животни

История и икономическа стойност на ензимите

Реактивните процеси в живите организми се катализират от протеини, наречени ензими.

От началото на историята човечеството е използвало ензими или ферментира.

The ензими са били отговорни за биокаталитичната ферментация в производствените процеси на вино, сирене, бира, хляб и др. Откритието за това как микроорганизмите участват в производството на ензими се случи преди повече от двеста години и беше окончателно научно описано от Луис Пастьор през 19 век.

Промишленото използване на ензими в хранителния сектор се осъществява през 30-те години на миналия век, при тяхното приложение в производството на сирена и производството на плодови сокове. Голямото развитие беше през 60-те години в нишестената индустрия; този сектор стана вторият по икономическо значение след ензимното приложение в света на детергентите и текстила.

Ензимите в храната за животни започват да се използват през 80-те години. Страните пионери са скандинавците, Великобритания, Канада и по много специфичен начин Испания. Първият хранителен сектор, който реагира по грандиозен начин, бяха птиците.

В тази област приложението на ензими стана цялостно в производството на бройлери през 90-те години. Птицевъдството е свързано със зони за производство на зърнени култури с високо съдържание на не-нишестени полизахариди, компоненти, които са трудни за смилане от собствените им ензими на пилета, е най-възприемчив за употребата на ензими с висока способност за хидролиза на тези компоненти на храносмилателното ниво.

The IRTA група за хранене беше пионер на национално и международно ниво в оценката на физиологичната и производствената функционалност, енергийния баланс и определянето на стабилността на ензимите въз основа на технологичните процеси, извършвани при производството на фуражи.

Според данни от сектора (www.marketsandmarkets.com/FeedEnzymes) икономическата стойност на индустриалното производство на ензими за 2017 г. ще достигне седем милиарда долара, като основните сектори на приложение са детергенти, текстил, нишесте, хлебни изделия, животни фураж и пивоварна. Ръстът в търсенето през последните години е 6% годишно.

Прогнозираната стойност на търговията с фуражни ензими за 2014 г. е 900 милиона долара и в момента, обемът на ензимно приложение при свинете е надвишил обема на птиците.

Има прогноза за растеж на ензимното приложение за аквакултури с ръст между 2014 и 2019 г. от 6%.

При преживните животни също се очаква подобна тенденция на растеж за същия период.

За 2019 г. пазарната стойност на ензимите за животновъдство ще достигне 1280 милиона долара, с темп на растеж от 7,6% за периода между 2014-2019 г.

Производство на ензими

Повечето ензими се произвеждат чрез ферментация чрез промишлени култури на микроорганизми.

Има обаче ензими, извлечени от животински или растителни тъкани. Настоящият процес на производство на ензими изисква следните стъпки:

  • ензимен подбор
  • селекция на продуциращия щам
  • изграждане на щам на производител чрез генно инженерство
  • оптимизиране на културната среда
  • оптимизиране на процесите на възстановяване и пречистване
  • и формулиране на стабилен краен продукт.

Селективните критерии на индустриалния ензим трябва да бъдат силно специфични в зависимост от реакцията, към която той е свързан.

Следователно, pH, оптимална температура, стабилност, наличие на инхибиторни ефекти и афинитет към субстрата са от съществено значение. В случай на фуражи за животни, те трябва да са топлоустойчиви, за да оцелеят в условията на производство на фуражи и да бъдат с максимална ефективност при храносмилателните условия на целевото животно.

Микробиологични щамове, продуциращи ензими

Когато се избират продуциращите щамове, простотата в процеса на екстракция и пречистване се счита за важен елемент. Щамовете производители трябва да имат сертификат GRAS (общопризнат като безопасен) в САЩ и QPS (Квалифицирана презумпция за безопасност) в Европа. Те трябва да бъдат безопасни както за животните, така и за потребителите и за околната среда.

Избраните организми трябва да могат да произвеждат голям обем ензим и той да достигне нива от 50 грама на литър извънклетъчен протеин.

Повечето технически култури са от гъбичен и бактериален произход.

Повечето ензими се произвеждат от гъбички като Aspergillus, Trichoderma, Penicillium или от бактерии като Стрептомицес, Bacillus Subtilis или Bacillus licheniformis. В момента производствените процеси се основават на използването на генетично модифицирани микроорганизми.

