Ксиланаза что это такое

Ксиланаза (ЕС 3.2.1.8) является любым из класса ферменты которые разрушают линейный полисахарид ксилан в ксилоза, [1] таким образом разрушая гемицеллюлоза, один из важнейших компонентов растения клеточные стенки.

Коммерческие применения ксиланазы включают хлор-свободный отбеливание древесной массы до производство бумаги процесс, и повышенная усвояемость силос (в этом аспекте он также используется для ферментативных компостирование). [3]

В будущем ксиланаза может быть использована для производства биотопливо из непригодного для использования растительного материала. [14]

Синонимы

Источник

Корма и кормовые добавки

Кормовые ферменты, расщепляющие некрахмалистые полисахариды

Пищеварительная система высокопродуктивных моногастричных животных не способна перерабатывать ряд сложных органических соединений, в числе которых некрахмалистые полисахариды. Использование в составе комбикормов специализированных энзимов позволяет повысить питательность рациона, а также уменьшить вероятность возникновения болезней кишечника, способствуя росту полезной микрофлоры.

В живом организме ферменты выполняют роль природных катализаторов биохимических реакций, которые обеспечивают изменение химического состава и свойств молекул.

Ферменты, расщепляющие некрахмалистые полисахариды (НПС), включаются в рационы с высоким содержанием зерна и зернобобовых и продуктов их переработки. Без их применения высокой конверсии корма в промышленном разведении животных достичь невозможно. Использование в кормопроизводстве энзимов полностью безопасно и способствует снижению выброса вредных газов и уменьшению выхода навоза. Благодаря этим биологически активным компонентам рациона возможно вводить в состав комбикорма нетрадиционные виды фуражных культур (рожь, овес, тритикале, семена рапса, подсолнечника и др.), добиваясь улучшения конверсии корма.

Некрахмалистые полисахариды являются сложными молекулами моносахаридов, связанными гликозидными мостиками, и обеспечивают природную защиту и прочность клеточных стенок растений. В желудочно-кишечном тракте животных они либо полностью не перевариваются, либо ферментируются незначительно. Различают частично водорастворимые (пектины, ксиланы, β-глюканы), а также нерастворимые в воде НПС (целлюлоза).

В составе комбикормов для скота и птицы в качестве добавок сегодня широко используются β-глюканазы, ксиланазы, маннаназы, пектиназы, целлюлазы, которые относятся к группе карбоангидраз. Ряд кормовых добавок разработан под конкретные профили рационов, содержащих определенные группы кормового сырья (кукурузу, подсолнечник, овес, пшеницу, шроты и др.).

Ферментные препараты для гидролиза НПС производятся как в виде так называемых моноферментов, так и в форме комплексных добавок. В промышленных условиях они могут быть произведены с применением микроорганизмов, полученных с помощью традиционных методов мутагенеза и селекции, либо с применением генетических технологий.

Каждый фермент способен воздействовать на определенный субстрат. Существует мнение, что чем больше видов энзимов используется в рационе, тем больше балластных веществ будет переработано и усвоено. Клеточная стенка растений имеет сложное надмолекулярное строение, в ее состав входит множество различных НПС и в различном соотношении в зависимости от вида растения. Очевидно, что она разрушается быстрее при одновременном воздействии на нескольких видов НПС-ферментов, прежде всего карбогидраз, расщепляющих структурные («скелетные») полисахариды растений: целлюлозу, глюкан и ксилан. В связи с этим для промышленного животноводства и птицеводства актуальны мультиферментные комплексы (Кингзим, Мегабленд GX, Мегабленд РGX, Мегабленд PPGX, Люминаза 5500 ХР, Ровабио Макс АР, Ровабио Эксель АР, Ронозим МультиГрейн GT, Оллзайм SSF, Кемзайм, Нордитокс-МЭК-Б, Фидбест VGPro G и др.).

Эффективность действия кормовых ферментных препаратов определяется высокой молекулярной активностью входящих в их состав ферментов, низким содержанием балластных веществ, а также соотношением различных ферментов в зависимости от типа рациона и вида животного.

