прогидролизованный экструдат кукурузной муки, синтезирует глюкоамилазу с активностью 800 и 1080 ед/мл соответственно. Уровень активности ксиланазы составляет 30-40 ед/мл. Данный штамм является наиболее близким к заявляемому объекту по совокупности существенных признаков и достигаемому результату, однако уровень ксиланазной активности штамма недостаточно высок для получения комплексного ферментного препарата, позволяющего осуществлять гидролиз ксилана при осахаривании зернового сырья.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - это получение высокоактивного штамма гриба Asp. awamori - продуцента комплекса ферментов, позволяющего при глубинном культивировании только одного штамма получать комплексный ферментный препарат с высоким уровнем активности глюкоамилазы и ксиланазы.

Технический результат, получаемый от создания и использования нового рекомбинантного штамма Aspergillus awamori Xyl T-15, содержащего ген ксиланазы Penicillum canescens, заключается в получении высокоактивных комплексных ферментных препаратов глюкоамилазы и ксиланазы для использования в различных отраслях АПК при культивировании продуцента на дешевых технологичных средах.

В настоящее время в мировой практике для повышения уровня биосинтеза целевых ферментов грибными продуцентами широко применяются технологии рекомбинантных ДНК. Увеличения экспрессии секретируемых ферментов достигают за счет получения штаммов с увеличенным числом копий генов целевых ферментов (т.н. мультикопийных штаммов) или направленного изменения в механизме регуляции синтеза этих ферментов [16].

Сущность объекта изобретения - высокоактивный рекомбинантный штамм Aspergillus awamori Xyl T-15 (ВКМ F-4278D) - продуцент глюкоамилазы и ксиланазы.

Задача решается созданием рекомбинантного штамма на основе мутантного штамма A.awamori M-2002 (ВКМ F-3771D) с использованием методов селекции, индуцированного мутагенеза и ДНК-технологий.

Создание рекомбинантного штамма на основе мутантного штамма A.awamori M-2002 (ВКМ F-3771D) проводили в несколько этапов. На первом этапе с использованием индуцированного мутагенеза был получен ауксотрофный реципиентный штамм A. awamori 6804-19 niaD-, дефектный по нитратредуктазе, для отбора трансформантов по способности расти на минимальной среде с нитратом натрия в качестве единственного источника азота. На втором этапе реципиентный штамм A.awamori 6804-19 niaD- котрансформировали плазмидой pPrGA-XylAPCA, содержащей гетерологичный ген ксиланазы из Penicillum canescens, находящийся под контролем гомологичного глюкоамилазного промотора и терминатора [17], с плазмидой pSTA10, несущей селективный маркер - ген нитратредуктазы. В результате последующей селекции был получен трансформант с уровнем активности ксиланазы 150-200% относительно исходного штамма, при незначительном снижении глюкоамилазной активности (на 20-30%) (табл.1).

Уровни активности целевых ферментов исходного и рекомбинантного штаммов приведены в табл.1.

Таким образом, предлагаемый штамм Aspergillus awamori Xyl T-15 при культивировании на питательной среде на основе пшеничной муки, традиционно применяемой в производстве ферментных препаратов, обеспечивает получение комплексного высокоактивного сбалансированного по составу ферментного препарата амилолитического и целлюлитического действия для применения в спиртовой промышленности на стадии осахаривания замеса, а также при производстве кормов для животных с однокамерным желудком и птиц.

Штамм Aspergillus awamori Xyl T-15 депонирован во Всероссийской коллекции микроорганизмов при Институте биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К.Скрябина РАН под № ВКМ F-4278D.

Культурально-морфологические признаки штамма Aspergillus awamori Xyl T-15

Макроскопические характеристики: колонии на агаре Чапека с дрожжевым экстрактом (CYA), 25°С, имеют диаметр 30-35 мм/7 сут, слабо радиально-бороздчатые, поверхность бархатистая, край тонкий (1-2 мм), конидиальная область темно-коричневая; эксудат отсутствует, обратная сторона тускло-желтая.

