16.09.2019
Современное животноводство уже невозможно представить без использования специальных кормовых добавок, призванных повысить питательную ценность корма. Одним из таких инструментов являются ферментные препараты.
Ферменты – это специфические белки, выполняющие в живом организме роль биологических катализаторов.
Ферменты (от лат. fermentum – закваска), или энзимы (от греч еп – внутри, гуте – закваска) – биологические катализаторы белковой природы, синтезируемые живой клеткой и активирующие биохимические процессы.
Русский физиолог И.П. Павлов называл ферменты "возбудителями жизни".
В настоящее время известно около 3000 ферментов, более 200 из них получено в кристаллическом состоянии.
Ферментология (энзимология) – наука о ферментах и катализируемых ими реакциях.
Каждый вид ферментов катализирует превращение определенных веществ (субстратов), иногда — лишь единственного вещества в единственном направлении.
Ферменты называют по веществу, на которое фермент действует, и добавляют окончание аза. Так, фермент, расщепляющий сахарозу, называют сахаразой, фермент, расщепляющий мальтозу, — мальтазой, расщепляющий белки (протеины), — протеазой. Иногда их называют по тем реакциям, которые они катализируют. Так, ферменты, катализирующие реакции гидролиза, называют гидролизами, катализирующие реакции окисления — оксидазами, реакции восстановления — редуктазами и т. п.
Субстрат – соединение, превращение которого катализирует фермент в результате специфической фермент-субстратной реакции.
В глубокой древности люди хорошо знали способы приготовления хлеба, вина, пива, сыра, различных соусов и других продуктов, хотя они и не имели никакого представления о микроорганизмах и выделяемых ими ферментах, которые играют при этом главную роль.
Только в начале 19 века русским ученым академиком К.С. Киргофом впервые был получен жидкий ферментный препарат амилазы из проросшего ячменя и описаны все основные черты ферментационного процесса. Впоследствии многие ученые мира активно изучали свойства ферментов, кинетику их действия на субстрат, исследовали микроорганизмы, растения, животные ткани с целью обнаружения в них ферментов или проявления их действия.
За последние сорок лет изучено большое количество ферментов, выделенных из животных тканей и растений, а также полученных с помощью микроорганизмов. Создано специализированное производство ферментных препаратов, в основу которого положено культивирование микроорганизмов–продуцентов ферментов с применением современных эффективных методов выделения и очистки целевых ферментов от сопутствующих балластных веществ.
Согласно принятой в мире классификации и номенклатуре сейчас идентифицировано около 2000 ферментов. Промышленностью выпускается около 250 наименований ферментных препаратов.
Ферменты, в отличие от гормонов и биостимуляторов, действуют не на организм птицы, а на компоненты комбикорма в желудочно-кишечном тракте, они не накапливаются в органах и тканях, продуктах птицеводства и животноводства. Расщепляя или синтезируя вещества, сами ферменты могут не изменяться.
В настоящее время многие ферменты бактерий, дрожжей и микроскопических грибов получают в промышленных масштабах.
Сегодня рынок ферментных препаратов достаточно обширен, поэтому вопрос выбора перед потребителем стоит достаточно остро.
При этом много вопросов вызывает и качество препаратов. Существующие в данный момент национальные и международные стандарты не охватывают все производимые ферментные кормовые добавки. На территории России зарегистрировано не менее 80 наименований ферментных препаратов как отечественных производителей, так и производителей стран Западной Европы, Америки, Австралии, Китая, Кореи, Болгарии, Республики Беларусь и др.
В связи с большим количеством ферментных препаратов одного назначения, выпускаемых различными фирмами-производителями, возникло много принципиальных технических проблем, связанных с оценкой их активности и качества. Для потребителя проблемы, главным образом, заключаются в сложности сравнения многочисленных ферментных препаратов, предлагаемых на рынке.
Производители указывают специфическое действие ферментных препаратов, как правило, руководствуясь своими представлениями о единицах ферментативной активности и методах определения.
