Важные причины для применения смеси ферментов ПОЛИЗИМ

Затраты на корма во всем мире составляют 60-70 % от общей себестоимости производства мяса птицы и яйца. Большинство компонентов комбикормов, которые улучшают питательность кормов имеют высокую стоимость. Однако существуют способы при которых возможно правильно подойти к вопросу выбора ингредиентов и получить высокую экономическую и зоотехническую эффективность их использования, тем самым повысить конкурентоспособность на рынке.

Кормовые ферменты в значительной степени направлены на оптимизацию экономических затрат (через повышение эффективности использования корма), при этом продуктивность животных остается неизменной. Сегодня необходимость применения фитазы в рационе кормления моногастричных животных не вызывает сомнения, так же карбогидразы постоянно используются специалистами по кормлению, протеазы, как и фитазы 15-20 лет назад только начинают набирать популярность, но уже хорошо себя зарекомендовали.

Некрахмалистые полисахариды (НПС)

НПС - это сложные углеводы, которые содержатся в клеточных стенках растений и могут быть растворимые и нерастворимые. Зерновые, такие как пшеница, ячмень и рожь часто ассоциируется с растворимым НПС (Bedford and Schulze 1998), которые способствуют образованию помета с высокой вязкостью и мокрой подстилки.

НПС кукурузы, например имеет низкую растворимость из-за высокого уровня фенольных кросс-линий (Bach Knudsen, 2013). Нерастворимые НПС в кукурузе и другие ингредиенты, такие как инкапсулированный протеин, крахмалы и жиры препятствуют усвоению питательных веществ (Woyengo и Nychoti 2011). Кроме того, нерастворимые НПС изменяют процесс пищеварения, ускоряя процесс прохождения кормов по ЖКТ (Choct 2006,).

Кишечные эндоферменты не расщепляют НПС, физическое измельчение кормов, гранулирование, кондиционирование только частично разрушает клеточные стенки, поэтому доступность компонентов остается неполным. Молодняк птицы особенно подвержен негативным аспектам НПС (Boros et al., 1998).

Только около 65-75% энергии высвобождается из соево-кукурузных рационов птиц. Это потому, что примерно 85% от общего объема энергии в кукурузе и 50-60% того, что содержится в соевом шроте, восстанавливается (рис. 1; NRC, 1994). Это приводит к большим экономическим потерям, которые можно отнести к наличию НПС.



Например, соево-кукурузные и пшенично-соевые рационы содержат 10-15% НПС, тем не менее, рационы содержащие кукурузу имею больше негативных сторон, чем рационы с пшеницей

НПС в ингредиентах кормов

В международной классификации существуют три НПС, которые наиболее часто встречаются: целлюлозы, гемицеллюлозы (пентозы) и пектины. НПС переплетаются в матрицах гемицеллюлоз, пектинов, белков и гликопротеинов которые связаны ковалентно и нековалентно с разными частями. Эта структура имеет низкую пористость, химически и физически обладает широким спектром различных НПС, это и представляет собой значительную проблему для расщепления ферментами, синтезируемыми организмом. Bach-Knudsen (2013), например, отметил, что необходимы 7 разных карбогидраз, чтобы полностью расщепить арабиноксиланы в пшенице. Однако наиболее важным является высвобождение внутриклеточных компонентов, для чего достаточно частичное разрушение клеточной стенки.

Хотя в состав клеточной стенки широко варьируется в зависимости от генотипа, географического расположение и климатических условий возделывания культур (Choct, 1997), НПС могут быть классифицированы в зависимости от сорта растений. Арабиноксиланы, пентозы и β-глюканы преобладают в зерновых культурах, а пектины и олигосахариды находятся в основном в бобовых культурах (Таблица 1). Обе группы ингредиентов содержат целлюлозы, самым распространненым во всем мире компонентом. В сухом остатке, почти 90% клеточной стенки могут состоять из НПС.





НПС ингредиенты

Зерно может быть разделено на несколько категорий, в зависимости от категории НПС. Четкое понимание содержания НПС и состав ингредиентов позволяет разработать эффективную программу с использованием различных ферментных препаратов. В таблице 2 приведено содержание НПС в некоторых из наиболее распространенных ингредиентов.

Сокращение НПС

Снижение количества НПС путем ферментативного расщепления заметно влияет на физико-химические свойства кормов, это формирует процесс высвобождения и усвоения питательных веществ из кормов. Как правило, для этого необходимы знания происходящих процессов, а именно то, что, например арабиноксилан состоит из магистральной ксилозы с компонентами арабинозы или, что ацетил, кумарил и феруловые группы могут прикрепляться и соединяться, чтобы сформировать кластер, который ограничивает доступ ксиланазы к ксилану (Appeldoorn соавт., 2010).

