Сколько лизина должно быть в корме птицы

Одной из наиболее важных неза­менимых аминокислот в пита­нии
птицы является лизин. Он вхо­дит в состав всех растительных и животных белков.
Лизин кормовых белков включается в белки тканей без каких-либо предварительных
из­менений. Он является незаменимым предшественником в синтезе колла­гена,
участвует в образовании карнитина, играющего важную роль в жировом обмене.
Лизин активиру­ет гемопоэз, способствует всасыва­нию кальция, благотворно
влияет на обмен белков и состояние нервной системы. Он используется в синтезе
белков, необходимых для образова­ния скелетных тканей и ферментов, является
важным компонентом не­скольких пептидных гормонов.

При недостатке доступных углево­дов лизин может
метаболизироваться с получением глюкозы и кетоновых тел. Этот процесс служит
важным источником энергии для организма птицы в период ее голодания.

Установлена связь лизина с вита­мином D и их
совместное влияние на минеральный обмен. При недостат­ке лизина снижается
использование азота корма, замедляется рост цып­лят и продуктивность взрослой
пти­цы, снижается концентрация свобод­ного лизина в мышцах, гемоглобина в
крови, происходит депигментация оперения. Устранение в рационе де­фицита лизина
приводит к повыше­нию синтеза белков печени и мышц, отложению азота в организме
в виде белка и снижению уровня липидов в печени и костной ткани.

Лизин под влиянием термических, химических или других
факторов может соединяться с другими веще­ствами, переходя в недоступную для
организма форму. Избыток лизина в рационе сопровождается снижением потребления
корма и скорости роста цыплят.

До настоящего времени для ба­лансирования комбикормов по
лизи­ну используется монохлоргидрат ли­зина. Препарат содержит хлор, а при
больших объемах применения под­солнечника, дефицитного по лизи­ну, приходится
вводить в комбикорма монохлоргидрат лизина в количе­стве больше 5 кг на 1 т
комбикорма, что способствует завышению в кор­ме уровня хлора. В связи с этим
пред­ставляется актуальным изучение зоотехнических и физиолого-биохимических
показателей при вво­де в комбикорма кур-несушек лизи­на в виде сульфата,
предоставленного фирмой ООО «Эвоник Химия».

Исследования на курах-несушках кросса СП-789 проведены в
виварии ФГУП Загорское ЭПХ ГНУ ВНИТИП Россельхозакадемии со 150-дневного
возраста (в течение 6 мес. продуктивного периода) при содержании птицы в
клеточных батареях по 30 гол. в каждой группе.

Условия содержания кур контрольных и опытных групп соответствовали
рекомендациям ГНУ ВНИТИП Россельхозакадемии (температура, влажность,
освещенность, плотность посадки). Птица потребляла вволю полнорационные
комбикорма.

Несушкам контрольных групп скармливали комбикорма, обога­щенные
монохлоргидратом лизи­ном, а курам опытных групп — суль­фатом лизина согласно
схеме опыта (табл. 1).

Таблица. Схема опыта на курах-несушках.

Уровень общего лизина в комби­кормах для кур составлял 0,8%.

В работе представлены материалы по получению лизина различными технологическими способами и применение его в бройлерном птицеводстве. Приведена возможность замены синтетического лизина на симбиотический препарат Пролизэр, при использовании которого ощутимо повышается энергия роста птицы и снижаются затраты корма на 1 кг прироста, увеличивается живая масса по сравнению с применением синтетического лизина.

Лизин (а, е диаминокапроновая кислота) является незаменимой аминокислотой, которую организм животного не способен синтезировать и получает её вместе с пищей. В природе его синтезируют только растения и микроорганизмы. Поскольку содержание лизина в субстратах растительного происхождения невелико (менее 6% от количества протеина), то растительные корма наиболее дефицитны по содержанию в них этой аминокислоты. Для устранения её недостатка в рационах животных целесообразно применять лизинсодержащие препараты. Кроме микробиологического способа производства лизина известны также гидролизный и химический. При гидролизном в качестве сырья используют природные белки, ресурсы которых ограничены. Химическим способом обычно получают рацемическую смесь DL-лизина, однако в организме животных используется только L-лизин, в то время как D-лизин является балластом. Разделение же рацемической смеси DL-лизина довольно сложная проблема.

Для крупнотоннажного объёма лизин экономически целесообразно производить биосинтетическим способом с использованием активных штаммов микроорганизмов. Установлено, что микроорганизмы способны избыточно синтезировать лизин из различных источников углерода как пищевого, так и непищевого происхождения. Различные микроорганизмы обладают разной способностью к биосинтезу лизина, существует также несколько путей их метаболизма. Если у бактерий биосинтез начинается с образования аспартата, то у грибов и дрожжей — с a-кетоглутарата. При этом у бактерий предшественником лизина является а, £-диаминопимелат (ДАП), а у дрожжей и грибов — a-аминоадипинат. Отмечено, что ряд гомосеринауксотрофных мутантов из рода Micrococcus и Вrevibacterium содержит активную декарбоксилазу ДАП. У них утрачена способность к синтезу фермента гомосериндегидрогеназы и, следовательно, к образованию аминокислот, синтез которых идёт через гомосерин.

Технология получения L-лизина путём глубинного культивирования ауксотрофного мутанта Brevibacterium sp. 22 была разработана в 1964 г. Институтом биохимии им. А. И. Баха АН СССР совместно с Институтом микробиологии им. А. Кирхенштейна АН Латвийской ССР. Данный способ в настоящее время применяется на некоторых отечественных предприятиях и за рубежом для производства кормового концентрата лизина (ККЛ).

