Дэвид Джонс, Agri-King Inc.

Учитывая постоянно растущие затраты на корма и ограниченную маржу в животноводстве, необходимо добиться максимально эффективного усваивания  животными питательных веществ  корма. Ферменты являются одним из инструментов, которые могут быть применены для повышения эффективности использования питательных веществ.

Ферме́нты (от лат. fermentum — «закваска») или энзи́мы^[1] (от греч. ζύμη, ἔνζυμον «закваска»), — обычно достаточно сложные молекулы белка, РНК (рибозимы) или их комплексы, ускоряющие химические реакции в живых системах. 

Ферменты  ускоряют (катализируют) химические реакции, которые приводят к разложению  органических соединений на вещества  используемые  организмом животного   и в том числе  полезной микрофлорой рубца  в качестве источников питательных веществ в процессе жизнедеятельности.

• Ферменты очень специфичны в реакциях, которые они катализируют, как ключ индивидуален для замка.

Многие ферменты, необходимые для расщепления компонентов  корма, вырабатываются естественным путем микробами в пищеварительном тракте животного. Однако зачастую этих ферментов  оказывается не достаточно.

Скорость, с которой корм проходит через пищеварительный тракт, может быть слишком быстрой для нативных ферментов, чтобы выполнить задачу расщепления всех питательных веществ, потребляемых животным. Кроме того, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, в частности при ацидозе рубца  количество ферментов, вырабатываемых микробиотой  преджелудков  может быть существенно снижено.

Когда ферментные продукты скармливаются жвачным животным, основным местом  их действия является рубец. Ферменты помогают микробной популяции рубца,  облегчая процесс пищеварения.

При дополнительном введении ферментных препаратов в  корм скоту происходит  улучшение пищеварения в рубце и облегчение работы его микробиоты, таким образом, экономится  энергия, которая обычно затрачивается  микрофлорой  рубца  в процессе пищеварения  и теперь эта энергия  может  быть использована организмом животного для  улучшения   обмена веществ и продуктивности.

Ферменты, используемые в кормовых добавках, извлекаются из  грибов (например, Aspergillus, Trichoderma) и бактерий.  

Тип фермента и его активность зависят от используемого штамма микроорганизма, среды, на которой он выращивается, и условий культивирования.

Введение  ферментных добавок в рацион животным  может существенно  повысить эффективность использования кормов, потребляемых скотом, и потенциал прибыли производителей.

• Один ферментный продукт не справится с этой задачей, так как для разложения структурных углеводов, которые содержатся в клеточных стенках растений, требуется много различных ферментов. 

Исследователи в 2007 году сообщили, что экстракт, содержащий фермент  альфа-амилазу,  увеличивал среднесуточный прирост у крупного рогатого скота, получавшего  кукурузу,  и кукурузный силос, но не оказывал никакого эффекта при кормлении крупного рогатого скота  сеном люцерны,  и  хлопковой шелухой.

По мере того как технология  использования ферментов становится все более популярной, внимание на уровне производства  должно быть сосредоточено на типе и дозе скармливаемых  ферментов. Исследователи в 2011 году сообщили о пяти дозах фибролитического фермента, скармливаемого молочному скоту. Они  продемонстрировали, что улучшилась жирность и качество молока, только при условии, что дозировка фибролитического фермента была увеличена до 11,3 процента.

Исследователи в 1997 году вводили в рацион  бычков смесь ферментов (ксиланаза и целлюлаза) и обнаружили, что эффективность корма улучшилась на ячменном рационе, но осталась неизменной на кукурузном рационе. Однако ферментам требуется время в рубце для работы, прежде чем они подвергнутся воздействию низкого рН и пепсина сычуга.

• Корма и кормовые ингредиенты, обработанные ферментсодержащим продуктом, являются основой эффективного пищеварения и усвоения питательных веществ из рациона  у жвачных животных. Хорошая программа обогащения ферментами  кормов не только сохранит  корм качественным, но и обеспечит животных ферментами (целлюлазой, амилазой, ксиланазой и пектиназой), которые запускают “предварительное переваривание” волокон, крахмалов и сахаров в кормах, что делает их более удобоваримыми для животных. 