Арабиноксилан кукурузы имеет разветвленную структуру, которая ограничивает эффективность применения ксиланазы (Agger and Meyer, 2012). Арабиноксиланы пшеницы менее разветвлены, и, поэтому показывают высокую эффективность ксиланазы в пшеничных рационах. Ветвление 1,4-β-арабиногалактана в соевом шроте также ограничивает доступ к питательных веществам (Vahjen et al., 2005; Pettersson and Pontoppidan, 2013).



Кукуруза, кукурузный глютен. Арабиноксиланы в кукурузе составляют 4%, это довольно таки большое содержание в отличии от других видов зерна.(Ward et al., 2008a). Количество целлюлозы около 2-4%. Арабиноксилан и целлюлоза составляют 90% от всего уровня НПС, плюс около 10% пектина. (Remus, 2009). В образцах кукурузного глютена общее содержание НПС составляет 23,1% (Ward et al., 2008b), арабиноксиланов около 11.7%, целлюлозы 7.9%. По некоторым данным, количество целлюлозы в кукурузном глютене колеблется в районе 9 -12% (Univ. MN Corn DDGS, 2013). Эти значения почти в 3 раза больше чем в кукурузе зерновой. Но так же как и в кукурузе в кукурузном глютене количеств целлюлозы и арабиноксиланов составляет около 85% от общего количества НПС.

Пшеница содержит большое количество L-арабинозы и ксиналов (арабиноксиланов). Ксилан является вторым по распространенности полисахаридом. Растворимые арабиноксиланы являются основной проблемой НПС в кормах, хотя давольно широко варьируются в зависимости от сорта растений и агротехнии(Scott соавт., 1998). Smeets соавт. (2013) доказывает высокую корреляцию между гидролизом ксиланазы и арабинозы/ксилозы в 9 различных образцах пшеницы – где повышение уровня арабинозы снижает уровень усвоения питательных веществ при опыте in vitro.

Продукты переработки хлебопечения сильно отличаются друг от друга по количеству НПС в зависимости от метода обработки зерна, фракции. Зачастую это продукты переработки пшеницы, поэтому в структуре НПС превалируют арабиноксиланы.

Соевый шрот на 18-21% состоит из НПС, в котором 2,5-3% растворимые олигосахариды и пектиновые полисахариды (Bach-Knudsen, 2013). Олигосахариды в основном представлены α- галактозидами (раффиноза и стахиоза) составляют около 6% от сухого вещества соевого шрота и могут быть причиной увеличения влажности. Обменная энергия за счет расщепления НПС олигосахаридов может быть увеличена на 15% (Coon et al., 1990). В 36 образцах соевого шрота было определено 1,6%, а в очищенном соевом жмыхе около 1,3% β-маннан (Hsiao et al., 2006).

Рапсовый шрот содержит высокую концентрацию таких НПС как пектин, целлюлоза, олигосахариды. В исследованиях Menga и Slominski (2005) изучили, что увеличение дозировок НПС ферментов увеличивает усвояемость корма на 37% и это является инструментом для высвобождения питательных веществ (Slominski and Campbell, 1990).

Крахмалы

На расщепление крахмала большое влияние оказывает структура зерна, сорт, а также количество тепла и влаги, которым было оно обеспечено в процессе культивации (Stevnebo соавт., 2006). Оболочка гранул крахмала состоит из протеинового комплекса или НПС клеточных стенок, что образует своего рода препятствие для расщепления амилолитическими ферментами. Таким образом прослеживается обратная зависимость между НПС и усвоением крахмала (Bach-Knudsen, 2013).

Кроме того, птицы склонны к “перезагрузке крахмала”, что влияет на кинетику потребления кормов (Svihus, 2011). Увеличение потребления кормов может снизить переваримость крахмала (Correa соавт., 2002). Искусственная сушка компонентов комбикормов способствует повышению устойчивости крахмала к воздействию амилазы.

Ферменты, что мы о них знаем?

Ферменты расщепляющие НПС являются достаточно сложными структурами, включающие в себя различные химические связи (углеводы и компоненты смесей полимеров). Наряду с белком, строительным материалом клеточной стенки являются пентозаны, арабинозы и ксилозы, у гексоз глюкозы, галактозы и маннозы, а также деоксигексозы, рамнозы и фукозы, уроновые кислоты глюкуроновой и галактуроновой кислот (Choct 2009,). Наиболее важными являются целлюлоза, арабиноксиланы, и смешанные полимеры. Пектины и лигнин, например, могут удерживать различные компоненты. На эти сложные комплексы требуется воздействие довольно таки широкого спектра различных ферментов, каждый из которых нацелен на свой собственный субстрат.

