Артур Ильяшенко, кандидат биологических наук, технический специалист компании Bioproton Europe Oy

Особенности строения и физиологии пищеварительной системы рыб не позволяют справляться с извлечением питательных веществ из трудноперевариваемых компонентов комбикорма. Это затрудняет возможность использования, прежде всего, растительных компонентов в рационах. Решить проблему можно с помощью добавок на основе экзогенных ферментов.

Введение

Корма занимают до 40–50% в структуре себестоимости продукции аквакультуры, а эффективность их использования во многом определяет объем получаемой прибыли. Коммерческие корма для рыб обычно имеют высокое содержание рыбной муки в диапазоне от 30 до 50% (Goda A.M. et al., 2007; Davies S.J. & Gouveia A., 2008). Однако растущий спрос, ограниченная доступность и высокая цена привели к необходимости поиска альтернативных источников белка для кормов, используемых в аквакультуре (Ai Q. et al., 2007). Это позволяет снизить зависимость от рыбной муки и получить более экономичную и экологически чистую продукцию (Ng W.K. & Romano N., 2013). 

Некоторые виды рыб, например нильская тилапия (Oreochromis niloticus), могут эффективно использовать корма без рыбной муки (Siti-Norita M. et al., 2015). Благодаря высокому содержанию протеина, сбалансированному профилю аминокислот, низкой стоимости, доступности и стабильности предложения на рынке шроты и жмыхи являются наиболее подходящими заменителями источников белка животного происхождения в комбикормах для гидробионтов (Castillo S. & Gatlin D.M., 2015). Основным сдерживающим фактором использования этих ингредиентов в кормах является наличие в них антипитательных факторов, к которым относятся фитаты, трипсин и ингибиторы протеаз, лектины, антигенные соединения и неперевариваемые углеводы, такие как некрахмальные полисахариды (НПС) (Gatlin D.M. et al., 2007; Sinha A.K., 2011; Azarm H.M. & Lee S.M., 2014). Опыты на африканских клариевых сомах (Clarias gariepinus) показали, что включение в рацион более 50% соевого шрота взамен рыбной муки приводит к снижению использования питательных веществ и показателей роста (Fagbenro O.A. & Davies S.J., 2001; Toko I.I. et al., 2008).

Вязкость НПС влияет на скорость диффузии и действует как физический барьер, предотвращающий или замедляющий доступ эндогенных ферментов к питательным веществам, тем самым уменьшая их переваривание и всасывание (Bedford M.R. & Cowieson A., 2012). Это может привести к недостаточному использованию корма и низким темпам роста рыбы (Watanabe T., 2002). Следовательно, для успешного использования растительного белка в корме для рыб крайне важно обеспечить доступность питательных веществ путем разрушения этих соединений (Hlophe-Ginindza S.N. et al., 2016). 

Роль экзогенных ферментов в кормлении рыб

Экзогенные ферменты получают промышленным способом от штаммов микроораганизмов – бактерий или грибов. На их основе создают кормовые добавки, которые помогают решить проблему переваримости ингредиентов корма с высоким содержанием антипитательных факторов. Такие продукты дополняют работу собственных пищеварительных ферментов у рыб, а их компоненты расщепляют клетчатку клеточной стенки, снижая вязкость химуса (Bedford M.R. & Cowieson A., 2012) и транзит питательных веществ (Castillo, S. & Gatlin D.M., 2015), разрушают фитатные комплексы, гидролизуют крахмал (Hlophe-Ginindza S.N. et al., 2016), способствуют высвобождению дополнительного количества аминокислот из растительных ингредиентов, богатых  протеином (Vielma J. et al., 2004). Кроме того, было доказано, что эти кормовые добавки контролируют вспышки кишечных заболеваний путем воздействия на кишечную микробиоту (Bedford M.R. & Cowieson A., 2012; Kiron V., 2012) и обладают иммуномодулирующими свойствами. Было выявлено, что арабиноксилан-олигосахариды играют роль пребиотика в кишечнике. Они образуются в результате ферментативного (эндоксиланазного) гидролиза или термохимической (пар высокого давления) обработки арабиноксиланов и при добавлении ксиланазы в рационы аквакультуры с высоким содержанием растительных ингредиентов (Broekaert W.F. et al., 2011; Mendis M. et al., 2016). 