Современные коммерческие добавки, воздействующие на НПС, не должны подвергаться воздействию природных ингибиторов, содержащихся в зерне и продуктах его переработки. Например, грибковая эндо-глюканаза, продуцируемая микроорганизмами рода Trichoderma, на основе которой производится, в частности, продукция российских компаний «Агро-фермент», «Биовет-Фермент», НПЦ «Агросистема», обладает целлюлазной, β-глюканазной, ксилоглюканазной и ксиланазной активностью и при этом не подвергается воздействию белковых ингибиторов злаков.

В настоящее время актуально применять кормовые ферменты не только при производстве комбикормов, которые не проходят тепловую обработку. Благодаря созданию термостабильных добавок возможно сохранение активности энзимов при 80°С в течение 5–10 мин., что позволяет изготавливать корм в гранулах.

Некрахмалистые полисахариды гемицеллюлозы — ксилан, арабиноксиланы и другие пентозные полисахариды содержат пшеничные отруби, подсолнечный жмых и шрот, соевый и рапсовый шрот, ячмень и другие корма. Арабиноксиланы являются наиболее распространенными среди некрахмалистых полисахаридов.

Фермент ксиланаза способствует высвобождению из клеток растения белка, крахмала, пектина и образованию простых сахаров путем разложения арабиноксиланов до молекулы ксилозы.

Ксиланаза является самым термолабильным ферментом из НПС-гидролаз, поэтому требует особого подхода при производстве и применении готовых форм ферментных препаратов.

Ксиланазные активности содержат кормовые ферменты Вегазим, Люминаза 5500 ХР, Мегаксилан HC 200 TS, Мегаксилан 10000 ТС, Ронозим WX 5000 CT, Ронозим WX 2000 C, Ровабио Макс Эдванс Р, Акстра ХАР 101 ТРТ, Сантаза М, ФРА Октазайм Сухой, Эконаза XT, Хостазим X-50, Агрокисл, Агрокисл Премиум и др.

Продуценты ксиланаз: Aspergillus oryzae, Trichoderma reesei, Pichia pastoris, Trichoderma viride,

Trichoderma longibrachiatum, Bacilus subtilus и др.

Повысить эффективность ксиланаз способна эстераза феруловой кислоты — фермент, который

разрушает эту кислоту, связывающую молекулы арабиноксиланов и лигнина в растительной клеточной стенке, благодаря чему НПС способны ферментироваться. Эстераза феруловой кислоты входит в состав препарата Кемзайм XPF.

Кормовые маннаназы рекомендуются для включения в рационы с содержанием продуктов переработки сои и подсолнечника (зерна, шрота, жмыха), а также бобовых, масел рапса и сои. Маннаны содержатся также в кукурузе, пшеничных отрубях и крупке.

Фермент β-маннаназа расщепляет полисахариды маннаны (с образованием глюкозы и маннозы), снижая вязкость химуса и повышая энергетическую питательность корма в среднем на 50–100 ккал/кг.

Манноза служит субстратом для размножения синбиотической микрофлоры в кишечнике, стимулируя процессы естественной резистентности животных, а также увеличивает переваримость рациона.

Благодаря включению в рацион маннаназ возможно снижать воздействие микотоксинов на организм птицы и свиней, так как продукты распада маннанов (МОС) могут связывать и выводить из кишечника ряд токсичных молекул.

На сегодняшний день в России реализуются кормовые маннаназы, способные выдерживать гранулирование и экспандирование при температуре до 85°С. Среди них кормовые добавки в форме гранул Мисма Зим М, Циньлеван и др. Маннаназу содержат добавки СТсзим, Сантаза М, Хемицелл и др.

К промышленным штаммам — продуцентам кормовых маннаназ относятся как бактерии, так и микроскопические грибки (Rhizomucor miehei, Aspergillus niger, Bacillus subtilis, Paenibacillus lentus и др.)

Полимер целлюлоза состоит из молекул глюкозы, связанных между собой β-1,4-глюкозидной связью; полимер β-глюкан представляет собой молекулы глюкозы, связанные между собой β-1,3-глюкозидной связью. Известны соответствующие ферменты, которые специфически гидролизуют именно эти связи. В настоящее время в состав комплексных НПС-препаратов обычно включают энзим, который способен гидролизовать обе связи.