Ксиланаза имеет важное значение для практически всех зерновых (особенно кукурузы, глютена и пшеницы), поскольку арабиноксилан (субстрат для ксиланазы) является основным компонентом НПС в этих ингредиентах. Разрушение ксиланов способствует дальнейшему высвобождению других НПС и последующему их расщеплению, тогда как например разрушение целлюлозы или маннанов не улучшит доступность ксиланов (Butt соавт,. 2008).

Кроме того, полное разрушение арабиноксилана происходит при воздействии эндоферментов (эндоксиланаза и β-ксилозидаза), а также 4 дополнительных групп расщепляющих ферментов (α- арабинофуранозидаза, α-глюкоронидаза, ацетил-эстеразксиланаза и эстеразы ферруловой кислоты).

Целлюлаза является отдельным и важным компонентом, так как большинство зерна содержит клетчатку. Целлюлоза как правило защищена от воздействия ферментов другими волоконами и их удаление позволяет ферменту целлюлазы работать более эффективно (Sinner соавт., 1979). Различные типы целлюлазы могут существенно различаться по эффективности. Эффективное разщепление целлюлозы на более мелкие олигомеры часто происходят в присутствии эндоцеллюлаз, экзоцеллюлаз и β-глюкозидаз (Beauchemin и соавт., 2003).

Β-Глюканазы влияют на расщепление β-глюкан – 3-7% в ячмене и 3-5% в овсе. Структура β-глюканов состоит из β-(1,3) и β-(1,4) гликозидных связей линейных блоков D-глюкозы. Растворимость β-глюканов выше, чем у арабиноксиланов (38-69% в ячмене и 65-90% в овсе) по данным Koehler and Wieser (2013), это создает высокую вязкость в кишечнике, и, следовательно, повышается влажность подстилки, возникают проблемы.

Пектиназы, являются ключом к уменьшению количества пектиновых полисахаридов, присутствующих в соевом шроте и большинстве бобовых культур (Bach Knudsen, 2013). Пектиназы, это ферменты, гидролизующие группы пектинов путем деполимеризации и де-этерификации (Pedrolli и соавт., 2009). В отличие от глюканаз и ксиланаз, которые могут быть получены как индивидуальные ферменты, пектиназы синтезируются в сочетании с другими ферментами. Как правило, хорошие результаты от применения пектиназ получиют при использовании их в рационах бройлеров (Marsman соавт., 1997; Malathi and Devegowda, 2001; Kocher соавт., 2002; Vahjen соавт., 2005). Для полного расщепления пектиновых веществ одной пектиназы недостаточно, необходимо воздействие других ферментов на субстрат, для предварительной подготовки. Например, Tahir соавт. (2008) отметили, что пектиназа обладает более высокой эффективностью в присутствии целлюлазы и ксиланазы.

α-галактозидаза содержится в соевом шроте (около 5-6%) и немного меньше в других белках растительного происхождения. Успешное применение галактозидазы зависит от многих факторов (Pettersson и Pontoppidan, 2013). Slominski (1994) отметил, что фосфат кальция и карбонат кальция ингибирует действие фермента, но это распространяется не на все галактозидазы.

β-мананаза разрушает β-маннаны которые содержаться в соевом шроте. Он является неспецифическим, дополнительным ферментом, часто используется для разрушения боковых связей цепей сахаров, прикрепленных к маннану. Разрушение маннана можеть быть важным, поскольку он, как правило в структуре клеточной стенки обеспечивает поддержание целлостности целлюлозы, а как уже было сказано выше, это может снижать эффективнлость действия целлюлазы (Puls и Schuseil, 1993). β-маннаназа эффективна в соевых рационах бройлеров, кур-несушек, индеек (Jackson соавт., 2004; Kong соавт., 2011).

α -амилаза необходима для переваривания крахмала, и может быть очень эффективна в рационе для молодой птицы. Noy и Sklan (1995) изучили роль увеличения панкреатической α-амилазы от 4 до 21 дня в рационах бройлеров, так же как и Ritz и соавт. (1995) зафиксировали аналогичный рост индеек в течение первых 55 дней роста. Увеличение переваримости крахмала с помощью эндоамилазы считается наиболее выгодным для соево-кукурузных рационов. Результаты опыта на бройлерах до 42 дней с добавлением α-амилазы показали увеличение среднесуточного прироста на 9,4% и на 4.2% улучшение в конверсии корма до 7-го дня выращивания (Gracia и соавт., 2003).

