Сравнительная эффективность растительных гидролаз

Исследования эффективности применения ферментных препаратов в рационах животных начались в начале 70-х годов прошлого столетия и к настоящему времени накоплен огромный фактический материал, позволяющий наиболее эффективно применять мультиэнзимные композиции (МЭК) в двух направлениях:

• -    включение МЭК в состав комбикормов с целью максимального ввода дешевых и нетрадиционных компонентов;

• -    использование МЭК для предварительного гидролиза полисахаридов;

Начиная с 1999 года, в ряде стран начались исследования по эффективному применению в рационах животных ферментных препаратов растительного происхождения. Имеются несколько патентов на технологию производства растительных ферментов на основе проращивания зерна ржи, пшеницы и кукурузы [1]. Все эти исследования проводятся с целью снижения стоимости ферментных препаратов и расширения сферы их применения.

Целью исследований являлось изучение сравнительной эффективности накопления сахаров при обработке различного зерна растительными ферментами зернового солода.

Материал и методы исследований. Собственные исследования показали возможность использования растительных ферментов для осахаривающего гидролиза полисахаридов, при этом их доля в составе препаратов может достигать 65-70 %. На мультиэнзимную добавку для фермента- тивной обработки зерновых кормов получен патент РФ № 2236459. Добавка характеризуется следующими показателями ферментативной активности, ед./г: амилолитическая – 400, протеолитическая – 37, целлюлазная – 250, экзо-ß-глюканазная – 75, эндо-ß-глюканазная – 15, ксиланазная – 15. Подобное сочетание ферментативной активности позволяет использовать муль-тиэнзимную добавку как для предварительного гидролиза фуражного зерна, так и для включения в состав рациона.

В лабораторных исследованиях сравнительную эффективность накопления сахаров при обработке растительными ферментами проводили при следующих условиях: доза ферментативного источника – 0,1% от сухого вещества субстрата, гидромодуль – 3:1, время обработки – 3 часа, температура +60˚С, изучали общее количество сахаров в г/кг сухого вещества субстрата.

Результаты исследований. Сравнительная эффективность накопления сахаров в субстратах представлена в таблице 1. Лучшие сочетания выявлены в комбинациях горох : овес, овес : горох, горох : ячмень, горох : рожь, горох : пшеничные отруби, пшеница : пшеничные отруби, овес : пшеничные отруби.

Для стабилизации ферментативной активности пророщенного гороха требуется разработка технологии получения сухого препарата с гарантированным сроком хранения. Это может дать новый толчок к эффективному использованию раститель- ных ферментов для предварительного гидролиза полисахаридов зерновых кормов. Сравнительная эффективность гидролиза полисахаридов зерновых кормов в ходе ферментации при +60 оС представлена в таблице 2 (доза мультиэнзимных добавок 0,1 % от сухого вещества субстратов, время обработки 3 часа, гидромодуль 3:1).

Таблица 1 – Накопление сахаров в зерновых субстратах при ферментации с солодом, г/кг су- хого вещества (доза 0,1% по СВ)

Субстрат	Солод
	гороха	люпина	овса	ячменя	гречихи	пшеницы	ржи
Горох	165,0 ± 5,0	237,9 ± 2,1	250,8 ± 2,6	221,0 ± 4,2	195,0 ± 6,1	201,0 ± 4,2	213,5 ± 2,3
Люпин	130,0 ± 2,5	189,0 ± 2,2	216,0 ± 1,9	196,7 ± 1,0	91,0 ± 1,2	189,7 ± 3,8	207,9 ± 0,6
Овес	210,0 ± 1,0	102,9 ± 2,2	115,7 ± 1,1	120,7 ± 0,4	85,0 ± 3,8	130,5 ± 6,4	103,5 ± 1,6
Ячмень	240,0 ± 5,0	96,4 ± 1,1	102,9 ± 0,6	130,5 ± 1,3	110,0 ± 7,1	100,5 ± 0,5	133,5 ± 1,6
Пшеница	–	–	–	–	–	–	108,5 ± 1,9
Рожь	231,0 ± 1,4	270 ± 0,5	9,0 ± 0,5	98,7 ± 2,0	21,0 ± 1,0	63,7 ± 1,4	67,9 ± 0,9
Отруби пшеничные	259,0 ± 2,2	234,0 ± 2,3	243,0 ± 1,9	175,7 ± 3,8	147,0 ± 3,5	267,4 ± 1,9	214,9 ± 1,7
Зерносмесь	335,0 ± 5,0	160,7 ± 0,9	180,0 ± 4,3	105,5 ± 1,4	95,0 ± 3,5	171,0 ± 5,4	158,5 ± 0,9

Примечание: зерносмесь – 50% рожь, 30% ячмень, 20% овес.

