Новые биотехнические возможности производства ферментов в России

Комбикорма №12 2019

Поводом для проведения семинара, который состоялся в конце октября 2019 г. в конференц-зале отеля Radisson Blu в аэропорту Шереметьево в Москве, послужило появление на рынке ферментов нового поколения, выпускаемых на недавно открывшемся биотехнологическом заводе ООО «Агрофермент». Семинар был организован при поддержке компании «КормоРесурс». В нем приняли участие представители комбикормовых, птицеводческих и свиноводческих предприятий, компаний-поставщиков сырья и кормовых добавок, ученые НИИ и другие.

«Производятся ли ферменты в России? Такой вопрос задают те, кто еще не был на нашем новом заводе», — так начал свою презентацию, посвященную истории развития этого предприятия, Александр Кержнер, заместитель генерального директора ООО «Агрофермент». Несмотря на то что на начальном этапе создания этого биотехнологического предприятия возникали всякого рода трудности, оно было обеспечено самым главным — штаммами-продуцентами ферментов, которые сохранились в научной базе еще с советских времен.

По словам докладчика, в то время многие ведущие американские и европейские компании, занимающиеся производством ферментов, использовали этот научный потенциал и, в частности, группы исследователей под руководством профессора А.П. Синицына. Поскольку штамм-продуцент — основа производства любых ферментов, то от его потенциальных возможностей зависит и качество продукции, и экономика предприятия. «И сегодня, исходя из нашего практического опыта, с учетом производственных показателей, можно констатировать: российская научная база этого направления находится на мировом уровне», — подчеркивает Кержнер.

Создание данного завода стимулировал и значительный рост объемов производства в птицеводстве и свиноводстве, которые являются основными потребителями кормовых ферментных препаратов. «Третий фактор — применение современных технологических решений, помогающих нам выживать в тяжелых конкурентных условиях: ведь более 50% рынка принадлежит ведущим мировым биотехнологическим компаниям, и конкурировать с ними очень сложно, — продолжает заместитель руководителя нового завода.

Место для производственной площадки было выбрано с учетом, с одной стороны, доступности для потребителей — в центральной части России, там, где больше всего сосредоточено свиноводческих и птицеводческих предприятий (на границе Тамбовской и Рязанской областей). С другой стороны, с учетом наименьшего воздействия окружающей среды на высокобиотехнологическое производство, каковым является завод ООО «Агрофермент», поскольку требования к чистоте производства у него очень высокие. Минимальным должно быть и влияние производства на окружающую среду.

Производство продукции на биотехнологическом предприятии начинается не так, как на обычном, а с лаборатории, являющейся не только аналитической лабораторией, но и частью технологического процесса. Здесь штамм-продуцент подготавливается к засеву и культивированию. Из лаборатории подготовленный посевной материал засевается в иннокуляторы, а затем пересевается в ферментеры. Весь цикл от начала запуска до выхода на последующие стадии технологического процесса занимает около двух недель.

После завершения цикла ферментации культуральная жидкость направляется на стадию фильтрации, где на пресс-фильтрах отделяется биомасса гриба продуцента, на микрофильтрах его остатки, а на ультрафильтрах происходит концентрирование фильтрата до необходимой активности фермента. Для перевода фермента в сухую микрогранулированную форму с заявленной активностью используется современная распылительная сушилка и узел формуляции. Упаковываются ферментные препараты обычно в многослойные бумажные мешки с полиэтиленовым вкладышем.

Предприятие максимально автоматизировано. Уменьшение влияния человека на производственный процесс особенно важно при применении биотехнологий. Для исключения контаминации на всех этапах используется система непрерывной проточной стерилизации и несколько систем СИП-мойки. Предприятие обеспечено собственным источником водоснабжения и системой глубокой очистки воды. С целью минимизации потерь готовой продукции с заявленной активностью на предприятии есть мощная система холодоснабжения.

На предприятии внедрен международный стандарт ГОСТ Р ИСО 22000, аналог европейского ХAССП. Потребители продукции периодически проводят технологический аудит на предприятии с целью подтверждения заявленных показателей и гарантий качества готовой продукции.

«Если мы сможем загрузить свои мощности по производству кормовых ферментных препаратов хотя бы на 80%, то закроем примерно 20% российского рынка, а вместе с Сиббиофармом — и до 50%», — отмечает Александр Кержнер.

Технологическая система производства в ООО «Агрофермент» позволяет культивировать различные микробиологические культуры — бактериальные, дрожжевые, грибные и перерабатывать продукты их жизнедеятельности в готовый продукт.

«Мы не можем стоять на одном месте: биотехнологии постоянно обновляются, появляются новые штаммы. Совместно с учеными мы создали опытный блок для синтеза ферментов. На этом блоке мы отрабатываем новые технологии, оптимизируем существующие и сокращаем сроки внедрения в производство новых штаммов-продуцентов»,— рассказывает Александр Кержнер.

На семинаре были представлены ферментные препараты нового поколения, выпускаемые ООО «Агрофермент»: Агроксил Плюс, Агроцелл Плюс и Агроксил Премиум. В 2019 г. они прошли государственную регистрацию и выведены на рынок. Слушателей интересовало, как изменилась их цена и эффективность по сравнению с предыдущим поколением. «Цена за 1 г Агроксил Плюс и Агроцелл Плюс практически не изменилась, хотя эффективность этих препаратов выше прежних. Что касается Агроксила Премиум, то первичные данные опытных испытаний показали, что этот препарат наиболее подходит для российского кормопроизводства — объединяет в себе преимущества Агроксила и Агроцелла. Он немного дороже, чем прежнее поколение, но гарантированно сработает независимо от качества основного компонента комбикорма — пшеницы, которое может сильно различаться по регионам», — поясняет заместитель гендиректора.