Колонии на агаре Чапека с дрожжевым экстрактом (CYA), 37°С, имеют диаметр 26-30 мм/7 сут, слабо радиально-борозчатые, поверхность шерстистая, край тонкий (1 мм), конидиальная область серовато-коричневая; эксудат отсутствует, обратная сторона тускло-желтая.

Колонии на агаре Чапека с дрожжевым экстрактом и 20% сахарозы (CY20S), 25°С, имеют диаметр колонии 26-28 мм/7 сут, гладкие, поверхность клочковато-шерстистая, край до 5 мм, конидиальная область темно-коричневая до черной; эксудат отсутствует, обратная сторона тускло-желтая.

Колонии на Мальц-агаре (МЕА), имеют диаметр 35-40 мм/7 сут, радиально-борозчатые, поверхность клочковато-шерстистая, край неровный, до 6 мм конидиальная область темно-серая; эксудат отсутствует, обратная сторона тускло-желтая.

Микроскопические характеристики: конидиальные головки шаровидные, затем рыхлорадиальные, распадающиеся на отдельные колонки, конидиеносцы слабо окрашенные в терминальной части, гладкостенные 250-1200×6-12 мкм, апикальные расширения шаровидные 20-45 мкм в диаметре, покрыто стеригмами по всей поверхности. Стеригмы преимущественно двухъярусные, метулы 6-16×3,5-7 мкм, фиалиды 5-8×2-4 мкм. Конидии шаровидные, 3,5-6 мкм, гладкие.

Физиолого-биохимические свойства штамма:

Культура штамма хорошо усваивает глюкозу, сахарозу, арабинозу, рафинозу, и слабо - мальтозу, лактозу, галактозу и рамнозу. Крахмал гидролизует до глюкозы.

Хорошо ассимилирует аммонийные соли неорганических кислот. Потребляет пептон, казеин, аминокислоты. Пептонизирует молоко.

Температурный оптимум роста 34-35°С, рН 4,5-6,0. Аэроб.

Данный вид мицелиального гриба не числится в качестве патогенного в «Положении о порядке учета, хранения, обращения, отпуска и пересылки культур бактерии, вирусов, риккетсий, грибов, простейших, микоплазм, бактериальных токсинов, ядов биологического происхождения».

Полученный рекомбинантный штамм отличается от исходного наличием в геноме гена ксиланазы Pen. canescens (XylA) под гомологичным глюкоамилазным промотором PrGA, что обеспечивает повышенную способность продуцента к биосинтезу ксиланазы при глубинном культивировании на жидких средах и стабильность при пересевах.

Штамм может храниться в лиофилизированном состоянии в течение нескольких лет или на косяках с агаризованной средой Чапека или Мальц-агаре при +4°С с обязательным пересевом не реже одного раза в 3 месяца. Для дополнительной стабилизации активного посевного материала рекомендуется вносить в агаризованные среды 1% мальтодекстрина, который оказывает индуцирующее действие на глюкоамилазный промотор и способствует увеличению продуктивности штамма.

Культивирование рекомбинантного штамма Asp.awamori Xyl T-15 осуществляют в аэробных условиях при температуре 35°С в течение 168 ч, рН среды 5,2-5,5. Для роста культуры и биосинтеза глюкоамилазы и ксиланазы источником углерода и азота могут служить крахмал, гидролизованный крахмал, мука злаковых культур (кукурузы, пшеницы, ячменя, ржи) или ее экструдат, аммонийный азот, кукурузный экстракт.

Штамм Aspergillus awamori Xyl T-15 при культивировании в течение 168 ч на среде, содержащей гидролизат пшеничной муки, обеспечивает активность глюкоамилазы в культуральной жидкости от 500 до 550 ед/мл [18], ксиланазы 80-100 ед/мл [19], при удлинении цикла роста до 216 ч активность глюкоамилазы возрастает до 700-750 ед/мл.