Таблица 2 – Сравнительная эффективность гидролиза полисахаридов зерновых кормов муль- тиэнзимными препаратами (общие сахара, г/кг СВ)

Субстрат	Контроль: осолаживание	Препараты
		МЭК СХ-2	МЭД-1	МЭД-2	МЭД-3	МЭД-4
Горох	211,3 ± 0,8	251,6 ± 1,1	280,5 ± 1,9	280,0 ± 1,6	274,8 ± 1,6	240,8 ± 1,1
Люпин	169,9 ± 0,5	218,4 ± 1,1	240,1 ± 1,4	245,9 ± 1,2	240,2 ± 1,3	166,8 ± 1,8
Овес	130,7 ± 0,4	167,2 ± 1,3	158,5 ± 0,7	164,3 ± 0,8	294,2 ± 1,5	285,5 ± 0,9
Ячмень	120,3 ± 0,3	208,3 ± 1,4	212,3 ± 2,2	192,5 ± 1,9	372,8 ± 2,7	343,8 ± 1,3
Пшеница	249,7 ± 0,7	196,5 ± 1,4	220,6 ± 1,7	295,4 ± 2,3	318,7 ± 1,7	267,5 ± 0,9
Рожь	106,0 ± 1,6	285,1 ± 0,7	324,7 ± 0,7	361,2 ± 1,8	276,3 ± 1,2	376,5 ± 1,4
Отруби ржаные	231,2 ± 0,8	298,2 ± 2,4	212,7 ± 0,8	337,9 ± 2,6	360,5 ± 1,8	375,2 ± 2,3
Зерно-смесь	133,0 ± 1,6	239,7 ± 1,1	291,5 ± 2,0	251,3 ± 0,7	330,8 ± 2,3	328,0 ± 2,8

Примечание: зерносмесь – 50 % рожь, 30 % ячмень, 20 % овес

Выдающийся результат получен при внесении пророщенного гороха в фер- ментируемую зерносмесь, состоящую из 50 % ржи, 30 % ячменя и 20 % овса.

Накопление сахаров составило 335 г в расчете на 1 кг сухого вещества субстрата. Однако при высушивании горохового солода установлено значительное и необратимое инактивирование растительных ферментов. Этот недостаток легко устраняется при использовании свежего горохового солода (Патент на изобретение RU № 2529699 С 1 «Способ получения мультиэн-зимного продукта из бобового зерна» Заявка 2013124232 / 13 от 27.05.13 г. Опубликовано 27.09.14 Бюл. № 27) [2].

Поэтому для организации ферментативного гидролиза полисахаридов зернофуража в хозяйствах можно рекомендовать проращивать зерно гороха и использовать его в качестве ферментативного источника после предварительной дисперга-ции. Для профилактики и лечения кетозов и лактоацидозов на рынке появляются различные препараты. Практика показывает, что в целом они малоэффективны. Вместе с тем, для повышения концентрации сахаров в процессе рубцового пищеварения вполне реально применение ферментных препаратов. Однако основным сдерживающим фактором является стоимость самих препаратов. Поэтому нами проведен ряд исследований по разработке технологий получения растительных гидролаз из зернового солода.

Результаты лабораторных исследований показали, что наиболее эффективной общей полисахаридазной активностью обладает гороховый солод – 186,11 мг/мин/г, при которой накопление сахаров составляет 335 г/кг сухого вещества зер-носмеси. Если эту активность принять за коэффициент равный 1,00, то активность солода овса составляет 0,54; пшеницы – 0,51; люпина – 0,48; ржи – 0,47; ячменя – 0,31. Для любого солода консервация методом высушивания заметно снижает активность полисахаридаз, особенно это актуально в отношении горохового солода. Поэтому лучше использовать свежий солод. Для ферментативной обработки зер-носмеси гороховым солодом оптимальной является доза 0,1 % (по сухому веществу солода). С учетом влажности свежего солода доза составляет 0,3 %. Более высокие дозы несущественно повышают степень накопления сахаров.

