Реальная эффективность кормовых ферментов. Что важнее заявленной активности?

Использование ферментных препаратов в рационах сельскохозяйственных животных, в особенности свиней и птицы, является обязательным приемом современной практики кормления, важным для достижения максимальной экономической эффективности производства. Необходимость их применения обусловлена тем, что в большинстве компонентов растительного происхождения присутствуют антипитательные вещества, в частности некрахмалистые полисахариды (НПС). Многие из них существенно повышают вязкость содержимого кишечника, ухудшая перевари- мость питательных веществ корма, снижая их всасывание и создавая благоприятную среду для развития патогенной микрофлоры. Это связано с тем, что собственных ферментов, способных устранить действие данных факторов, у моногастричных животных нет.

Основу их рациона составляют зерновые культуры, которые содержат значительное количество НПС: арабиноксиланов, бета-глюканов, маннанов, целлюлозы. Для расщепления арабиноксиланов пшеницы, ржи, тритикале и продуктов их переработки применяют ксиланазу, один из самых значимых кормовых ферментов. Для расщепления β-глюканов ячменя и овса в состав коммерческих ферментных препаратов включают β-глюканазу.

Белковые компоненты растительного происхождения, в частности шроты и жмыхи, богаты клетчаткой, представленной преимущественно целлюлозой. Для ее разрушения используют целлюлазу. Кроме того, в бобовых культурах и ряде злаковых, например в кукурузе, содержатся β-маннаны, также повышающие вязкость химуса и ухудшающие переваримость корма. Предотвратить это негативное последствие призвана маннаназа. И наконец, для максимально эффективного усвоения протеина из рациона в него включают экзогенные протеазы.

Помимо НПС, значительным антипитательным эффектом обладают фитаты, являющиеся солями фитиновой кислоты. Они образуют комплексы с фосфором, кальцием и аминокислотами, которые практически не усваиваются моногастричными животными. Фитаты выступают и как сильные хелатирующие агенты, связывающие микроэлементы, что делает их недоступными для усвоения. Фермент фитаза не только улучшает переваримость фосфора и кальция, но и сокращает выбросы фосфора в окружающую среду, уменьшая экологическую нагрузку, которую создают животноводческие предприятия.

Особого внимания заслуживают мультиэнзимные композиции (МЭК), сочетающие в себе несколько ферментных активностей. Их применение позволяет комплексно решить проблему наличия в рационе разнообразных антипитательных факторов, особенно при широком наборе кормовых компонентов. В отличие от монопрепаратов, МЭК обеспечивают синергетический эффект, когда действие одного фермента усиливает эффективность другого, что в итоге приводит к более полному высвобождению и усвоению питательных веществ из трудноперевариваемых компонентов.

Тем не менее на практике эффективность кормовых ферментов не всегда подтверждается. Ферментный препарат, демонстрируя высокую активность in vitro (в концентрированном виде и идеальных условиях), in vivo может не оказать положительного влияния на продуктивность животных. Почему это происходит и каковы современные требования к качественным характеристикам ферментов?

Чтобы ферментный препарат проявил высокую экономическую эффективность в условиях реального производства, он должен обладать высокой исходной активностью, хорошей сохранностью при хранении, иметь оптимальный pH-профиль, отличную термостабильность при гранулировании корма. Сейчас все производители выпускают энзимы с высокой активностью. Например, на рынке есть коммерческая фитаза с активностью 100 000, 250 000 и даже 500 000 ед/г. Такая же картина наблюдается и в отношении НПС-ферментов. Благодаря возможности производить продукты со столь высокой удельной активностью, кажется логичной идея использовать высококонцентрированные препараты, чтобы экономить затраты на логистике. Действительно, такие продукты могут иметь в несколько раз меньшую стоимость рабочей дозировки в расчете на единицу готового корма по сравнению со стандартным продуктом, оптимизированным для использования в кормопроизводстве.

Широко известен тот факт, что для обеспечения оптимальной смешиваемости и распределения любого продукта в корме крайне важен его гранулометрический состав, то есть размер и количество частиц в рекомендованной дозировке, а также максимальная однородность распределения частиц по размеру. Кроме того, важна плотность продукта. Компоненты с плотностью, существенно отличающейся от средней плотности комбикорма, подвергаются значительной сегрегации (расслоению) как в процессе его производства, так и при транспортировании.