Основные виды ферментов, используемых в кормопроизводстве, и результаты их действия
| Фермент | Действие | Результаты действия |
| Амилаза | Расщепляет зерновой крахмал до декстринов и сахаров | Ввод в престартерные и стартерные комбикорма для поросят и телят позволяет увеличить норму ввода зерна в комбикорма |
| В-глюканаза | Расщепляет бета-глюканы до низкомолекулярных углеводов и глюкозы | При вводе в комбикорма для птицы и свиней повышается усвояемость обменной энергии и аминокислот корма. Улучшаются продуктивность и конверсия корма |
| Ксиланаза | Расщепляет арабиноксиланы до низкомолекулярных углеводов и глюкозы | При вводе в комбикорма для птицы и свиней повышается усвояемость обменной энергии и аминокислот корма. Улучшается продуктивность, конверсия корма и качество подстилки |
| Протеаза | Расщепляет протеины до пептидов и аминокислот | При использовании в составе заменителей цельного молока с соевым протеином улучшается переваримость протеина, снижается выделение азота |
| Фитаза | Улучшает доступность фосфора, кальция, аминокислот, а также микроэлементов из солей фитиновой кислоты (фитата) | При вводе в комбикорма для птицы и свиней уменьшается потребность как в неорганических, так и в органических источниках фосфора |
| Целлюлаза | Расщепляет целлюлозу до низкомолекулярных углеводов и глюкозы | При вводе в комбикорма для птиц и свиней с низкой питательностью и высоким содержанием клетчатки повышается усвояемость обменной энергии и аминокислот корма. Улучшаются продуктивность и конверсия корма |
Основными группами ферментов, на основе которых сегодня делают кормовые добавки, являются ферменты, расщепляющие НПС на основе целлюлоз и гемицеллюлоз: ксиланазы, бета-глюканазы и целлюлазы. При использовании рационов с высоким содержанием картофеля часто добавляют амилолитические ферменты, для кукурузно-соевых кормов – протеазы, для кормов с высоким содержанием вегетативной массы растений с целью повышения эффективности использования фосфора применяют фитазу.
Каждый фермент подходит к какому-то одному ингредиенту, как ключ к замку.
Липаза нужна для гидролиза жиров, а протеаза – для расщепления белков. А в пшенице содержатся ксиланы, они расщепляются ферментом ксиланазой. В ячмене есть и ксиланы, и β-глюканы: для их нейтрализации необходимы ксиланаза и β-глюканаза.
Как определяется качество ферментных препаратов? Какие методики используются?
Общим для определения активности всех видов ферментов является определение способности расщеплять специфичные субстраты: белки для протеаз; полисахариды для глюканаз и т.д. Далее исследуется количество получаемых продуктов реакций или изменений свойств исходных субстратов. В ряде случаев для испытания препаратов проводится их сравнение с действием стандартных образцов. При этом в предлагаемых спецификациями разных производителей методиках анализа субстраты могут различаться, а стандарты часто имеют заявляемые активности, получаемые по нестандартизированным методикам. В результате эти методические подходы не обеспечивают сопоставимости результатов. Кроме того, существуют объективные различия ферментных препаратов одного того же назначения, связанные с методом изготовления: с природой и свойствами продуцентов (грибов, бактерий) и, соответственно, с условиями проведения ферментативной реакции (рН, температура, продолжительность гидролиза). Кроме того, для изучения продуктов ферментативных реакций используются разные методы анализа: химические, спектрофотометрические, фотоколориметрические, рефрактометрические и другие, что отражается на результатах анализа, выражаемых в используемых единицах измерения.
В результате потребителю остается ориентироваться только на указанные параметры активности производителей, рекомендуемые в инструкциях по применению нормы ввода, которые предлагается принимать на веру и испытывать на поголовье.
Секреты применения кормовых ферментов
Дело в том, что у животных, и, в первую очередь, у моногастричных, практически нет собственных ферментов, способных переваривать НПС, из-за чего они плохо усваиваются организмом. Не менее важно и то, что НПС препятствуют доступу собственных ферментов животных и птиц к другим питательным веществам и их перевариванию.
