Grup de lucru pentru ingrediente active în hrana animalelor e
Grup de lucru pentru ingrediente active în hrana animalelor e.v. (AWT) Enzime în hrana animalelor. 2004
Autori: Dr. M. Bühler Dr. J. Limper Dr. A. Müller Dr. G. Schwarz Prof. O. Simon Dr. M. Sommer Dr. W. Primăvara 2
Editor și responsabil pentru conținutul: AWT (Grupul de lucru pentru ingrediente active în nutriția animalelor) Contact: Dr. H.-C. Pape Roonstraße 5 D-53175 Bonn Tel. +49 228 352400 Fax +49 228 361397 E-mail: [email protected] Asociația comercială AWT AWT ca asociație comercială germană cu activități internaționale reprezintă interesele profesionale, științifico-tehnice și economice ale principal producător și procesator de aditivi pentru hrana animalelor. Sarcini și obiective Reprezentarea intereselor membrilor și reprezentarea acestora față de autorități, agenții guvernamentale, organe legislative, organizații specializate și alte instituții la nivel național Reprezentarea intereselor germane în aditivi la nivel internațional Participarea la armonizarea condițiilor de admitere a aditivilor, informarea și consilierea membrilor cu privire la toate subiectele specifice și în special despre procedurile legislative actuale, informând publicul despre beneficiile, siguranța și calitatea aditivilor în hrana animalelor 3
Cuprins 1. Introducere 1.1 Ce sunt enzimele? 5 1.2 Dezvoltarea istorică 5 2. Clasificarea și proprietățile enzimelor 2.1 Nomenclatura enzimelor 8 2.2 Endo- și exo-enzime 10 2.3 Proprietățile enzimelor 11 3. Producția și domeniile de aplicare 3.1 Procesele de producție 13 3.2 Clasificarea microorganismelor producătoare de enzime 15 3.3 Domenii de aplicare și semnificație 16 3.4 Utilizare în hrana animalelor 17 4. Substraturi și proprietățile acestora 4.1 Clasificarea substraturilor 18 4.2 Conținutul în furaje 21 4.3 Efectele compușilor NSP și fitatul la animale 23 5. Obiectivele utilizării enzimei și principiul de funcționare 5.1 Suplimentarea enzimelor endogene 25 5.2 Furnizarea de enzime care nu sunt formate de animal 25 6. Enzime furajere în uz practic 6.1 Enzime despărțitoare NSP 27 6.1.1 Efecte asupra animalului și performanța acestuia 28 6.1.2 Utilizări posibile în furaje compuse 29 6.1.3 Evaluarea economică a efectelor 31 6.2 Fitaze 33 6.2.1 Efectul fitazei 34 6.2.2 Utilizări posibile în furajele compuse 35 6.3 Alte enzime 37 7. Enzime și Mediu 38 8. Analitică 8.1 Determinarea activităților enzimei NSP 40 8.2 Determinarea activității fitazelor 41 9. Formularele de aplicare, dozajul și siguranța utilizatorului pentru produsele enzimatice 42 10. Definiția termenilor folosiți frecvent 44 4
Clasificarea și proprietățile enzimelor 2.2 Endo- și exoenzime Figura 1 Reprezentarea schematică a punctelor de atac ale exoenzimelor și endo-enzimelor pe o catenă moleculară ramificată Pentru enzimele utilizate în nutriția animalelor, punctul de clivaj al substratului este de o mare importanță pentru efectul care trebuie atins. În principiu, se face distincția între enzimele exo (externe) și endo (interne). Exo-enzimele se despart numai de blocurile terminale ale catenei moleculare, în timp ce endo-enzimele împart legăturile în catena moleculară (vezi Figura 1). Endoenzimele pot deci descompune în mod eficient moleculele mari și cu lanț lung în fragmente mai mici. Acest lucru este deosebit de important pentru influența enzimelor care scindează polizaharidele fără amidon asupra vâscozității pulpei digestive. 10
Extracția și domeniile de aplicare Figura 4 Reprezentarea schematică a extracției enzimei folosind procesul Emers Apă. Mediu de cultură Mixer de inocul
Producția și domeniile de aplicare Figura 5 Principiul producției de enzime utilizând procesul scufundat Ciupercile reprezintă cel mai mare grup de microorganisme producătoare de enzime. Cele mai importante genuri sunt: Aspergillus ssp., (De ex. A. niger), Penicillium ssp., Humicola ssp. (de ex. H. insolens) și Trichoderma ssp. (de ex. T. longibrachiatum). Aceste ciuperci produc enzime pentru a descompune o mare varietate de substraturi; Cu toate acestea, toate au în comun producția de enzime pentru a descompune componentele peretelui celular al plantelor sub formă de carbohidrați cu conținut ridicat de polimeri. Din grupul de bacterii, Bacillus ssp. foarte important. Alfa-amilazele și proteazele sunt produse în special de Bacillus ssp. produs, cu Bacillus licheniformis și Bacillus subtilis fiind utilizate pe scară largă; cu toate acestea, β-glucanazele și xilanazele pot fi produse și de speciile Bacillus. 3.3 Domenii de aplicare și importanță Dimensiunea pieței mondiale a enzimelor produse industrial a crescut de peste zece ori în ultimii 25 de ani și este acum bine 16
Substraturi și proprietățile lor Figura 6 Secțiunea din amilopectină. Moleculele de glucoză sunt legate între ele într-o legătură 1,4 sau o legătură 1,6. Figura 7 Legături α- și β-glicozidice 19
Substraturi și proprietățile lor Figura 8 Reprezentarea schematică a structurii 1,3-1,4-β-glucanilor și arabinoxilanilor 1,3-1,4-β-glucani, precum celuloza, sunt compuse din molecule de glucoză legate β-glicozidic (Figura 8) . Pe lângă legăturile 1,4, care sunt caracteristice celulozei, ele au și 1,3 legături. Aceștia sunt responsabili pentru ramificarea puternică a acestor β-glucani și posibilitatea retenției de apă (umflare) și astfel i.a. responsabil pentru efectul anti-nutrițional (creșterea vâscozității). Pentosanii, care sunt prezenți în principal ca arabinoxilani în secară și grâu, au, de asemenea, un puternic efect de creștere a vâscozității și, astfel, anti-nutrițional. Arabinoxilanii constau dintr-un lanț principal de xilopiranoză și lanțuri laterale de arabinofuranoză. O reprezentare schematică a structurii 1,3-1,4-β-glucanilor și arabinoxilanilor este prezentată în Figura 8. Pe lângă aceste substanțe polizaharide non-amidon (NSP), există în principal 20 de plante
Substraturi și proprietățile lor Figura 10 Influența vâscozității intestinale Polizaharide care cresc viscozitatea Vâscozitatea intestinală crescută Viteza de trecere redusă a pulpei digestive Aport redus de hrană Creșterea crescută a florei intestinale Concurența nutrienților dintre gazdă și microflora Reducerea absorbției nutrienților Creșterea vâscozității intestinale Reducerea disponibilității nutrienților Deteriorarea performanței de creștere Intestinul subțire, care poate duce la pierderi crescute de proteine endogene. Conform utilizării prevăzute, enzimele furajere pot fi practic împărțite în: a) Enzime care sunt destinate să completeze cantitativ enzimele digestive endogene ale animalelor monogastrice (de exemplu, proteaze, amilaze, lipaze) Fitaze) 24