О том, на что направлено действие ферментных препаратов нового поколения, каким требованиям они отвечают, что входит в их состав, какая активность, в чем различие нового поколения ферментных препаратов от первого, как они влияют на птицу и свиней, рассказал Аркадий Синицын, доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией Биотехнологии ферментов ФИЦ Биотехнологии РАН. Ферментные препараты первого поколения Агроцелл и Агроксил, действие которых направлено на расщепление НПС в кормах, имеют одинаковый качественный состав ферментного комплекса. Он представлен тремя эндо-бета-глюканазами и двумя ксиланазами, а также целлобиогидролазами и минорными комплексами, не столь важными для кормового применения. Основное различие Агроцелла и Агроксила в содержании ксиланаз: в первом оно составляет 4% от общего содержания белка, во втором — 18%.

Новое поколение — Агроцелл Плюс, созданное с помощью нового штамма-продуцента Penicillium verruculosum Eg105, полностью отвечает современным требованиям: имеет сбалансированный состав с высоким содержанием кормовых ферментов и с низким — балластных ферментов, максимально высокую молекулярную активность. В нем содержится 75–78% эндо-бета-глюканазы против 17% в первом поколении, до 33 и 45 ед/мг белка удельной активности эндо-глюканазы и бета-глюканазы соответственно и только около 1% прочих ферментов.

Агроксил Плюс, созданный с применением нового штамма-продуцента Penicillium verruculosum ХyI35/ХyI8, соответствует предъявляемым к нему требованиям: в своем составе он содержит стабильные, не ингибируемые белковыми ферментами злаков ксиланазы — 30–53% от общего содержания белка (против 18% в первом поколении).

Агроксил Премиум (штамм-продуцент Penicillium verruculosum EgXyI13), как уже говорилось выше, объединяет в себе преимущества Агроксила и Агроцелла и содержит эндо-бета-глюканазы в количестве 12–16% от общего содержания белка, ксиланазы — 47–54%.

Важный критерий оценки кормового ферментного препарата — его термостабильность, то есть сохранение активности после тепловой обработки. Так, при температуре гранулирования комбикорма более 80°С стабильность глюканаз в препарате Агроцелл Плюс составляет 95% против 85% в Агроцелле, препарате первого поколения. Стабильность ксиланаз в Агроксил Плюс и Агроксил Премиум — 80% против 40% в первом поколении. Также ученый представил сравнительные данные по стабильности данных препаратов при контакте с желудочным и панкреатическим соками.

Иван Зоров, кандидат химических наук, сотрудник кафедры химической энзимологии химического факультета МГУ, ознакомил слушателей семинара с существующими в России методами определения активности ферментов различной направленности действия. В частности, для ферментов, воздействующих на НПС, применяется метод, в котором используются окрашенные субстраты. Схема проведения анализа включает следующие этапы: приготовление суспензии корма, экстракцию, центрифугирование, отбор супернатанта, гидролиз окрашенного субстрата экстрактом корма, осаждение, центрифугирование, измерение оптической плотности супернатанта и вычисление результатов с помощью калибровочного графика. Для анализа необходимы окрашенные субстраты, чистые корма и корма с добавлением ферментов для калибровки, термостат водяной или контактный, фотометр (КФК или ФЭК), центрифуга, лабораторная посуда, мерные пипетки.

Первые результаты испытаний ферментов нового поколения ООО «Агрофермент» на птице и свиньях представил генеральный директор ООО «КормоРесурс», доктор технических наук Иван Панин. Опыты проводились во «ВНИТИП» на бройлерах кросса Кобб 500 с суточного до 35-дневного возраста и в филиале ВИЖ — во ВНИИ физиологии, биохимии и паталогии животных на помесных поросятах мясных пород в период доращивания и выращивания от 12 до 50 кг. В балансовых опытах по переваримости и на птице и на свиньях было выявлено четкое повышение переваримости основных питательных веществ, особенно сырой клетчатки и некрахмалистых полисахаридов. Увеличилась ретенция азота, кальция и фосфора и эффективность использования обменной энергии в организме. Улучшились основные убойные показатели по сравнению с контролем.

Выступление технического директора компании «КормоРесурс», кандидата сельскохозяйственных наук Василия Гречишникова было посвящено вопросу учета воздействия ферментных препаратов на перевариваемость комбикормов при оптимизации рецептов. Эта проблема настолько актуальна для специалистов по кормлению, что по отношению к ней даже сформировался термин «война цифр». Этот термин отражает ситуацию, когда производители ферментов оперируют коэффициентами матриц, адекватность которых трудно проверить в производственных условиях. Ситуация усугубляется тем, что виртуальными матрицами стали описывать действие не только ферментов, но и некоторых других БАВ. Простое суммирование матричных значений приводит к тому, что доля виртуальной энергии в рационах доходит до 10–12%, что, несомненно, является завышенной величиной.

Исторически сложилось несколько подходов для решения этой проблемы: создание в базе данных новых виртуальных компонентов (например, пшеница + фермент) с измененной питательностью, создание коэффициентов улучшения переваримости, создание специальных виртуальных матриц. Все эти подходы адекватно отображают реальные процессы в довольно узком диапазоне дозировок ферментов и при наличии определенного количества субстрата в рационе. За пределами этих узких значений картина воздействия фермента существенно искажается; дело в том, что воздействие фермента на субстрат при изменении дозировки фермента носит нелинейный характер. Ситуация усложняется при вводе в рацион двух или более ферментов, потому что суммарное воздействие нескольких ферментов не обладает свойством аддитивности. Автор на примерах показал степень недооценки или переоценки действия ферментов при различных условиях их применения.