Протеазы

В начале жизненного цикла птиц, секреция протеаз поджелудочной железой является неполноценной (Noy и Sklan, 1995), что существенно снижает уровень усвоения поступающих аминокислот в течение первых 14 дней жизни (Adedokum соавт., 2007; Batal и Parsons, 2002). Другие исследования показывают, что переваримость и усвоение аминокислот намного выше на 42 день в сравнении с 14-28 днями роста птицы (Huang и соавт., 2005). Протеазы наиболее эффективны в период раннего развития, особенно до 22 дня (Angel и соавт., 2011).

Исследовательский университет Небраски (Masa'deh соавт., 2011), доказывает, что, например кукурузный глютен ограничивает усвоение аминокислот. Проведенные опыты с 10% кукурузного глютена (Arce и соавт., 2010) в сочетании протеаза + ксиланаза показал увеличенную эффективность по сравнению с контрольными группами, где применялись отдельные ферменты, вероятно, из-за высокой концентрации арабиноксиланов в сочетании с белком, который был частично денатурирован.

В опытах на курах-несушках Университета Небраски, скармливали несколько карбогидраз при соево-кукурузном рационе. Ферменты значительно увеличили количество высвобождаемой обменной энергии на 2,3% (р<0,001; Рис. 2), но результат был намного лучше, где в структуре рациона содержалось 15% кукурузного глютена (+4.7%, при р<0,001). Добавление глютена в рацион увеличило количество ветвистых арабиноксиланов, и смесь ферментов легко разрушила эти соединения.





Ронозим МультиГрейн

Незрелость поджелудочной железы и кишечного тракта молодняка птиц формирует необходимость применения различных ферментов (Ward, 2014). Однако, есть основания полагать, что в процессе пищеварения участвуют и другие механизмы, которые еще не изучены. Например, короткие-цепи олигомера , образующие фермент, обеспечивают разрушение связей и являются непосредственным инструментом воздействия (Bedford и Cowieson 2012). Непосредственное использование ксиланаза-производных ксило-олигомеров позволяет улучшить конверсию корма (Courtin соавт., 2008).

В теории, низкомолекулярные олигомеры, ксиланазного происхождения, будут оказывать опосредованное влияние на постепенное изменение микрофлоры в нижних отделах кишечника, в связи с тем, что при микробной ферментации образуется питательно-полезная смесь короткоцепочечных жирных кислот, наряду с сопутствующим изменением рН в кишечнике.

Cowieson и O’Neill (2013) изучили присутствие интересных свидетельств о влиянии ферментных препаратов на температуру слепого отдела кишечника бройлеров. В пшеничные рационы для птиц до 49 дневного возраста добавляли ксиланазу либо с 1, либо с 28 дня. Повышение температуры в слепом отделе кишечника свидетельствовало о высокой микробиальной активности. Опыт показал, что применение ксиланазы с 1-го дня более эффективно, в отличие от применения ксиланазы с 28-го дня, это свидетельствует о том, что существует необходимость создания больше полезной микрофлоры в начале жизненного цикла птицы.

Инновационные многофункциональные смеси ферментов

В течение последнего десятилетия были проведены крупные исследования эффективности применения ферментных смесей. На основании полученных данным мы разработали программу смеси ферментов для применения в структуре комбикормов всех видов моногастричных животных и в соответствии с применяемыми компонентами. В состав предлагаемых смесей мы вносим в соответствии с рецептурами и пожеланиями специалистов хозяйств различные высокотехнологичные ферменты – карбогидразы, протеазы, амилаза, фитаза (Ward and de Beer, 2014). В сущности, эти продукты ориентированы на развитие желудочно - кишечного тракта и защиты его от изменения кормовой програмы в течение производственного цикла. Исследования, проводимые со смесью ферментов имеют высокую статистическую достоверность, в том числе и при снижении таких показателей, как обменная энергия, усвояемые аминокислоты, доступные P и Ca (табл.3).



1 Положительный контроль: стартер 3018 ккал/кг, гроуэр 3093 ккал/кг, финишер 3153 ккал/кг
2 Отрицательный контроль: снижение обменной энергии на 77 ккал/кг, 88 ккал/кг и 99 ккал/кг в стартере, гроуэре, финишере соответственно и снижение доступного P, Ca, и переваримых аминокислот в рационе до 0.600, 1.750 и 2.7650 кг в стартере, гроуэре, финишере соответственно.

Промышленное применение кормовых ферментов значительно расширилось в течение последних 15-20 лет, и будет продолжать развиваться. Доля НПС ферментов будет увеличиваться для решения сложных комплексных задач. Последние исследования подтвердили эффективность применения комплексных ферментов, в связи с тем, что большинство ферментов обладают синергетическим действием. Применение разных комбинаций НПС ферментов позволяет наиболее эффективно использовать кормовые ресурсы, оптимизировать затраты (в том числе работать с оптимальными дозировками ферментов) и снизить себестоимость кормов.

---