використання

Історія та економічне значення ферментів

Реакційні процеси в живих організмах каталізуються білками, які називаються ферменти.

З початку історії людство використовувало ферменти або бродить.

ферменти відповідали за біокаталітичні бродіння у виробничих процесах вина, сиру, пива, хліба тощо. Відкриття того, як мікроорганізми беруть участь у виробленні ферментів, відбулося більше двохсот років тому і було остаточно науково описано Луїсом Пастером в 19 столітті.

Промислове використання ферментів у харчовій галузі відбулося в 30-х роках минулого століття, застосовуючи їх у виробництві сирів та у виробництві фруктових соків. Великий розвиток був у 60-х роках у крохмальній промисловості; цей сектор став другим за економічним значенням після застосування ферментів у світі миючих засобів та текстилю.

Ферменти в кормах для тварин почали застосовуватись у 1980-х рр. Першопрохідцями були скандинави, Великобританія, Канада та, особливо, Іспанія. Першим харчовим сектором, який реагував ефектно, була птиця.

У цій галузі застосування ферментів стало загальним у виробництві бройлерів у 90-х рр. Птахівництво пов’язане із зонами виробництва зернових з високим вмістом некрохмальних полісахаридів, компонентів, які важко засвоюються самими ферментами. це було найбільш сприйнятливим до використання ферментів з високою здатністю до гідролізу цих компонентів на травному рівні.

Група харчування IRTA був піонером на національному та міжнародному рівнях з оцінки фізіологічної та виробничої функціональності, енергетичного балансу та визначення стабільності ферментів на основі технологічних процесів, що проводяться у виробництві кормів.

За даними сектору (www.marketsandmarkets.com/FeedEnzymes), економічна вартість промислового виробництва ферментів за 2017 рік сягне семи мільярдів доларів, основними галузями застосування яких є миючі засоби, текстиль, крохмаль, хлібобулочні вироби, тварини корм і пивоварня. Зростання попиту в останні роки становив 6% на рік.

Прогнозована вартість торгівлі кормовими ферментами на 2014 рік становила 900 мільйонів доларів США і в даний час, обсяг ферментативного застосування у свиней перевищив обсяг птиці.

Існує прогноз зростання ферментативного застосування для аквакультури із зростанням між 2014 та 2019 роком на 6%.

У жвачних тварин аналогічна тенденція зростання також очікується на той же період.

На 2019 рік ринкова вартість ферментів для виробництва тварин досягне 1280 мільйонів доларів зі швидкістю зростання 7,6% за період між 2014-2019 роками.

Виробництво ферментів

Більшість ферментів виробляються ферментацією через промислові культури мікроорганізмів.

Однак існують ферменти, витягнуті з тканин тварин або рослин. Сучасний процес виробництва ферментів вимагає наступних етапів:

  • виділення ферментів
  • відбір продукуючого штаму
  • побудова штаму продуцента за допомогою генної інженерії
  • оптимізація культурального середовища
  • оптимізація процесів відновлення та очищення
  • і рецептура стабільного кінцевого продукту.

Критерії селективності промислового ферменту повинні бути дуже конкретними залежно від реакції, з якою він пов'язаний.

Тому, РН, оптимальна температура, стабільність, наявність інгібуючих ефектів та спорідненість до субстрату є важливими. Що стосується кормів для тварин, вони повинні бути термостійкими, щоб вижити в умовах виробництва кормів і мати максимальну ефективність в умовах травлення цільової тварини.

Мікробіологічні штами, що продукують ферменти

При виборі продукуючих штамів простота процесу вилучення та очищення розглядалася як важливий елемент. Штами-виробники повинні мати сертифікат GRAS (загальновизнаний як безпечний) у США та QPS (Кваліфікована презумпція безпеки) в Європі. Вони повинні бути безпечними як для тварини, так і для споживача та навколишнього середовища.

Обрані організми повинні бути здатними виробляти великий обсяг ферменту і досягати рівня 50 грамів на літр позаклітинного білка.

Більшість технічних культур мають грибкове та бактеріальне походження.

Більшість ферментів виробляються такими грибами, як Aspergillus, Trichoderma, Penicillium або бактеріями, такими як Стрептоміцес, Bacillus Subtilis або Bacillus licheniformis. В даний час виробничі процеси засновані на використанні генетично модифікованих мікроорганізмів.