Для ферментативной обработки крахмалосодержащего сырья при производстве спирта ферментный препарат может быть использован в виде культуральной жидкости, или в виде ультраконцентрата, или в виде концентрированных препаратов, получаемых известными биохимическими методами, например осаждением этанолом из ультрафильтрата культуральной жидкости.

Глюкоамилаза активна в широком диапазоне рН - от 3,0 до 8,0, с оптимумом при рН 4,2-5,0; в диапазоне температуры от 30 до 75°С с оптимумом при 60-65°С.

Глюкоамилаза обладает высокой стабильностью в широком диапазоне рН, лишь при рН 2,0 и 8,0 наблюдается ее существенная инактивация. Фермент стабилен в течение 2-х часов при 45-55°С; инкубирование при температуре 60°С в течение 2-х часов приводит к снижению активности на 40%. Инкубирование при температуре 65°С в течение 1 часа снижает активность фермента штамма на 40-45%.

Ксиланаза активна в диапазоне рН 4,0-7,5 с максимумом при рН 5,5; в диапазоне температуры от 30 до 70°С с оптимумом при 55-60°С.

Фермент обладает наибольшей стабильностью при рН 5,0 в диапазоне температур 40-50°С.

Таблица 1
Биосинтез целевых ферментов (глюкоамилазы и ксиланазы исходным и рекомбинантным штаммом A.awamori на ферментационной среде на основе пшеничной муки
Штамм Активность целевых ферментов на 168 ч роста
ГлА, ед/млКсилА, ед/мл
1 Asp. awamori M-2002, ВКМ F-3771D (исходный штамм, прототип) 650-72034
2 Asp. awamori Xyl T-15 (рекомбинантный штамм) 500-550102

Возможность использования изобретения иллюстрируется примерами, которые не ограничивают объем и сущность притязаний, связанных с ними.

Пример 1. Посевной материал в виде споровой суспензии в количестве 0,1% к объему среды вносят в качалочные колбы объемом 750 мл, содержащие 100 мл среды состава, г/л: пшеничная мука, прогидролизованная препаратом -амилазы, - 240,0; водопроводная вода - остальное, рН среды 5,2-5,5.

Культивирование штамма осуществляют в аэробных условиях при температуре 35°С на качалке с 240 об/мин в течение 168 ч. Каждые 24 ч, начиная с 72 ч роста, отбирают пробы, в которых определяют активность глюкоамилазы и ксиланазы.

Максимальная глюкоамилазная активность в культуральной жидкости на 168 ч роста составляет 520 ед/мл, ксиланазная активность - 100 ед/мл, содержание растворимого белка в культуральной жидкости - 26-28 мг/мл.

Пример 2. Способ осуществляют по примеру 1, но с внесением в ферментационную среду 10 г/л мальтодекстрина.

Максимальная глюкоамилазная активность в культуральной жидкости на 168 ч роста составляет 550 ед/мл, ксиланазная активность - 115 ед/мл.

Пример 3. Из культуральной жидкости штамма, наработанной в соответствии с примером 1, осаждением ацетоном получают концентрированный комплексный ферментный препарат (табл.2).

Таблица 2
Характеристика образцов ацетоноосажденных ФП
№ ФПШтамм-продуцент Концентрация белка, мг/гГлС, ед/мл Ксиланаза, ед/мл
1 Asp.awamori M2002 (исходный штамм, прототип) 3539353 308
2 Asp.awamori Xyl Т-15 (рекомбинантный штамм) 3889241 808

Полученные ФП применяют на стадии осахаривания ржаного сусла. Разжижение и декстринизацию ржаного замеса при гидромодуле 1:4 проводят ФП термостабильной -амилазы из расчета 2 ед. АС/г крахмала в течение 2,5 часов при температуре 85°С.

Осахаривание проводят в течение 20 мин при 60°С, дозируя полученные образцы ФП по глюкоамилазе (6,0 ед.ГлС/г крахмала).

