В России нашли способ одновременно получать ферменты для расщепления крахмала и белков с помощью зерновых отходов
Во многих отраслях промышленности сегодня активно используются ферменты. Без них не обходятся и в производстве кормов для животных. Они помогают расщеплять сложные компоненты — крахмал, белки, клетчатку — до простых молекул, которые организм способен легко усвоить. Однако большинство таких добавок содержат только один фермент, из-за чего фермерам приходится покупать сразу несколько разных препаратов, чтобы в корме расщеплялись все вещества и животные могли получить необходимые питательные элементы. Ученые Пермского Политеха впервые в России выяснили, как создать добавку, которая будет одновременно расщеплять и крахмал, и белки, используя при этом дешевое отечественное сырье. Это позволит разрабатывать комплексные препараты, снизив зависимость хозяйств от зарубежных поставок.
Животноводство — одна из ключевых отраслей сельского хозяйства. Она обеспечивает население основными продуктами питания: мясом, молоком и яйцами, а от ее эффективности напрямую зависит продовольственная стабильность страны.
Чтобы свиньи, курицы и крупный рогатый скот получали все необходимые питательные вещества, в их корм добавляют ферменты — биологические катализаторы. Они помогают расщеплять сложные компоненты, например, крахмал, белки или клетчатку, на более простые молекулы. В таком виде организм животного легче усваивает их и получает энергию для роста. Без этих катализаторов значительная часть корма проходила бы через желудочно-кишечный тракт, не принося пользы.
Для получения ферментов в промышленности применяют микроорганизмы — чаще всего это бактерии или плесневые грибы. В процессе своей жизнедеятельности они вырабатывают вещества, которые необходимы для создания кормовых добавок. Но чтобы микроорганизмы активно размножались и выделяли ферменты, их нужно «кормить». В качестве еды для бактерий и грибов сегодня используют специальные смеси, содержащие питательные субстраты. От их качества и состава напрямую зависит, сколько ферментов удастся получить в итоге.
В основном микроорганизмы кормят дорогими очищенными компонентами — дрожжевым или кукурузным экстрактом, очищенным крахмалом или глюкозой. Эти субстраты дают много ферментов, но при этом дорого стоят, что влияет на конечную цену добавок.
В последние годы во всем мире активно ищут способы заменить дорогие питательные среды на более дешевые, чтобы не только снизить стоимость ферментов, но и решить проблему утилизации миллионов тонн промышленных отходов. Перспективным сырьем считаются отруби, лузга и солома — они есть в избытке в любом регионе. Однако в отечественной науке до сих пор отсутствуют данные о том, какие именно виды российских отходов лучше использовать и как их подготавливать. Это не позволяет наладить собственное производство кормов на основе местного сырья.
В результате производители вынуждены либо продолжать использовать дорогие питательные среды, либо закупать уже готовые добавки за рубежом. Проблема в том, что большинство кормов содержат только один фермент, то есть способны расщеплять либо только крахмал, либо белок. Однако рацион животных включает оба этих компонента, поэтому для полноценного усвоения еды нужны оба типа ферментов одновременно.
Применение монопрепаратов ведет к тому, что фермеру нужно покупать сразу несколько разных кормов. Также это может вызвать дисбаланс в организме животного и болезни пищеварения, поскольку один компонент усваивается эффективно, а другой нет.
Ученые Пермского Политеха выяснили, с помощью каких российских зерновых отходов можно получать ферментные препараты, способные одновременно расщеплять и крахмал, и белки. Это позволит создавать комплексные кормовые добавки, используя при этом дешевое сырье. Статья опубликована в сборнике материалов конференции «Химия. Экология. Урбанистика».
Сначала исследователи выделили из российского природного источника (сена) новый штамм бактерий, относящийся к виду Bacillus subtilis. Этот микроорганизм был выбран не случайно: он безопасен для животных, выдерживает высокие температуры и длительное хранение, а также является естественным обитателем кишечной микрофлоры и обладает пробиотической активностью.
Взяли именно природный штамм, поскольку промышленные варианты часто являются генетически модифицированными и адаптированными под дорогие субстраты. На отходах они либо не растут, либо дают низкий выход ферментов. Именно поэтому ученые отдают предпочтение микроорганизмам из естественной среды обитания, которые с большей вероятностью будут активно размножаться на нестандартном сырье.
— Необходимо было выяснить, как поведет себя штамм в разных условиях и какие ферменты он будет вырабатывать. Для этого мы провели серию экспериментов: выращивали бактерии, меняя источники питания. В качестве субстратов использовали в первую очередь крахмал и муку — классическую среду, на которой микроорганизмы дают высокую ферментативную активность. Также мы взяли отруби (пшеничные и овсяные), поскольку они считаются самыми массовыми и доступными отходами мукомольного производства в России, — рассказала Анна Портнова, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат химических наук.
Культивирование длилось шесть суток в условиях, приближенных к промышленным. После завершения выращивания ученые измерили два ключевых показателя: протеолитическую и амилолитическую активность, то есть способность расщеплять белок и крахмал, соответственно.
— Результаты показали, что лучше всего белки расщеплялись в том случае, когда использовалась питательная среда, содержащая овсяные отруби. Эффективность оказалась более чем в два раза выше, чем на пшеничных. С крахмалом они также показали хороший результат, почти сравнимый с дорогой питательной средой. Таким образом, овсяные отруби стали наилучшим субстратом для одновременного получения обоих типов ферментов. При этом ранее считалось, что для эффективного синтеза разных ферментов требуются различные условия. Полученные данные впервые показывают, что это не так, — дополнила Анна Портнова.
Результаты исследования открывают возможность создания комплексных кормовых добавок на основе отечественного сырья, которые будут одновременно расщеплять и крахмал, и белки, заменяя собой несколько импортных монопрепаратов.
Кроме ферментативной функции, они будут обладать пробиотическим действием. Бактерии Bacillus subtilis подавляют патогенную микрофлору, укрепляют иммунитет и выделяют витамины. При этом такие микроорганизмы безопасны, устойчивы к кислой среде желудка и высоким температурам, что позволяет использовать их в кормах.
Разработка позволит снизить себестоимость кормления животных, сократить зависимость от зарубежных поставок и вовлечь в производственный цикл миллионы тонн зерновых отходов. Это сделает ферментные препараты более доступными для отечественных хозяйств и повысит конкурентоспособность российского животноводства.
Telegram 
Дзен 
VK 
