Pracovná skupina pre účinné látky vo výžive zvierat e
Pracovná skupina pre účinné látky vo výžive zvierat e.v. (AWT) Enzýmy vo výžive zvierat. 2004
Autori: Dr. M. Bühler Dr. J. Limper Dr. A. Müller Dr. G. Schwarz prof. O. Simon Dr. M. Sommer Dr. W. jar 2
Vydavateľ a zodpovedný za obsah: AWT (Pracovná skupina pre účinné látky vo výžive zvierat) Kontakt: Dr. H.-C. Pape Roonstraße 5 D-53175 Bonn Tel. +49 228 352400 Fax +49 228 361397 E-Mail: [email protected] AWT obchodné združenie AWT ako nemecké obchodné združenie s medzinárodnými aktivitami zastupuje profesionálne, vedecko-technické a ekonomické záujmy popredný výrobca a spracovateľ doplnkových látok pre výživu zvierat. Úlohy a ciele Zastupovanie záujmov členov a ich zastupovanie pred orgánmi, vládnymi agentúrami, zákonodarnými orgánmi, odbornými organizáciami a inými inštitúciami na národnej úrovni Zastupovanie nemeckých záujmov v oblasti prísad na medzinárodnej úrovni Účasť na harmonizácii podmienok prijatia prísad, informovanie a poradenstvo členom vo všetkých záležitostiach týkajúcich sa jednotlivých predmetov. a najmä o súčasných legislatívnych postupoch informovania verejnosti o výhodách, bezpečnosti a kvalite doplnkových látok vo výžive zvierat 3
Obsah 1. Úvod 1.1 Čo sú to enzýmy? 5 1.2 Historický vývoj 5 2. Klasifikácia a vlastnosti enzýmov 2.1 Nomenklatúra enzýmov 8 2.2 Endo a exoenzýmy 10 2.3 Vlastnosti enzýmov 11 3. Produkcia a oblasti použitia 3.1 Výrobné procesy 13 3.2 Klasifikácia mikroorganizmov produkujúcich enzýmy 15 3.3 Oblasti použitia a význam 16 3.4 Použitie vo výžive zvierat 17 4. Substráty a ich vlastnosti 4.1 Klasifikácia substrátov 18 4.2 Obsah krmiva 21 4.3 Účinky NSP zlúčenín a fytátu u zvierat 23 5. Ciele použitia enzýmov a princíp fungovania 5.1 Doplnenie endogénnych enzýmov 25 5.2 Dodávka enzýmov, ktoré nie sú tvorené zvieraťom 25 6. Kŕmne enzýmy pri praktickom použití 6.1 NSP-štiepiace enzýmy 27 6.1.1 Účinky na zviera a jeho účinnosť 28 6.1.2 Možné použitia v kŕmnych zmesiach 29 6.1.3 Ekonomické hodnotenie účinkov 31 6.2 Fytázy 33 6.2.1 Účinok fytázy 34 6.2.2 Možné použitia v kŕmnych zmesiach 35 6.3 Iné enzýmy 37 7. Enzýmy a Životné prostredie 38 8. Analýzy 8.1 Stanovenie aktivity enzýmov NSP 40 8.2 Stanovenie aktivity fytázy 41 9. Formuláre žiadosti, dávkovanie a bezpečnosť používateľov pre enzýmové výrobky 42 10. Definícia často používaných výrazov 44 4
Klasifikácia a vlastnosti enzýmov 2.2 Endoenzýmy a exoenzýmy Obrázok 1 Schematické znázornenie miest pôsobenia exoenzýmov a endoenzýmov na rozvetvený molekulárny reťazec Pre enzýmy používané vo výžive zvierat má pre dosiahnutie dosiahnutého účinku veľký význam štiepny bod substrátu. V zásade sa rozlišuje medzi exo (vonkajšími) a endo (vnútornými) enzýmami. Exo-enzýmy štiepia iba terminálne stavebné bloky molekulárneho vlákna, zatiaľ čo endoenzýmy štiepia väzby v molekulárnom vlákne (pozri obrázok 1). Endoenzýmy preto môžu účinne štiepiť veľké molekuly s dlhým reťazcom na menšie fragmenty. To má osobitný význam pre vplyv neškrobových enzýmov štiepiacich polysacharidy na viskozitu tráviacej buničiny. 10
