A takarmány-összetevők munkacsoportja e
A takarmány-összetevők munkacsoportja e.v. (AWT) Enzimek az állati takarmányozásban. 2004
Szerzők: Dr. M. Bühler Dr. J. Limper Dr. A. Müller Dr. G. Schwarz Prof. O. Simon Dr. M. Sommer Dr. W. 2. tavasz
Kiadó és a tartalomért felelős: AWT (Az állati táplálkozás aktív összetevőinek munkacsoportja) Kapcsolattartó: Dr. H.-C. Pape Roonstraße 5 D-53175 Bonn Tel. +49 228 352400 Fax +49 228 361397 E-mail: [email protected] AWT kereskedelmi szövetség Az AWT, mint német nemzetközi kereskedelmi egyesület képviseli az Egyesült Államok szakmai, tudományos-technikai és gazdasági érdekeit a takarmány-adalékanyagok vezető gyártója és feldolgozója. Feladatok és célok A tagok érdekeinek képviselete és képviselete a hatóságokkal, kormányzati szervekkel, jogalkotó szervekkel, szakszervezetekkel és más intézményekkel nemzeti szinten A német adalékanyagok érdekeinek képviselete nemzetközi szinten Részvétel az adalékanyagok felvételi feltételeinek összehangolásában, a tagok tájékoztatása és tanácsadása minden témakörben és különösen a jelenlegi jogalkotási eljárásokról, a nyilvánosság tájékoztatása az adalékanyagok előnyeiről, biztonságosságáról és minőségéről az állati takarmányozásban 3
Tartalom 1. Bevezetés 1.1 Mik azok az enzimek? 5 1.2 Történeti fejlődés 5 2. Az enzimek osztályozása és tulajdonságai 2.1 Az enzimek nomenklatúrája 8 2.2 Endo- és exoenzimek 10 2.3 Az enzimek tulajdonságai 11 3. A termelés és az alkalmazási területek 3.1 A termelési folyamatok 13 3.2 Az enzimtermelő mikroorganizmusok osztályozása 15 3.3 Alkalmazási területek és jelentőségük 16 3.4 Felhasználás takarmányozásban 17 4. Szubsztrátok és tulajdonságaik 4.1 Szubsztrátok osztályozása 18 4.2 Tartalom a takarmányban 21 4.3 Az NSP-vegyületek és a fitát hatása állatokban 23 5. Az enzimek felhasználásának céljai és működési elve 5.1 Az endogén enzimek kiegészítése 25 5.2 Azokkal az enzimekkel való ellátás, amelyek nem az állat képezi 25 6. Takarmányenzimek a gyakorlatban 6.1 NSP-hasító enzimek 27 6.1.1 Az állatra és annak teljesítményére gyakorolt hatások 28 6.1.2 Lehetséges felhasználások az összetett takarmányban 29 6.1.3 A hatások gazdasági értékelése 31 6.2 Fitázok 33 6.2.1 A fitáz hatása 34 6.2.2 Lehetséges felhasználások az összetett takarmányban 35 6.3 Egyéb enzimek 37 7. Enzimek és Környezet 38 8. Elemzés 8.1 NSP enzimaktivitások meghatározása 40 8.2 Fitázaktivitás meghatározása 41 9. Alkalmazási formák, dózis és felhasználói biztonság az enzimtermékek számára 42 10. Gyakran használt kifejezések meghatározása 44 4
Az enzimek osztályozása és tulajdonságai 2.2 Endo- és exoenzimek 1. ábra Az exoenzimek és az endoenzimek támadási pontjainak sematikus ábrázolása elágazó molekuláris szálon Az állati takarmányozásban használt enzimek szempontjából a szubsztrát hasítási pontja nagy jelentőséggel bír az elérendő hatás szempontjából. Alapvetően különbséget tesznek az exo (külső) és az endo (belső) enzimek között. Az exoenzimek csak a molekuláris szál terminális építőköveit, míg az endoenzimek hasítják a molekulaszálon belüli kötéseket (lásd 1. ábra). Az endoenzimek tehát hatékonyan képesek lebontani a nagy és hosszú láncú molekulákat kisebb fragmentumokká. Ez különösen fontos a nem keményítő poliszacharidhasító enzimek emésztőrendszeri viszkozitására gyakorolt hatása szempontjából. 10.