На сегодняшний день включение ферментов в корма сельскохозяйственных животных является нормой, но их применение в аквакультуре имеет избирательный характер. Долгое время это было связано с низкой термостабильностью и работоспособностью в пищеварительной системе рыб при температуре ниже +37°C, выщелачиванием ферментов в воде (Аринжанов А. Е. и Кирясова Ю. А., 2017). 

Современные подходы в производстве ферментных кормовых добавок позволили решить эти проблемы. Результаты исследований в области применения экзогенных ферментов в аквакультуре свидетельствуют о том, что добавки на их основе эффективны для устранения антипитательных факторов и улучшения использования энергии и аминокислот корма, позволяют повысить продуктивность (Farhangi M. & Carter C.G., 2007; Lin S. et al., 2007; Soltan M.A., 2009; Ebru Y. & Cengiz K., 2016) и снизить загрязнение воды при выращивании рыбы (Kumar V., et al., 2011). Было отмечено увеличение темпов роста у ряда представителей аквакультуры, таких как Ictalurus punctatus (Jackson L.S. et al., 1996), Pangasius pangasius (Debnath D. et al., 2005), Clarias batrachus и Clarias gariepinus (Giri S.S. et al., 2003), Oncorhynchus mykiss (Drew M.D. et al., 2005) и Salmo salar (Refstie S. et al. 1999). Было изучено влияние отдельных типов экзогенных ферментов на показатели выращивания разных видов рыб.

Ксиланаза. Добавление ксиланазы (220–2470 ед/кг рациона) значительно увеличивало скорость роста и снижало конверсию корма у сазана (Cyprinus carpio) за счет лучшего использования протеина и минеральных веществ. Рационы состояли из соевого, рисового, хлопкового шрота, глютена и пшеничной муки среднего сорта (Jiang T.T. et al., 2014). 

Целлюлаза. Экзогенная целлюлаза (3 г/кг) усиливала рост живой массы и активность кишечных ферментов (целлюлазы, амилазы и протеазы) у белого амура (Ctenopharyngodon idella), которого кормили рационами на основе ряски (Zhou Y. et al., 2013).

Амилаза. Были проведены исследования на рационах молоди Labeo rohita, содержащих либо желатинизированую, либо нежелатинизированную кукурузную муку с добавлением α-амилазы (50, 100 и 150 мг/кг). При норме ввода α-амилазы 50 мг/кг наблюдалось значительное увеличение роста живой массы и использования белка при одновременном повышении усвояемости сухого вещества, увеличивалась активность эндогенной амилазы и протеазы (Kumar S. et al., 2006 a; b; c).

Фитаза. Применение фитазы в кормах способствовало расщеплению фитата и позволило повысить усвояемость микро-, макроэлементов и других питательных веществ, что, в свою очередь, улучшило показатели роста рыбы (Cao L. et al., 2007; 2008).

Влияние комбинаций ферментов и мультиэнзимных комплексов на эффективность выращивания рыб

Кормовая добавка может содержать один или несколько типов ферментов. Еще в начале производственного использования было обнаружено, что сочетание энзимов разного типа и применение комплексных препаратов более эффективно (Clifford A., 1989; Graham H. & Inborr J., 1993).

В рационах разных видов (и гибридов) тилапии (Oreochromis niloticus; O. aureus; O. niloticus x O. aureus; O. mossambicus; O. niloticus  x O. mossambicus ) на растительной основе добавление комплекса НПС-ферментов позволяло повысить скорость роста и снизить конверсию корма за счет лучшего использования белка, минеральных и питательных веществ и стимулирования работы эндогенных пищеварительных ферментов (Lin S. et al., 2007; Li J.S. et al., 2009; Yildirim Y.B., & Turan F., 2010; Tachibana L. et al., 2010; Goda A. et al., 2012; Hlophe-Ginindza S.N. et al., 2016; Wallace B.J.L. et al., 2016; Maas R.M. et al., 2018). Аналогичные результаты были получены в опытах на семге (Salmo salar), которую кормили рационами с высоким содержанием соевого шрота с добавлением мультиэнзимной композиции. Мультиферментный комплекс значительно увеличил скорость роста, потребление корма и снизил его конверсию (Carter C.G. et al., 1994; Jacobsen H.J. et al., 2018). 