С тази методология производственият капацитет на самата ферментационна единица е увеличен и по този начин се избягват нежелани дейности.

Използване на ензими и тяхното регулиране в Европа

Ензимите в Европейския съюз са разрешени от 1993 г. чрез директива 93/114/EC и по-скоро съгласно новата директива за фуражните добавки EC/1831/2003.

Като функционална класификация те се разглеждат като зоотехнически добавки, и в подгрупата, подобрители на смилаемостта или добре подобрители на околната среда.

Като подобрители на смилаемостта имаме ензими със способността да хидролизират не-нишестени полизахариди, присъстващи в зърнените култури, като ß-глюканази, ксиланази, арабиноксиланази, целулази, и т.н.

В случай че фитази, ензимите със способността да хидролизират фитичен фосфор, присъстващ в зърнените култури, могат да се разглеждат както в групата на подобрителите на смилаемостта, така и във функционалната подгрупа на подобрителите на околната среда.

Днес имаме и протеази, които подобряват общата достъпност на диетата.

Понастоящем в Европейския съюз са разрешени над 60 ензимни препарата съгласно посочения по-горе регламент.

Последни иновации, свързани с ензимите в храната

Прилагането на ензими в птицевъдството и свиневъдството е позволило да се подобри хранителната наличност на фуражите по много забележителен начин.

Днес можем да посочим, че като цяло включването на ензими може да подобри производителността на добитъка с много приемливи икономически съотношения.

Бройлерите могат да се хранят с диета без царевица. Включването на зърнени култури, които осигуряват висок вискозитет (ечемик, ръж, пшеница), се използват без негативни последици. Както свинете, така и домашните птици могат да намалят включването на неорганичен фосфор в диетите и да поддържат продуктивни параметри, като използват подходящи фитази.

Настоящата и бъдеща иновация на приложението на ензимите включва оценка на въздействието на ензимите върху чревната флора. По този начин трябва да се провери дали синергичните ефекти между състава на диетата и ензимното действие могат да позволят подобряване на развитието на червата и заедно с това по-добра цялост на механизмите за реакция на бариерната система, налична в чревния тракт.

Трябва да се помни, че бъдещето на интензивното животинско производство включва намаляване на употребата на антибиотици, или чрез отговорно използване на тях. Тази ситуация създава значително предизвикателство или компромис за хуманното отношение към животните. Следователно, всяка полза, предоставена от прилагането на ензими, като например намаляване на консумацията на вода при птици или увеличаване на наличността на фитичен фосфор от фитазата, води до подобрения в условията на хуманно отношение към животните, както и до намаляване на пододерматит в пилета или подобрения в структурата на скелетното развитие при животни с висок капацитет за растеж.

За да отидете по-нататък

Проба от напредъка на функционалните познания за ензимите при моногастрално хранене е предоставена от документите, представени в това ензимна монография от nutriNews.

- "Сравнение на моно и много ензимни продукти. Предизвикателство„Обмисля се дали отговорът на NSP-ензимите може да бъде по-добър с моно и мултиензими, и са представени много интересни данни и голям дебат, като се има предвид, че влиянието на субстрата (диетичен състав) може да повлияе на резултата от ензимното приложение, демонстрирайки, че ефектът от разтворимата структура на полизахаридите е много важен и може да повлияе на отговора на ензимите.

- "Карбохидролазите подобряват хранителната стойност на соевото брашно„Изследвано е как приложението на мулти-ензим може да подобри хранителната стойност на соевото брашно, а данните in vitro показват как разграждането на не-нишестените соеви полизахариди се подобрява при условия на инкубация, имитиращи тези от храносмилането на пилето.

- "Използването на специфични ензими за увеличаване на освобождаването на ЕВ от соево брашно”Проучва как стойността на енергията, достъпна от соята, може да бъде увеличена. В този случай титруването се извършва чрез прилагане на ензим с активност за хидролизиране на галактозидните съединения, присъстващи в соевото брашно.

- Y "Ензимната концепция в PNAs за оптимизиране на производителността и формулирането във фуражите»В която са подробно описани продуктивните предимства при формулирането на фураж с ензимен комплекс с действие върху АНП на диетата на прасета и пилета.