Включение ферментных препаратов в рацион сельскохозяйственных животных и птиц позволяет значительно расширить кормовой ассортимент. Так, в рацион моногастричных животных становится возможным введение продуктов переработки зерна и мукомольных производств. При этом содержание продуктов переработки в рационе по отдельным культурам может значительно возрасти. Так, для отдельных групп животных и птицы доля подсолнечника в рационе может быть увеличена до 30%, гороха – до 15%, а пшеницы, ржи и ячменя – до 50%. За счет использования энзимов можно эффективно вводить в диету соевый, подсолнечниковой, хлопковый шроты, а также травяную муку, сорго. Применение в производстве ферментных кормовых препаратов, повышая перевариваемость питательных веществ, позволяет не просто получить дополнительную продукцию, но и прибыль.
Птицы и свиньи не вырабатывают фитазу. А без этого фермента, невозможно полное усвоение содержащихся в зерновых фосфора, кальция, аминокислот, микроэлементов, белков и крахмала. Поэтому специалисты советуют применять препараты с фитазой во всех рационах птиц и свиней. Они считают, что фитаза необходима птицам и свиньям всех возрастов. Добавление препаратов с фитазой (она расщепляет фитатный комплекс) в рационы свиней и птицы улучшает усвоение ими фосфора, кальция, микроэлементов, белков и аминокислот. К тому же за счет освобождаемых питательных веществ можно вводить в корма меньше масла, фосфатов, шрота, жмыха и мясокостной муки. Все эти изменения снижают расходы на комбикорм.
Птица особенно требовательна к ферментам, причем это не зависит от ее возраста и продуктивности. Чем выше продуктивность взрослой птицы, тем ниже ее иммунитет. В результате она болезненно реагирует на любое изменение микроклимата. А у птицы, в рационе которой есть ферменты, нет проблем с пищеварением и самочувствием, и это один из барьеров на пути возможных инфекций.
В подборе ферментной кормовой добавки следует принимать во внимание наличие антипитательных факторов в корме. В пищеварительном тракте моногастричных животных НПС образуют вязкий раствор, который обволакивает гранулы крахмала и протеинов. За счет этого помет животных и птиц становится жидким и клейким, что делает его прекрасной питательной средой для развития микроорганизмов, часто патогенных.
Например: использовали зерно нового урожая.
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. Таким образом, при использовании физиологически незрелого зерна возникает риск при составлении рациона. При меняющихся показателях питательности специалистам очень сложно правильно оценить реальную кормовую ценность «сырого» зерна. Учитывая, что зерно является преобладающим компонентом рациона, неправильная оценка питательности может привести к неоптимальному соотношению сырьевых компонентов в рационе и, следовательно, к дисбалансу энергии и питательных веществ, что не может не отразиться на зоотехнических и экономических показателях. 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. И в этом случае необходимо использовать специальные ферментные препараты для конкретных рационов и при необходимости увеличить их дозировку – это наиболее эффективный метод преодоления негативного воздействия свежего зерна на животных. Применение ферментов оправдано практически для любого рациона, как с точки зрения экономики, так и в целях улучшения питательной ценности корма.
На рынке представлен широкий спектр ферментных продуктов, при этом особого внимания заслуживают ксиланазные препараты, помогающие снизить воздействие негативных факторов свежего зерна. Они применяются для улучшения усвоения кормов при включении в рацион пшеницы (20–70%), ячменя (до 20%), ржи (до 25%), тритикале (до 30%).
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 ситуации целесообразно использовать мультиферментные препараты, способные решить эту проблему.
Мультиферментные препараты содержат от 3 до 20 различных ферментов.
Интересно, что мультиферментные препараты в зависимости от состава могут быть более эффективными для рациона птицы или свиней.
Например, мультиферментный препарат благодаря специализированному составу, сбалансированному по ферментным активностям именно для кур-несушек, позволяет его использовать для любых рационов, в том числе с высоким содержанием шротов и жмыхов.
Следует отметить, что препараты с преобладанием одного фермента имеют меньше преимуществ по сравнению с комплексными ферментными препаратами. Особенно это касается комбикорма, когда в его состав входят несколько видов зерна, шротов и других компонентов. Ho даже в комбикорме, содержащем один вид зерна, например, пшеницу, наряду с пентозанами (стоят на первом месте среди некрахмалистых полисахаридов - НПС) содержатся и другие некрахмалистые полисахариды, а также трудно переваримые фосфорорганические соединения - фитаты. Поэтому в комбикорм для свиней и птицы необходимо вводить комплексные ферментные препараты, содержащие несколько ферментов в равных количествах.