Как показал практический опыт, для равномерного распределения продукт должен иметь частицы со средним размером 120–150 мкм и дозировку не менее 100 г на тонну комбикорма. Но чтобы обеспечить достаточное количество частиц при небольшой суточной порции корма, например стартерного для цыплят-бройлеров, необходимо либо значительно уменьшить их размер, либо повысить дозировку продукта. Именно по этой причине сегодня распространена практика так называемого супердозинга ферментных препаратов в комбикормах для цыплят в возрасте до 10 дней. Если говорить о фитазе, то ее стандартная дозировка составляет в среднем 1000 FTU/кг корма, а в режиме супердозирования она достигает 2000–3000 FTU/кг.

Возвращаясь к вопросу о высококонцентрированных ферментных препаратах, мы обнаруживаем, что эффективные дозировки таких продуктов составляют всего 2–5 г на тонну комбикорма. Но такая дозировка очень мала и крайне нетехнологична для непосредственного ввода в комбикорм. Даже в случае предварительного смешивания с носителями (например, с соевым шротом или подготовленными отрубями) равномерность распределения будет тоже очень низкой. Важно отметить, что при, например, 10–20-кратном разбавлении носителя количество частиц активной субстанции (действующего вещества) не увеличивается.

Следует помнить, что активное вещество кормовых ферментов представляет собой белковую молекулу сложной структуры с несколькими активными центрами. Сорбционные центры отвечают за прикрепление молекулы фермента к расщепляемому субстрату, а каталитические — непосредственно за его расщепление. И чем выше активность фермента, тем меньшее количество его активных молекул содержится в продукте и тем легче инактивировать продукт в целом.

На рисунке 1, который приведен в результатах исследования [2], показан внешний вид нескольких коммерческих препаратов фитазы. Только два из восьми (2 и 6) являлись микрогранулированными продуктами хорошего качества, еще два (1 и 4) представляли собой микрогранулят, разбавленный наполнителем. Все остальные имели вид мелкодисперсного порошка, смешанного с носителем.

ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТЬ

В настоящее время практически все комбикорма, в которых используются ферменты, подвергаются гранулированию. В процессе этой обработки корм нагревается до температуры 75–85°С и выдерживается в течение нескольких минут. Как отмечалось ранее, такие режимы тепловой обработки могут привести к денатурации сложной белковой молекулы фермента, потере его трехмерной структурной целостности и последующей необратимой инактивации. Решить данную проблему может технология инкапсуляции ферментов, минимизирующая контакт его молекул с водой и тем самым обеспечивающая хорошую термостабильность в процессе предварительного кондиционирования.

Однако применение при дальнейшем гранулировании высоких температур и давления, а также срезающие усилия, возникающие при прохождении корма через отверстия матрицы пресс-гранулятора, могут нарушить целостность микрогранул фермента и привести к его денатурации. Помимо инкапсуляции, пристальное внимание сегодня уделяется повышению общей термостабильности ферментов посредством генетической модификации продуцента и скрининга наиболее подходящих штаммов. Этот подход позволяет производить ферменты, обладающие достаточной термостабильностью даже без инкапсуляции.

Ассортимент ферментных препаратов от компании «КормоРесурс»

На рисунках 2 и 3 представлены итоговые результаты, показывающие большие различия между разными видами фитазы: сохранность активности варьировалась от 5% в худшем случае до 75% в лучшем.

ОПТИМАЛЬНЫЙ pH-ПРОФИЛЬ

Активность ферментов в значительной степени зависит от уровня pH окружающей среды: одни ферменты проявляют наибольшую активность в кислой среде, другие — в щелочной (рис. 4). В связи с этим важно обеспечить максимум активности кормовых ферментов в физиологически обоснованном диапазоне. Например, фитаза должна иметь активность, которая требуется для расщепления субстрата в кислой среде желудка в течение очень ограниченного времени. Чтобы получить оптимальный уровень активности (с заданными характеристиками в необходимом диапазоне), в настоящее время применяют методы генной инженерии.

Очевидно, что выбор ферментного препарата — это не решение по принципу «чем выше активность, тем лучше». Ключевую роль играют форма, в которой выпускается препарат, гранулометрический состав частиц, термостабильность, устойчивость к компонентам корма и способность сохранять активность в условиях реального производства. Для решения комплексных задач при кормлении животных все большее значение приобретают мультиэнзимные композиции, одновременно воздействующие на различные антипитательные факторы и способствующие наиболее полному раскрытию питательного потенциала рациона.

Именно этим требованиям отвечает линейка ферментов, эксклюзивным представителем которой на российском рынке является компания «КормоРесурс» (производитель — Wuhan Sunhy Biology Co. Ltd, Китай). Все представленные продукты проходят многоступенчатый контроль для гарантии стабильности и эффективности в условиях реального производства.