Полученное сусло сбраживают спиртовыми дрожжами Saccharomyces cerevisiae 985-T в течение 72 ч.

Применение ФП, полученного из культуральной жидкости штамма Asp.awamori Xyl T-15, на стадии осахаривания ржаного сусла обеспечивает повышение концентрации глюкозы и мальтозы в осахаренном сусле до 251 и 115 г/л соответственно и снижение вязкости до 47 мПа. При этом концентрация спирта в зрелой бражке составляет 9,1 об.%, выход спирта из 1 т усл. крахмала - 65 дал (табл.3).

Таблица 3
Показатели ржаного сусла и зрелой бражки при использовании ферментного препарата A.awamori на стадии осахаривания
№ ФП Штамм-продуцент Показатели осахаренного сусла Концентр. спирта в зрелой бражке, об.% Выход спирта из 1 т усл. крахмала, дал.
Концентр. глюкозы, г/л Концентр. мальтозы, г/л Вязкость, мПа
1Asp.awamori М2002 (исходный штамм) 145,872,8 588,6 64,0
2 Asp.awamori Xyl T-15 (рекомбинантный штамм) 251,0115,0 47 9,165,0

Литература

1. Патент РФ № 2245364 от 27.01.2005.

2. Manjunath P., Shenoy В.С., Rao M.R.R. Fungal glucoamylases. // J. Appl. Biochem. 1983. V.5. P. 235-60.

3. Sustainable processing of agricultural products: Ethanol production for fuel. // Biozoom. 2007. Nummer 3.

4. Beg Q.K., Kapoor M., Mahajan L., Hoondal G.S. Microbial xylanases and their industrial applications: a review. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2001. V.56. P.326-338.

5. Авторское свидетелство СССР № 800185, C12D 13/10, 1981.

6. Авторское свидетельство СССР № 1259673, C12N 9/34, 1982.

7. Авторское свидетельство СССР № 1271068, C12N 9/34, 1979.

8. Патент РФ № 2196821 от 20.01.2003.

9. Kulkarni N., Shendye A. and Rao M. Molecular and biotechnological aspects of xylanases. // FEMS Microbiol. Rev. 1999. V.23. P.411-456.

10. Патент РФ № 2288267 от 27.11.2006.

11. US Patent 5358864. Van den Broek et al. Cloning and expression of xylanase genes from fungal origin. 1994.

12. US Patent 5298405. Nevalainen et al. Enzyme preparations with recombinantly-altered cellulose profiles and methods for their production. 1994.

13. US Patent 4966850. Yu et al. Production of thermostable xylanase and cellulase. 1990.

14. US Patent 5610048. Schulein et al. Xylanase, DNA sequences, coding for the xylanases and methods of use thereof. 1997.

15. US Patent 6667066. Labeille et al. Multi-enzyme product with glucoamylase, proteolytic and xylanase activities and method for producing same by solid state fermentation of wheat bran with Aspergillus niger. 2003.

16. Turner G. Strategies for cloning genes from filamentous fungi. // Applied Molecular Genetics of Fungi, Cambrige University Press. 1991. P.29-44.

17. Verdoes J.С., Punt P.J., Van den Hondel C. A.M. J.J. Molecular genetic strain improvement for the overproduction of fungal proteins by Filamentous fungi. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1995. V.43. P.195-205.

18. Препараты ферментные. ГОСТ 20264-4.89. - M.: Изд. Государственный комитет СССР по стандартам, 1995. С.70.

19. Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.А. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. - M.: МГУ, 1995. С.144.

Аналогичные патенты РФ:

1. Патент РФ № 2196821 от 20.01.2003.

2. Патент РФ № 2245364 от 27.01.2005.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Штамм гриба Aspergillus awamori BKM F-4278D - продуцент глюкоамилазы и ксиланазы.


Смотрите также




© 2012 - 2020 "Познавательный портал yznai-ka.ru!". Содержание, карта сайта.