Кормовая β-глюканаза воздействует на целлюлозу и β-глюканы с образованием свободных остатков глюкозы и олигосахаридов. Рекомендуется для применения во всех рационах для всех видов животных (даже для крупного рогатого скота). Является главным элементом комплексных кормовых ферментов. Продуценты кормовых β-глюканаз: Aspergillus niger, Trichoderma reesei, Trichoderma viride, Bacilus subtilus, Pichia pastoris и др.

Микрофлора кишечника животных в небольшом количестве способна синтезировать фермент целлюлазу, однако этого недостаточно для высокопродуктивных пород и кроссов, чьи профили рациона содержат высокий уровень зерна и продуктов его переработки. Такие корма, как пшеничные отруби, подсолнечный жмых и шрот, соевый шрот, овес, ячмень, пшеничная крупка, характеризуются высоким уровнем целлюлозы. В результате воздействия целлюлазы образуются целлоолигосахариды, глюкоза и целлобиоза (дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы).

Продуценты целлюлазы, применяемой в кормлении животных: Trichoderma reesei, Trichoderma longibrachiatum, Aspergillus niger, Penecillium и др.

Разработка добавок, содержащих термостабильную ксиланазу и целлюлазу, очень важна для развития производства гранулированных кормов. Высокой термостабильностью обладают, в частности, целлюлазы некоторых штаммов грибов рода Penicillium и Trichoderma.

Полисахариды пектины способствуют сгущению кормовой массы, передвигающейся в желудочно-кишечном тракте, что замедляет процессы ферментации пищи, всасывание минералов и витаминов, поэтому они вредны в больших количествах. Источником пектина являются подсолнечный, соевый и рапсовый шрот, горох, люпин, свекловичный жом и меласса, пшеничные отруби и другие корма. Фермент пектиназа обычно входит в состав комплексных кормовых энзимов, таких как Ронозим VP CT.

Продуценты пектиназ: Aspergillus niger, Aspergillus aculeatus, Aspergillus awamori и др.

Импортные ферменты, разрушающие НПС

Советский Союз с 1976 года впервые в мире начал промышленное производство кормовых ферментных препаратов. В России имеются современные научные разработки и достаточно мощностей биохимических заводов, производящих и способных производить ферментные препараты для полного удовлетворения внутреннего спроса. Однако сейчас российские производители комбикормов для животных широко используют зарубежную продукцию.

Полное замещение импорта не происходит в силу ряда причин. Главная из них — отсутствие протекционалистической политики в этой области биотехнологии (рыночная экономика). Недорогие препараты из Китая и Европы занимают большую часть рынка. Вторая причина — производство кормовых ферментов требует больших финансовых вложений в переоборудование простаивающих биохимических мощностей, в технологии и научные исследования, реализации лояльной политики по предоставлению льгот по кредитам и налогам.

Третья причина — низкая информированность отечественных животноводов и птицеводов по вопросам ферментных препаратов в целом. Россельхознадзором зарегистрировано более 150 ферментных препаратов, из них свыше 60 наименований, расщепляющих НПС, в том числе комплексные средства.

По данным «ВетАналитик»/«ФармАналитик Про», в 2019 г. в Россию было завезено свыше 3,25 тыс. тонн ферментов НПС на сумму более 26,25 млн USD. Лидирующие позиции в рейтингах импорта занимают ферментные препараты Хостазим Комбифос, Хостазим X-50, Акстра XB 201 TPT, Натугрэйн TS, Хостазим Комби, Ровабио Макс Эдванс Р, Биоксидаза и Акстра ХВ 201 L (табл. 1 и 2).

Наиболее высоким спросом в России сегодня пользуется продукция компаний Huvepharma, DuPont (Danisco), DSM, BASF, Alltech, CTCBIO и Adisseo (табл. 3). Доля импорта в натуральном выражении ТОП-5 в 2019 г. составила 64% (рис. 1). Это иллюстрирует здоровую рыночную конкурентную среду.

Отечественное производство кормовых ферментов, разрушающих НПС

Российские кормовые добавки, расщепляющие НПС, представляют собой в основном мультиэнзимные композиции, в том числе содержащие ферменты последнего поколения (табл. 5).