Extrakcia a oblasti použitia Obrázok 4 Schematické znázornenie extrakcie enzýmu pomocou Emersovho procesu Voda Živné médium Inokulačný mixér Sterilizácia Pufrový roztok Fermentácia Extrakcia Oddelenie pevná látka/kvapalina Zrážanie Oddelenie pevná látka/kvapalina Sušiaci enzým suchý produkt 14
Produkcia a oblasti použitia Obrázok 5 Princíp výroby enzýmov ponoreným procesom Huby predstavujú najväčšiu skupinu mikroorganizmov produkujúcich enzýmy. Najdôležitejšie rody sú: Aspergillus ssp., (Napr. A. niger), Penicillium ssp., Humicola ssp. (napr. H. insolens) a Trichoderma ssp. (napr. T. longibrachiatum). Tieto huby produkujú enzýmy na odbúravanie najrôznejších substrátov; Všetky však majú spoločné to, že je produkcia enzýmov, ktoré rozkladajú zložky rastlinných bunkových stien vo forme vysokopolymérnych sacharidov. Zo skupiny baktérií Bacillus ssp. naozaj dôležité. Najmä alfa-amylázy a proteázy produkuje Bacillus ssp. vyrobené, pričom Bacillus licheniformis a Bacillus subtilis sa široko používajú; β-glukanázy a xylanázy však môžu byť tiež produkované druhmi Bacillus. 3.3 Oblasti použitia a význam Veľkosť svetového trhu s priemyselne vyrábanými enzýmami sa za posledných 25 rokov zvýšila viac ako desaťkrát a v súčasnosti je dobrá 16
Substráty a ich vlastnosti Obrázok 6 Rez od amylopektínu. Molekuly glukózy sú navzájom spojené 1,4 väzbou alebo 1,6 väzbou. Obrázok 7 α- a β-glykozidové väzby 19
Substráty a ich vlastnosti Obrázok 8 Schematické znázornenie štruktúry 1,3-1,4-β-glukánov a arabinoxylánov. 1,3-1,4-β-glukány, podobne ako celulóza, sú zložené z β-glykozidicky spojených molekúl glukózy (obrázok 8). . Okrem 1,4 väzieb, ktoré sú charakteristické pre celulózu, majú aj 1,3 väzby. Sú zodpovedné za silné rozvetvenie týchto β-glukánov a za možnosť zadržiavania vody (napučiavania), a teda okrem iného za antinutričný účinok (zvýšenie viskozity). Pentosany, ktoré sú prítomné hlavne ako arabinoxylány v raži a pšenici, majú tiež silný účinok zvyšujúci viskozitu, a teda anti-výživný účinok. Arabinoxylány pozostávajú z hlavného reťazca xylopyranózy a bočných reťazcov arabinofuranózy. Schematické znázornenie štruktúry 1,3-1,4-p-glukánov a arabinoxylánov je znázornené na obrázku 8. Okrem týchto neškrobových polysacharidových látok (NSP) existuje hlavne 20 rastlín
Substráty a ich vlastnosti Obrázok 10 Vplyv intestinálnej viskozity Zvýšená viskozita polysacharidov Zvýšená intestinálna viskozita Znížená rýchlosť prechodu tráviacou dužinou Znížený príjem krmiva Zvýšený rast črevnej flóry Konkurencia živín medzi hostiteľom a mikroflórou Znížený príjem živín Zvýšená črevná viskozita Znížená dostupnosť živín Zhoršenie vylučovania a premeny krmiva na tráviaci systém Tenké črevo, čo môže viesť k zvýšeným stratám endogénnych bielkovín. Podľa zamýšľaného použitia sa kŕmne enzýmy dajú v zásade rozdeliť na: a) enzýmy, ktoré sú určené na kvantitatívne doplnenie endogénnych tráviacich enzýmov monogastrických zvierat (napr. Proteázy, amylázy, lipázy) b) enzýmy, ktoré monogastrické zvieratá neprodukujú (napr. Β-glukanázy, pentosanázy, α-galaktozidázy, Fytázy) 24