Сейчас на рынке представлены мультиэнзимные комплексы с разным сочетанием ферментов. Каждый препарат индивидуален по количеству, составу ферментов и превалирующей активности. Чаще всего комплексы содержат пять-семь ферментов, но бывает и больше.
Ссылаясь на практику, можно утверждать, что препараты увеличивают усвояемость обменной энергии ячменя и овса на 10%, пшеницы и ржи — на 6%, сырого протеина и аминокислот — на 15%. Есть мультиэнзимы для лучшего усвоения зерновых и белковых компонентов, содержащихся в кормах для птиц и свиней. Один из таких препаратов содержит эндоксиланазу, β-глюканазу и разработан для пшенично-ячменных рационов, а другой предназначен для кормов на основе пшеницы. Опыты показали, что использование «пшеничного» препарата приводит к росту массы бройлеров на 7,1%, снижению себестоимости роста его живой массы на 4,5%, а конверсии корма — на 6,2-8,7% по сравнению с рационом без фермента. При этом затраты на корма сокращаются на 4,6%, говорит она.
Ферменты позволяют увеличивать объем дешевых кормов и сокращать долю дорогих, при этом продуктивность поголовья сохраняется, а экономия на кормах составляет 2-3, а то и 5%, кроме того, благодаря ферментным препаратам можно включать в рационы отруби.
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.
Жвачным не обязательно
Как говорят эксперты, наши сельхозпроизводители почти не применяют ферменты в кормах для жвачных животных, рассуждая, что у них в рубце и так много микробов, вырабатывающих большое количество ферментов. Но последние многочисленные исследования российских и зарубежных ученых все же доказали эффективность применения ферментных препаратов для жвачных.
Для улучшения работы микрофлоры желудка КРС, учеными были разработаны препараты с содержанием микробиологических ферментов. Благодаря применению этих ферментов перевариваемость корма животными происходит эффективнее, имеющиеся в корме токсины нейтрализуются, снижается угнетение патогенной микрофлоры КРС. Все эти благоприятные воздействия позволяют получить больше продукции за один и тот же промежуток времени.
Ученые провели эксперимент над группой животных, которым в период сухостоя добавляли в рацион кормовую добавку с содержанием ферментов. Оценочным периодом были выбраны первые 3 месяца лактационного периода, в течение которого проводилась оценка молочной продуктивности коров. Благодаря полученным результатам теста было выявлено, что удой увеличился на 16-30%, а телята этих коров стали расти быстрее и лучше развиваться.
Применение ферментных препаратов, кроме положительного влияния на животных, имеет и экономическую целесообразность — улучшая здоровье КРС, вы получите больше молочной продукции за один и тот же период.
Перспективы на будущее
За последние 10 лет произошли серьезные изменения в использовании зерна. Если раньше за него конкурировали между собой производители продуктов питания и кормов, то сейчас к ним присоединились и производители биотоплива. Непрерывный рост населения требует увеличения производства пищи и энергии, что плотно связано с интенсификацией сельского хозяйства. При применении высокоактивных карбогидраз и фитаз в кормлении сельскохозяйственной птицы и свиней можно снизить затраты на энергию, протеины и фосфаты, а благодаря более эффективному пищеварению и усвоению питательных веществ корма уменьшить выделение питательных веществ, в основном фосфора и азота, в окружающую среду, решая таким образом важные сегодня экологические проблемы.
Во многих странах наблюдается устойчивая тенденция к сокращению в комбикормах доли дорогостоящего зерна за счет интенсивного применения вторичных продуктов перерабатывающей промышленности. В связи с этим актуальным становится поиск новых, высокоактивных ферментов, позволяющих снизить себестоимость мяса и яиц. Снижение использования зерна в кормлении животных позволит увеличить его использование в питании людей. Ферменты, расщепляющие НПС, одновременно позитивно влияют на развитие микрофлоры в кишечнике, снижая тем самым риск инфекционных и неинфекционных заболеваний сельскохозяйственных животных и птицы. Это важно при сокращении применения антибиотиков для стимулирования роста и ветеринарных препаратов для лечения в будущем.