Технология производства горохового солода осуществляется следующим образом (Патент RU 2529699 C1) [2]. Зерно гороха, хранящееся в зернохранилище, подается на устройство для просеивания, на котором удаляют разрушенные и поврежденные зерна. Отобранные зерна дезинфицируют в солевом растворе, в дальнейшем используют только те зерна, которые погружаются в 1,5-3,0 % раствор хлорида натрия. Отобранные зерна замачивают в воде до приобретения ими влажности 65 % и переносят на стеллажи для проращивания при температуре 18-22 °С и относительной влажности воздуха 95 % в течение 7 суток (в темноте).

По истечении срока пророщенные зерна собирают и диспергируют до получения однородной суспензии и разбавляют 4%-ным раствором поваренной соли в соотношении 1:1. Полученный продукт годен для употребления в течение 2 суток без потери ферментативной активности. Обработка исходных зерен 1,5-3,0 %-ным раствором поваренной соли предотвращает развитие микрофлоры, в частности плесневых грибов. Данная технология была разработана с целью использования для предварительной ферментативной обработки концентрированных кормов. Она апробирована в производственных опытах.

Сравнительные исследования ферментных препаратов, реализуемых на рынке для ферментативной обработки зерновых кормов, показали, что для препарата МЭК СХ-2 коэффициент составляет 0,71 и 0,98 для препарата МЭД-4. Таким образом, зерновой солод вполне может конкурировать с большинством МЭК грибного или бактериального происхождения, а по цене обходится в 9-10 раз дешевле.

Как видно из таблицы 2, препараты МЭД 1-4 намного превосходят МЭК-СХ-2, который представляет собой смесь амило-субтилина и целловиридина в соотношении 1:1. Ферментные препараты серии МЭД 1-4 нашли широкое применение в молочном скотоводстве Республики Татарстан. За последние годы объем реализации превысил 60 тонн, их применение позволило улучшить сахаро-протеиновый индекс рационов крупного рогатого скота.

Уровень продуктивного действия кормов рациона определяется, прежде всего, степенью гидролиза питательных веществ, поступающих в организм животного с кормом. В пищеварительном тракте животных полисахариды, белки и липиды кормов расщепляются до легкоусвояемых соединений при участии эндогенных пищеварительных ферментов, ферментов симбиотической микрофлоры и фитоферментов самих кормов.

Заключение. Резюмируя изложенное, можно с уверенностью сказать, что обогащение рационов мультиэнзимными композициями и ферментативная обработка кормов повышает энергетическую питательность рационов не менее чем на 8-10 % и на этой основе создаются предпосылки для роста продуктивности животных.

Включение в состав мультиэнзим-ных композиций ферментов растительного происхождения позволяет значительно расширить спектр ферментативной активности и повысить эффективность гидролиза. Потребность в растительных ферментах обусловлена необходимостью устранения дефицита сахаров (моно- и дисахаридов) в рационах лактирующих коров, молодняка крупного рогатого скота, вызывающего нарушение рубцового пищеварения, развитие кетозов и лактоацидозов, снижение продуктивности и резистентности организма животных. Их можно и нужно использовать путем перорального применения. Гидролазы горохового солода имеют оптимум активности в пределах рН 6,0-6,5, что обеспечивает их активность в содержимом рубца. Пероральное использование горохового солода исключает дополнительные энергозатраты на предварительную ферментативную обработку концентрированных кормов, кроме того удлиняется срок участия растительных гидролаз в процессах рубцового пищеварения. Повышение концентрации сахаров при этом обепечивает бурное развитие дрожжей Saccharomyces cerevisiae, использующих преимущественно небелковый азот. Весь процесс характеризуется оптимизацией популяционного состава симбиотической микрофлоры.

Резюме

Недостаток легкоусвояемых углеводов в рационах снижает генетически заложенную продуктивность животных. Для ликвидации дефицита сахаров в рационах можно воспользоваться предварительной ферментативной обработкой зерновых кормов. С этой целью проведены исследования по использованию ферментных препаратов с содержанием растительных гидролаз. Установлено, что питательность рационов повышается на 8-10%. Показана эффективность применения этих препаратов в рационах животных.