Среди международных компаний, разместивших производство ферментных кормовых добавок в России, следует отметить холдинг Kemin, открывший в 2017 г. завод в Липецке. Исконно российских производителей немного, но их успехи в производстве кормовых энзимов нельзя не отметить. Например, биотехнологической компанией «Сиббиофарм» создана фирменная программа применения ферментных препаратов для птицеводства и свиноводства «Биоцикл» (Biocycle). Она позволяет подобрать оптимальное решение для каждого клиента индивидуально: сочетать различные комбинации ферментов в зависимости от вида животного, рациона кормления и физиологического состояния. Компания выпускает широкий ассортимент ферментов, в том числе не имеющий аналогов в мире термостабильный микрогранулированный мультиэнзимный комплекс Фидбест VGPro G, содержащий 5 декларированных активностей.

Биотехнологическая компания «МегаВланд» создает на своей базе ряд моноферментных препаратов различных активностей, таких как Мегаксилан, Мегаглюкан, Мегафос, Мегапрот, а также линейку мультиэнзимных комплексов Мегабленд GX, PGX, PPGX, способных полностью закрыть вопрос антипитательных факторов.

Компания «БИОТРОФ» производиткормовые добавки на основе пробиотиков с выраженными ферментативными особенностями. Среди оригинальных решений, предлагаемых специалистами компании, — водорастворимая добавка Ликвипро, повышающая высвобождение питательных веществ из клетчатки корма. Крупным конкурентным преимуществом компании является наличие сильной научно-технической базы.

Известным производителем кормовых добавок НПЦ «Агросистема» создан ряд рецептур кормовых ферментов. Среди достижений компании — комплекс ЭнзиМатрикс на основе 9 ферментных активностей (фитазы, ксиланазы, глюканазы, целлюлазы, манназы, пектиназы, липазы, протеазы и амилазы).

Компания «Агрофермент» совместно с ФИЦ Биотехнологии РАН недавно разработала и запустила в производство мультиферментные НПС-препараты нового поколения Агроксил Плюс, Агроцелл Плюс и Агроксил Премиум, обладающие ксиланазной, целлюлазной и β-глюканазной активностью, а также АгроПрот (комбинация протеаз, ксиланаз и β-глюканаз).

Источник

Ксиланаза что это такое

У кормов на основе зерна вязкость субстрата в основном зависит от двух факторов: климатических условий и сортовых свойств. В засушливый год зерна злаков формируют в пищеварительном тракте более вязкую субстанцию и более липкий помет, чем во влажные годы.

Эффект добавления ксиланазы в корма

Большую часть производимой для животноводства ксиланазы в рационе птицы используют вместе с фитазой, что особенно выгодно потому, что в процессе пищеварения высвобождается и усваивается столь необходимый животным фосфор.

Мы приводим краткую таблицу необходимости добавления ферментов в корма на основе самых популярных злаков:

В процессе использования ферментных добавок часто возникает насущная технологическая проблема: на высокотемпературной стадии гранулирования кормов (≥80ºС) ферментативная
активность падает или сводится к нулю. Соответственно, к препаратам нового поколения предъявляют особое требование: Фермент должен быть стабильным, и в течение 5-10 минут не терять своей активности при температуре ≥80ºС.

Британская Associated British Agri (AB Agri), а точнее, ее подразделение, компания AB Vista, разработала именно такой кормовой ферментный препарат нового поколения, Эконаза XТ.

Отличается Эконаза ХТ превосходным последовательным действием, она хорошо работает как на пшеничных, так и на кукурузных рационах, что многократно подтверждается на выходе продукции предприятия.

База питательности ферментного препарата Эконаза ХТ в полном рекомендуемом объеме описана в приведенной ниже таблице для несушек:

*База питательности протеина и аминокислоты основана на 15%-м улучшении трудно усвояемой части рациона. Может понадобиться внесение изменений зависимо от используемых рационов и их ингредиентов.

** Рационы высокой вязкости – это корма, в которые введено более 40% овса/пшеницы/ячменя/тритикале/ржи

Крайне важно дать животным полноценный и сбалансированный с точки зрения аминокислот и минимального количества жира рацион в процессе стартерной фазы, так как именно она придает импульс правильному и гармоничному развитию птицы. Именно на этом этапе есть смысл вводить в корма Эконазу ХТ. Также в этот момент формируется правильная ответная реакция бройлеров на добавление ферментного препарата в рацион. Неполноценный рацион снижает стартерную производительность стада, делая маловозможным обеспечение хорошей продуктивности.