Kivonás és alkalmazási területek 4. ábra Az enzimkivonás sematikus ábrázolása az Emers-folyamattal Víz-tápközeg Inoculum mixer Sterilizációs pufferoldat Fermentációs extrakció Szilárd/folyadék szétválás Csapadék Szilárd/folyadék szétválasztás Szárító enzim száraz termék 14
Termelés és alkalmazási területek 5. ábra Az enzimtermelés elve a víz alá merített eljárással A gombák képviselik az enzimtermelő mikroorganizmusok legnagyobb csoportját A legfontosabb nemzetségek: Aspergillus ssp., (Pl. A. niger), Penicillium ssp., Humicola ssp. (pl. H. insolens) és a Trichoderma ssp. (pl. T. longibrachiatum). Ezek a gombák enzimeket termelnek a legkülönfélébb szubsztrátok lebontására; Mindazonáltal közös az enzimek előállítása a növény sejtfalának összetevőinek lebontására magas polimer szénhidrátok formájában. A baktériumok csoportjából a Bacillus ssp. nagyon fontos. Különösen az alfa-amilázokat és proteázokat a Bacillus ssp. a Bacillus licheniformis és a Bacillus subtilis széles körben használják; a Bacillus fajok azonban β-glükanázokat és xilanázokat is előállíthatnak. 3.3 Alkalmazási területek és jelentősége Az iparilag előállított enzimek világpiacának mérete az elmúlt 25 évben több mint tízszeresére nőtt, és mostanra már 16
Szubsztrátok és tulajdonságaik 6. ábra Az amilopektin metszete. A glükózmolekulák 1,4 vagy 1,6 kötésben kapcsolódnak egymáshoz. 7. ábra α- és β-glikozidos kötések 19
Szubsztrátumok és tulajdonságaik 8. ábra Az 1,3-1,4-β-glükánok és az arabinoxilánok szerkezetének sematikus ábrázolása Az 1,3-1,4-β-glükánok, mint a cellulóz, β-glikozidszerűen kapcsolt glükózmolekulákból állnak (8. ábra) . A cellulózra jellemző 1,4 kötés mellett 1,3 kötésük is van. Ezek felelősek ezen β-glükánok erős elágazásáért és a vízvisszatartás (duzzanat) lehetőségéért, és így többek között a táplálékellenes hatásért (a viszkozitás növekedéséért). A rozsban és a búzában főként arabinoxilánként jelenlévő pentozánok szintén erős viszkozitásnövelő és így táplálékellenes hatásúak. Az arabinoxilánok a xilopiranóz fő láncából és az arabinofuranóz oldalláncaiból állnak. Az 1,3-1,4-β-glükánok és az arabinoxilánok szerkezetének sematikus ábrázolását a 8. ábra mutatja. Ezeken a nem keményítő poliszacharidokon (NSP) kívül főleg növényi alapú anyagok vannak 20
Szubsztrátok és tulajdonságaik 10. ábra A bél viszkozitásának hatása Viszkozitást növelő poliszacharidok Fokozott bél viszkozitás Csökkentett emésztőrendszeri áteresztési sebesség Csökkentett takarmánybevitel Fokozott bélflóra növekedés Tápanyag-verseny a gazda és a mikroflóra között Csökkent tápanyag-bevitel Megnövekedett bél viszkozitás Csökkent tápanyag-rendelkezésre állás A növekedési teljesítmény és a takarmány átalakulásának romlása Vékonybél, ami fokozott endogén fehérjeveszteséghez vezethet. A rendeltetésszerű felhasználás szerint a takarmányenzimek alapvetően a következőkre oszthatók: a) Enzimek, amelyek mennyiségileg kiegészítik a monogasztrikus állatok endogén emésztőrendszerét (pl. Proteázok, amilázok, lipázok). Fitázok) 24