За цією методологією збільшена виробнича потужність самого бродильного пристрою, що дозволяє уникнути небажаних дій.

Використання ферментів та їх регуляція в Європі

Ферменти в Європейському Союзі отримали дозвіл з 1993 року згідно з директивою 93/114/EC та нещодавно згідно з новою директивою про кормові добавки EC/1831/2003.

Як функціональну класифікацію вони розглядаються як зоотехнічні добавки, і в підгрупі, підсилювачі засвоюваності або добре покращувачі навколишнього середовища.

В якості підсилювачів засвоюваності ми маємо ферменти, здатні гідролізувати некрахмалисті полісахариди, присутні в злаках, такі як ß-глюканази, ксиланази, арабіноксиланази, целюлази, тощо.

У випадку фітази, ферменти, здатні гідролізувати фітичний фосфор, присутній у злаках, їх можна розглядати як у групі підсилювачів засвоюваності, так і у функціональній підгрупі підсилювачів навколишнього середовища.

Сьогодні ми також маємо протеази, які покращують загальну доступність дієти.

В даний час в Європейському Союзі дозволено понад 60 ферментних препаратів відповідно до вищезазначених норм.

Останні нововведення, пов’язані з ферментами в їжі

Застосування ферментів у птахівництві та свинарстві дозволило надзвичайно поліпшити харчові показники кормів.

Сьогодні ми можемо вказати, що в цілому включення ферментів може поліпшити продуктивність худоби за цілком прийнятних економічних співвідношень.

Бройлерів можна годувати некукурудзяними дієтами. Включення зернових культур, що забезпечують високу в’язкість (ячмінь, жито, пшениця), використовується без негативних наслідків. Як свині, так і птиця можуть зменшити включення неорганічного фосфору в раціони та підтримувати продуктивні параметри, використовуючи відповідні фітази.

Сучасні та майбутні нововведення щодо застосування ферментів включають оцінку впливу ферментів на кишкову флору. Таким чином, слід перевірити, чи можуть синергетичні ефекти між складом дієти та ферментативною дією дозволити поліпшити розвиток кишечника і, разом з цим, кращу цілісність механізмів реакції бар’єрної системи, наявної в кишкового тракту.

Слід пам’ятати, що майбутнє інтенсивного тваринництва передбачає зменшення використання антибіотиків, або ж через відповідальне їх використання. Така ситуація спричиняє значний виклик або прихильність до добробуту тварин. Отже, будь-яка користь від застосування ферментів, така як зменшення споживання води у птахів або збільшення доступності фітичного фосфору фітазою, призводить до поліпшення умов добробуту тварин, а також зменшення пододерматиту в курей, або поліпшення структури розвитку скелета у тварин з високою здатністю до росту.

Щоб піти далі

Зразок досягнень щодо функціональних знань про ферменти при одношлунковому харчуванні представлений у роботах, представлених у цьому документі ферментна монографія по nutriNews.

- "Порівняння моно- та багатоферментних продуктів. Змагання"Розглядається питання про те, чи може відповідь NSP-ферментів бути кращою за допомогою моно та мультиферментів, і представлені дуже цікаві дані та великі дискусії з огляду на те, що вплив субстрату (дієтичного складу) може вплинути на результат застосування ферменту, демонструючи, що ефект розчинної структури полісахаридів дуже важливий і може впливати на реакцію ферментів.

- "Карбогідролази покращують харчову цінність соєвого борошна"Досліджено, як застосування мультиферменту може поліпшити харчову цінність соєвого шроту, а дані in vitro показують, як покращується деградація некрохмальних полісахаридів сої в умовах інкубації, що імітують процеси травлення курки.

- "Використання специфічних ферментів для максимального вивільнення ЕВ із соєвого шроту”Досліджує, як можна збільшити значення енергії, доступної з сої. У цьому випадку титрування проводять шляхом застосування ферменту, що активує гідроліз галактозидних сполук, що містяться в соєвому шроті.

- Y "Ферментативна концепція в PNA для оптимізації продуктивності та рецептури у кормах»У якій продуктивні переваги детально викладаються при складанні корму з ферментним комплексом з дією на АНП раціону свиней та курей.