Кроме того, окажут всестороннюю поддержку в формулировке и формировании рационов, а также определят необходимость введения в корма различных ферментных препаратов сотрудники компании ФидАгро, единственного официального дистрибьютера AB Vista в России и странах СНГ.

Источник

Агроксил

Продукция

Ксиланаза – основной компонент кормовой добавки АГРОКСИЛ, участвует в разрушении клеточных стенок растений посредством ферментативного гидролиза гликозидных связей некрахмальных полисахаридов – в первую очередь ксиланов (пентозанов), а также целлюлозы и β- гликанов.

АГРОКСИЛ обеспечивает образование фрагментов меньшего молекулярного веса и снижению вязкости химуса в желудочно – кишечном тракте.

Введение добавки нормализует обмен веществ и повышает продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы, за счет повышения переваримости питательных веществ и улучшения их всасывания в тонком отделе кишечника.

Продуцентом является штамм гриба Trichoderma longibrachiatum TW – 420 BKM F – 3880 D, не подвергавшийся генно – инженерному вмешательству.

Препарат стандартизуется по ксиланазной активности – не менее 5000 ед/г; помимо этого гарантируются активности: β–глюканазная – 900 ед/г; целлюлазная – 1000 ед/г.

Единицы измерения активностей приведены согласно методикам их определения по ГОСТ РФ.

АГРОКСИЛ выпускается в форме стабилизированного микрогранулированного порошка. Это позволяет обеспечивать его сохранность в любых условиях, в том числе при вводе в витаминно – минеральные премиксы любой концентрации, стабильность технологических характеристик при хранении, высокую термостабильность препарата. Как показали исследования, проведенные на кафедре химической энзимологии МГУ им М.В.Ломоносова, сохранность ксиланазы составляет не менее 96 % при термошоке в процессе грануляции.

Гранулометрический состав и объемная плотность препарата 0,4 – 0,5 г/ см3 позволяет обеспечить очень высокие показатели однородности распределения его в корме.

Термостабильность

Это обусловлено в первую очередь свойствами используемого селекционного продуцента и уникальной технологией микрогрануляции ферментных препаратов. Микрогранулы быстро растворяются при повышении влажности, и в процессе гранулирования корма они образуют фермент – субстратный комплекс, не разрушающийся под действием высоких температур. Эти особенности ферментных препаратов позволяют не только свободно применять их при гранулировании корма, но и не повышать их нормы ввода.

Рекомендуемая дозировка препарата — 50 г/т корма. Эта дозировка работоспособна для большинства рационов содержащих высокий процент ввода пшеницы, тритикале, ржи и продуктов их переработки.

При использовании АГРОКСИЛ, кроме пшеницы, рационы могут содержать высокие уровни ввода ячменя, до 20 % ввода подсолнечного, рапсового шротов и т.д. Единственный случай, когда эта дозировка может быть увеличена до максимального уровня 100 г / т корма – при использовании свежеубранного зерна в зависимости от его качества и процента ввода. АГРОКСИЛ совместим со всеми ингредиентами кормов, лекарственными препаратами, другими кормовыми добавками.

Рекомендуемые значения по корректировке питательности и максимальных норм ввода компонентов корма при использовании АГРОКСИЛ

Источник

Ксиланаза что это такое

Гемицеллюлозные препараты применяются в спиртовом, пивоваренном, целлюлозно-бумажном производствах [88], а также в других отраслях, использующих растительное сырье.

Характеристика гемицеллюлаз [34]

Гемицеллюлозы являются широко распространенными в природе полисахаридами (см. разд. 15.1.3.2). Все гемицеллюлазные ферменты можно разделить на три группы: β-D-глюканазы, β-ксиланазы и β-глюкозидазы.

β-D-Глюканазы. К β-D-глюканазам относят группу ферментов, катализирующих расщепление β-глюканов с β-1,2-, β-1,3-, β-1,4- и β-1,6-связями. Согласно Номенклатуре ферментов (1979 г.), в нее входят шесть энзимов:

Все β-глюканазы являются кислыми белками, содержащими большое количество карбоксильных и гидроксильных групп. Эти ферменты являются гликопротеидами, они имеют углеводные фрагменты, содержащие остатки маннозы, глюкозы, галактозы.