Учеными были получены данные о том, что добавление мультиферментного комплекса (содержащего ксиланазу) в рацион радужной форели на основе соевого шрота повысило усвояемость белков и липидов, что привело к улучшению показателей роста и использования корма (Diler I. et al., 2012). Аналогичные результаты были получены в опытах на белой сарге (Diplodus sargus) (Magalhães R. et al., 2016) и в исследованиях с применением комбинации ксиланазы и фитазы в рационах кормления японского морского окуня (Lateolabrax japonicus) (Ai, Q. et al., 2007). Такое же сочетание ферментов (ксиланаза, 0,01% + фитаза, 0,01%) использовали в кормлении Labeo rohita. Основой рациона служили рисовые отруби. Благодаря экзогенным энзимам удалось значительно повысить показатели роста и содержание белка в мышечной ткани (Ranjan A. et al., 2018). В другом исследовании, где объектом выступал тот же вид рыб, применяли комбинацию фитазы и целлюлазы, повысилась эффективность использования протеина корма (Xavier B. et al., 2012). Добавление в корма Labeo rohita смеси фитазы (0,01%), ксиланазы и целлюлазы (0,075%), а также дефицитных аминокислот (L-лизин 1,4% и DL-метионин 0,4%) и омега-3 позволило повысить показатели роста (Amit R. et al., 2018).

Таким образом, применение добавок на основе экзогенных ферментов в кормлении рыбы расширяет возможности использования растительных источников белка и позволяет повысить эффективность выращивания. 

Особенности сочетания ферментов в кормлении для достижения максимального эффекта

Наряду с описанными положительными результатами при сочетании разных ферментных добавок может наблюдаться отсутствие положительных эффектов. Это связано с проблемой комплементарности энзимов. Поэтому были созданы добавки нового поколения – мультиэнзимные комплексы, которые могут сочетать в себе сразу несколько типов ферментов. Разнонаправленность действия энзимных активностей в составе таких добавок создает эффект синергии компонентов – усиление действия друг друга. Так, например, за счет сочетания ферментов, отвечающих за разрушение компонентов клеточной стенки растений (ксиланаза, целлюлаза, β-глюканаза) увеличивается доступ фитазы, α-амилазы. Наличие протеазы, наряду с перечисленными энзимами, является преимуществом, поскольку она необходима для высвобождения дополнительных аминокислот, которые участвуют в транспорте микро- и макроэлементов, полученных из фитатов под действием физаты, к тканям-мишеням (рис. 1).

Рисунок 1. Функциональные особенности экзогенных ферментов

Результаты научных исследований, которые проводили на рыбах семейств цихловые (Cichlidae), лососевые (Salmonidae) и карповые (Cyprinidae), доказали высокую эффективность мультиэнзимной композиции, сочетающей сразу шесть активностей: ксиланаза, целлюлаза, β-глюканаза, фитаза, α-амилаза и протеаза.

Настоящие результаты показывают, что добавление данной композиции в корма дает возможность полной замены рыбной муки соевым шротом в рационах нильской тилапии (Oreochromis niloticus) за счет повышения эффективности использования питательных веществ, улучшает продуктивность рыбы, снижает затраты на выращивание за счет удешевления рецептур рационов (Amer T.N.A., 2017).

В другом исследовании были получены данные о значительном увеличении прироста массы тела и повышении эффективности выращивания каспийской кумжи (S. trutta caspius) за счет воздействия комплекса ферментов на кишечную микрофлору и дополнительного высвобождения веществ, участвующих в пластическом обмене (Zamini A. et al.,2014).

Исследования, которые проводили на сазане (Cyprinus carpio), показали, что применение мультиэнзимной добавки позволило увеличить скорость роста молодняка за счет лучшего использования фосфора и азота корма (Forouhar Vajargah M. et al., 2017), также были получены данные о влиянии на гонадосоматический статус сазана, удалось повысить интенсивность энергетического обмена и усвояемость белка (Adilian M. et al., 2013).

Подытоживая вышеизложенное, можно сделать вывод о том, что экзогенные ферменты являются перспективным инструментом снижения затрат и оптимизации выращивания рыбы в аквакультуре. Их применение в сочетанном виде, в составе мультиэнзимных композиций, позволяет повысить эффективность действия в пищеварительном тракте рыб за счет комплексного воздействия на компоненты растительной клетки и максимального использования питательных веществ корма.

Список литературы предоставляется по запросу