Ферментные препараты и кормовые добавки

24.09.2014

Все химические процессы в живой природе протекают при участии специфически действующих катализаторов, называемых ферментами. Ферменты (от лат. fermentum — брожение, закваска), энзимы, биокатализаторы, специфические белки, присутствуют во всех живых и растительных клетках и играют роль биологических катализаторов. Через их посредство реализуется генетическая информация и осуществляются все процессы обмена веществ и энергии в живых организмах. Ферменты бывают простыми (пепсин, трипсин и др.), состоящими только из белка, или сложными, в состав которых наряду с белковым компонентом (апоферментом) входит небелковая часть — кофермент. Эффективность действия ферментов определяется значительным снижением энергии активации катализируемой реакции в результате образования промежуточных ферментов — субстратных комплексов. По типу катализируемых ими химических превращений ферменты в действующей международной классификации разделены на 6 классов: оксидоредуктазы, транеферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы.
Известно более 2000 различных ферментов, из которых многие выделены в живых клетках и получены в индивидуальном состоянии. Первый кристаллический фермент (уреаза) выделен американским биохимиком Дж. Самнером в 1926 г.
Высокая эффективность этой группы биологически активных веществ заключается в том, что при оптимальных условиях ферментные реакции протекают в 10в8-10в11 раз быстрее по сравнению с такими же реакциями, но без участия ферментов. Без ферментов невозможно было бы расщепление основных питательных веществ в желудочно-кишечном тракте животных.
Основные питательные вещества (углеводы, жиры, протеины) в том виде, в каком они находятся в корме, не могут быть усвоены организмом животных без ферментативного расщепления. Под действием ферментов в желудочно-кишечном тракте животных происходит расщепление питательных веществ корма: сложные углеводы распадаются на простые сахара и органические кислоты, белки — на пептиды и аминокислоты, жиры — на жирные кислоты и глицерин. После расщепления они всасываются через стенки желудка и кишечника и переносятся кровью ко всем органам и тканям. В организме животного только благодаря ферментам указанные питательные вещества превращаются в энергию и структурные материалы, необходимые для роста и воспроизводства, образования продукции и осуществления других жизненных процессов.
Важнейшее специфическое свойство ферментов — их способность избирательно катализировать лишь строго определенные реакции. По степени специфичности ферменты довольно резко различаются между собой и подразделяются на две группы: обладающие абсолютной и относительной специфичностью. При абсолютной специфичности фермент действует лишь на одно вещество и катализирует только определенное превращение данного вещества. Например, фермент уреаза осуществляет гидролиз мочевины на аммиак и углекислый газ. Фермент лактаза расщепляет только молочный сахар. Большая группа ферментов обладает относительной специфичностью. К ним, в частности, относятся эстеразы, катализирующие гидролиз сложных эфиров. Второй пример можно привести по действию протеолитических ферментов в желудочно-кишечном тракте животных. Так, пепсин расщепляет большое количество белков, но действует на пептидную связь, соединяющую, с одной стороны, аминокислотный остаток, имеющий свободную карбоксильную группу, с другой стороны, аминокислотный остаток ароматической аминокислоты. Химотрипсин и трипсин расщепляют пептидные цепи в разных местах, отличающихся оттого места, на которое действует пепсин. Аминопептидазы отрывают одиночные аминокислотные остатки от того конца пептидной цепи, на котором есть свободная аминогруппа, а карбоксипептидазы действуют на другой конец, где находится свободная карбоксильная группа. Следовательно, только комбинированное действие указанных ферментов расщепляет белки до конечных продуктов — аминокислот.
Характерным свойством ферментов является их чувствительность к температуре. При повышении температуры до 40-50°С большинство ферментов становится активнее, однако при температуре свыше 50°С активность ферментов постепенно снижается. Большинство ферментов млекопитающих наиболее активно при 37-38°С, т. е. при обычной температуре тела животного.
Каждый фермент имеет оптимум pH, при котором он наиболее активен. Оптимальный pH среды как бы настраивает фермент и субстрат на лучшее взаимодействие друг с другом, и, наоборот, изменение pH в любую сторону от оптимума замедляет работу фермента и даже полностью прекращает ее. Например, амилаза слюны наиболее активна при pH 9 и полностью прекращает свое действие в кислой среде. Пепсин, содержащийся в желудочном соке, активен лишь в очень кислых средах (pH 1,5-2,5), а оптимум действия трипсина при pH около 8-9.