Высвобождение сахаров, как из структурных, так и из неструктурных углеводов стимулирует быстрый микробный рост, что способствует микробной колонизации растительного материала.

• Обработка корма непосредственно ферментами должна рассматриваться как первый шаг к повышению эффективности кормления с помощью ферментной технологии.

Ферменты улавливают большую ценность из компонентов кормов, уже перевариваемых, позволяя быстрее высвобождать питательные вещества. Таким образом, можно получить  потенциально более усваиваемые субстраты из кормов для кормления скота.

• Знание анализа ингредиентов, используемых для составления рациона для жвачных животных, важно не только для понимания того, какой ферментный комплекс лучше всего использовать, но и для понимания потенциальных шагов ограничения скорости работы ферментов. 

Лигнин образует комплексы с углеводами в клеточной стенке растений.

Это "вмешательство" лигнина будет препятствовать связыванию некоторых ферментов (например, ксиланазы) с их субстратом, тем самым замедляя скорость, с которой ферменты могут функционировать. Исследователи в 1990 году показали, что площадь поверхности (размер частиц) также является основным ограничивающим фактором, особенно для переваривания целлюлозы.

Исследователи в 2011 году изучали влияние применения фибролитического фермента в рационах с высоким (48%) или низким (33%) содержанием концентрата на молочную продуктивность лактирующих молочных коров. Фибролитический фермент увеличивал молочную продуктивность коров, получавших как низко -, так и высококонцентрированные рационы, демонстрируя, что фермент был функциональным и способным улучшать пищеварительную эффективность в рубце, даже при более низком рН рубца.

Ферментация крахмала в высококонцентрированных рационах приводит к снижению рН рубца, предрасполагая коров к руминальному ацидозу. 

Это показано в Таблице 1 из исследования 2011 года:

Таблица 1. Влияние фермента фибролитической закваски на рационы, содержащие низкие или высокие количества концентратов, на состав молочной продукции и эффективность использования кормов молочными коровами.

Практически говоря, ферменты становятся выгодными, потому что  эффективность пищеварения снижается с увеличением потребления сухого вещества. Существует 4-процентное снижение пищеварения в расчете на кратное потребление сухого вещества для поддержания здоровья (NRC, 2001). Это происходит потому, что чрезмерное  поступления кормов  обычно увеличивают скорость прохождения кормовых масс и сокращают время пребывания корма в рубце для переваривания (Рис.1). Этот процесс вызывает увеличение потребления корма, чтобы обеспечить  корове  достаточное количество энергии по мере снижения усвояемости.

И наоборот, если улучшить переваримость ПМР с помощью ферментов, коровам не нужно будет потреблять столько корма, чтобы поддерживать заданный объем производства молока. Уменьшение потребления сухого вещества повысит усвояемость сухого вещества в рубце за счет более медленного прохождения (увеличения времени удержания рубца) корма через рубец.

Если потребление сухого вещества не уменьшается с добавлением ферментов, усиленное переваривание ферментами может обеспечить больше питательных веществ и энергии для увеличения производства молока, даже если время удержания рубца корма скомпрометировано более высоким потреблением сухого вещества.

• Таким образом, ферментативная технология может повысить эффективность кормления тремя возможными способами:

1. прямым улучшением переваривания кормов,

2.  косвенным улучшением переваривания за счет снижения потребления сухого вещества и увеличения времени удержания рубца в корме

3.  комбинацией первого и второго.

Кормовая эффективность является важным аспектом животноводства. Экзогенные ферменты могут служить средством повышения эффективности использования питательных веществ в кормах животноводством, способствуя достижению производственных целей. 

Дэвид Джонс , Agri-King Inc.

Перевод, адаптация: Эксперт Молоко

Редактор. Ветеринарный консультант: А. В. Быстрова

Источник: https://www.progressivedairy.com/topics/feed-nutrition/enzymes-in-ruminant-nutrition