β-Ксиланазы. К β-ксиланазам относятся ферменты, катализирующие расщепление β-гликозидных связей в β-ксиланах. Согласно Номенклатуре ферментов, к этой группе относятся:

У большинства микроорганизмов, продуцирующих ксиланазы, найдено два типа ферментов, гидролизующих основную цепь ксиланов: эндо-1,3-β-ксиланазы (ММ 16–50 кДа) и экзо-1,4-β-ксилозидазы (ММ 30–100 кДа). Оптимум действия ксиланаз чаще всего наблюдается при рН от 4 до 7 и при температуре от 30 до 50 °С.

β-Глюкозидазы. В Номенклатуре ферментов β-глюкозидазы представлены в группе КФ 3.2.1.21 «β-D-глюкозидглюкогидролаза». Эти ферменты известны под названиями: генциобиоза, амигдалаза и целлобиаза. β-Глюкозидаза является ферментом экзогенного действия, гидролитически расщепляющего последнюю от нередуцирующего конца β-1,4-связь в β-D-глюкозидах, высвобождая β-D-глюкозу. β-Глюкозидаза проявляет широкую субстратную специфичность; некоторые ферменты этой группы гидролизуют также β-D-галактозиды, α-L-арабинозиды или β-D-ксилозиды.

Получение гемицеллюлазных препаратов [34]

При поверхностном способе культивирования препаратов гемицеллюлаз используют в основном два продуцента: Aspergillus foetidus и Trichothecium roseum.

Для T. roseum наилучшие результаты были получены на солодовых ростках при следующих условиях:

После окончания роста культуры из нее можно выделить технический препарат (Пх), а после экстрагирования и осаждения ферментов спиртом — препарат с индексом П10х.

Для культуры A. foetidus Д-73 возможный состав среды приведен в табл. 15.7.76. Оптимальными условиями для выращивания культуры являются:

Получение препаратов П3х осуществляют экстрагированием с последующей ультрафильтрацией до концентрации СВ 14 % и высушиванием концентрата со стабилизатором методом распыления. При осаждении ферментов из концентрата этанолом (концентрация 80 %) получают препараты с индексом П10х. Характеристика препарата П10х приведена в табл. 15.7.77.

Таблица 15.7.76

Влияние состава питательной среды на активность гемицеллюлаз [34]

При глубинном способе культивирования используются продуценты, синтезирующие какую-то определенную группу ферментов гемицеллюлазного комплекса, например, β-глюканазы — B. subtilis, B. circulans и др., ксиланазы — T. roseum, A. awamori, Chaetomium cellulolyticum, A. niger, Streptomyces afghaniensis и др., β-глюкозидазы — Geotrichum candidum, Trichoderma viride, T. longibrachiatum, Actinomyces griseinus и др.

Таблица 15.7.77

Характеристика препаратов гемицеллюлаз [34]

Для биосинтеза β-глюканаз в состав среды должны входить поли- или олигосахариды, имеющие β-1,4-связи. Стимулирующее влияние оказывают также ксилоза, мальтоза, сахароза, целлобиоза, крахмал, пектиновые вещества. Введение в среду сложных углеводсодержащих субстратов в определенной концентрации способствует синтезу ферментов (табл. 15.7.78).

Таблица 15.7.78

Влияние углеводсодержащих субстратов на активность β-глюканаз [34]

Ксиланазы образуются на средах, содержащих кукурузные стержни, свекловичный жом, соевую муку, автолизаты дрожжей и мицелия грибов и т. д.

При биосинтезе β-глюкозидазы благоприятное влияние оказывает присутствие целлобиозы. Однако фермент также активно синтезируется на средах с лактозой, крахмалом, метил-β-глюкозидом и другими веществами, используемыми при синтезе всего комплекса гемицеллюлаз.

В качестве источника азота обычно применяют соли аммония.

Для грибных культур начальный рН обычно слабокислый; затем происходит понижение рН до 2,5–3,0, и в конце процесса наблюдается некоторое повышение рН. При культивировании бактерий исходный рН лежит в нейтральной области, в дальнейшем происходит его понижение до 6,2–6,4, что подавляет синтетическую активность продуцента.

Источник