Для кормления сельскохозяйственных животных биотехнологическая промышленность выпускает ферментные препараты грибного и бактериального происхождения. Первые получают поверхностным методом выращивания и их обозначают буквой П, вторые — глубинным и обозначают буквой Г. В зависимости от степени очистки ферментные препараты делят на технические и очищенные. К техническим относятся нативные неочищенные культуры, которые обозначают знаком «X», и препараты, превосходящие по активности нативные культуры примерно в 3 раза (степень очистки обозначают ЗХ). К очищенным относятся препараты, активность которых после очистки в 10,15, 20 раз выше нативных (обозначают 10Х, 15Х, 20Х). Название ферментного препарата складывается из основного фермента и видового названия микроорганизма — продуцента.
В животноводстве в основном используются ферменты, принадлежащие к классу гидролаз: амилолитические, протеолитические, пектолитические. Ферментные препараты являются комплексными, т. е. кроме основного компонента содержат и другие ферменты. Препараты стандартизируются по активности основных ферментов. В сельском хозяйстве нашли применение различные препараты.
Пектофоетидин ГЗХ содержит полигалактуронидазу, гемицеллюлазу, протеиназу и другие ферменты. Продукт выпускают без наполнителя и с наполнителем. Оптимум действия ферментов: температура 37°С, pH 3,8-4,5. Препарат малотоксичен.
Целловиридин ГЗХ — гигроскопичный аморфный порошок светло-желтого или светло-коричневого цвета, величина целлюлозолитической активности 50-70 ед./г. Препарат содержит целлюлазу, β-глюкозидазу, гемицеллюлазу, ксиланазу и другие ферменты, способствующие повышению питательной ценности кормов с высоким содержанием клетчатки и других труднопереваримых полисахаридов. Оптимум действия ферментов: температура 50°С, pH 5,3-5,5.
Целловиридин Г20Х существенным образом превосходит фермент, ранее выпускаемый с таким же названием, не только по целлюлозолитической активности (в 40 раз больше), но и по содержанию β-глюканазы. Рядом ученых подтверждается высокая эффективность гидролазного комплекса целлови-ридина Г20Х в комбикормах, содержащих ячмень и рожь. Гарантийный срок хранения ферментных препаратов составляет 6 мес.
Амилосубтилин ГЗХ — гигроскопичный аморфный порошок светло-серого цвета содержит амилолитические ферменты и незначительное количество протеолитических. Амилолитическая активность — 540-660 ед./ч, протеолитическая активность — 46 ед./ч. Оптимальные условия действия ферментов: температура 50-55 С, pH 6.
Амилоризин П10Х — содержит амилазу и нейтральную протеазу. Стандартизируется по амилолитической активности (2000 ед. АС/г). Оптимальные условия действия: pH 4,5, температура 50-55°С.
Протосубтилин ГЗХ — препарат, содержащий щелочную протеазу, β-глюконазу, пептидазы и другие ферменты. Оптимальные условия: температура 50-55°С, pH 7,5-8,5.
Пектоваморин П10Х — порошок светло-серого цвета, растворим в воде, кислотоустойчив. Содержит целлюлазу, по-лигалактуронидазу, кислую протеазу и другие ферменты. Оптимум действия: температура 37°С, pH 3,5-4,5.
МЭК-СХ-1 — комплексный ферментный препарат, получаемый из ферментных субстанций грибного и бактериального происхождения. Стандартизируется этот препарат по амилолитической (до 1000 ед./г) и целлюлозолитической активности (до 200 ед./г). Он содержит экзо-β-глюканазу (до 200 ед г), ксиланазу (до 80 ед./г), а также протеазу, целлобиазу, пентозаназу и другие ферменты.
МЭК-СХ-2 включает в себя ферменты гидролитического действия: ксиланазу, целлюлазу, экзо-β-глюканазу, целлобиазу, протеазу, амилазу и др. Стандартизируется по β-глюканазе (не менее 250 ед./г), целлюлазе (не менее 180 ед./г), содержит ксиланазу (до 70 ед./г), амилазу (до 600 ед./г) и другие ферменты.