Мутант Brevibacterium sp. 22 дефи¬цитен по гомосерину (или метионину и треонину), биотину и тиамину (или пиримидиновой части молекулы тиамина). Культура является аэробной, грамположительной, спор не образует. Оптимальная величина для роста культуры 7,0-8,0 ед. рН, температурный оптимум — 28-30° С.

Технология получения кормового концентрата лизина состоит из следующих основных этапов: приготовление питательных субстратов и их стерилизация; выращивание посевного материала; ведение основного процесса ферментации; обезвоживание кулыуральной среды.

Питательные субстраты обычно приготавливают из мелассы, кукурузного экстракта с использованием источников азота и минеральных веществ. В качестве источника углерода применяют не только мелассу, но и сахар- сырец, гидролизаты крахмала, торфа и целлолигнина, уксусную кислоту и др. Источниками органического азота и дефицитных факторов роста могут быть кукурузный экстракт, гидролизаты и автолизаты дрожжей, сок картофеля, экстракты отрубей, альбуминное молоко и др.

Питательные субстраты предварительно стерилизуют, и весь процесс культивирования продуцента ведут при строгом соблюдении условий стерильности, чтобы исключить попадание посторонней микрофлоры.

Выращивание посевного материала можно проводить методами периодического или непрерывного культивирования в глубинных условиях.

Основной процесс ферментации осуществляется в обычных ферментёрах ёмкостью 50-100 кубометров. Посевной материал выращивают периодическим способом в течение 24 часов. Продолжительность процесса ферментации составляет 60-96 ч в зависимости от концентрации субстрата.

По окончании процесса культивирования производится последовательное тепловое обезвоживание всех продуктов ферментации в вакуумных выпарных установках и распылительной сушилке.

Кормовой концентрат лизина, содержащий 15-30% L-лизина, является наиболее дешёвым источником обогащения растительных кормов и эффективнее повышает ростовые и продуктивные показатели животных, чем кристаллический L-лизин, что объясняется наличием в нём других активных веществ — бактериальной биомассы и остатков культуральной среды со всеми внеклеточными метаболитами.

Таким образом, благодаря своему химическому составу и биологической эффективности ККЛ — наиболее ценный источник лизина. Использование его, например, при добавлении 0,1-0,3% лизина к рациону цыплят, содержащему 13-15% протеина, позволяет достигать прироста массы цыплят на 25-45%, что даёт экономию корма на 1 5-20 процентов.

Современные методы органического синтеза способствуют получению рацемических смесей □- и L-аминокислот в требуемых количествах. Однако, учитывая бесполезность, а в некоторых случаях и токсичность D-изомеров, аминокислоты пищевого, фармацевтического и кормового назначения содержат в основном физиологически активные L-формы.

Лишь относительно недавно в мире освоено производство чистого кристаллического L-лизина с концентрацией 98,5% и выше, что резко повысило его эффективность для животных, а также после соответствующей очистки — для пищевой и фармацевтической промышленности.

В настоящее время производство L-лизина (формы, пригодной для потребления) в мире составляет примерно 600 тыс. т в год и представляет собой рынок с ежегодным оборотом до 1,4 млрд. долларов. Среди ведущих компаний бесспорное первенство принадлежит японской Ajinomoto Со. и американской Archer Daniels&Midlands (ADM), выпускающим по 40% мирового объёма каждая. Другими заметными игроками на рынке являются Degussa- Huels (Германия), BASF (Германия), Kyowa Hokko (Япония) и Cheil Jedang Corporation (Южная Корея).

Географическое расположение мощностей по выпуску лизина чаще всего привязано к регионам его потребления. Так, на Северную Америку и Азию приходится до 3/4 оборота этого продукта.

Более 95% лизина используется для добавления к кормам в свиноводстве и птицеводстве. Для свиней лизин является аминокислотой №1, а для птицы по важности №2 после метионина. До 10 тыс. т более высокой концентрации (99,5% и выше) его используют ежегодно в производстве биоактивных добавок для человека и в медицинских целях.

О привлекательности L-лизина свидетельствуют темпы прироста производственных мощностей на уровне 7-10% в год. В ближайшем будущем (до 2015 г.) основные мировые производители намереваются в 1,5 раза увеличить свои объёмы. В частности, ADM и Ajinomoto уже ведут строительство дополнительных производственных блоков на своих заводах, что позволит каждому из них увеличить выпуск продукции с 200 ДО 300 тыс. т в год.

Впервые российский кристаллический лизин был получен в 1964 г. на опытно-производственной установке Института атомной энергии им. Курчатова с целью апробации продукта в качестве обогатителя кукурузных кормов. В конце 80-х годов прошлого века в Советском Союзе работали 5 предприятий — производителей лизина, в совокупности обеспечивавших потребительский рынок объёмом в 32 тыс. т в год.

С распадом СССР на территории современной России осталось только одно профильное производство — Щебекинский завод. Основной его продукцией является жидкая фракция с содержанием чистого лизина 8-14%, в отличие от кристаллического 98,5%-ного монохлорида L-лизина, производящегося во всём мире.

Сегодня в нашей стране нет ни одного завода, который мог бы производить лизин кристаллической формы, по качеству полностью удовлетворяющий потребителей. Главные импортёры лизина в РФ — Япония, Германия и США. Ежегодно из-за рубежа ввозят 7,5 тыс. т. чистого лизина от таких мировых лидеров отрасли, как Ajinomoto, ADM, CJ, BASF и Degussa. Щебекинекий завод производит около 1,7 тыс. т продукта в год.

Получение аминокислот можно производить посредством гидролиза естественных продуктов, содержащих белки (например, отходов птицеперерабатывающих производств), а также путём химического, энзиматического и микробиологического синтеза. Наиболее распространённым в настоящее время является микробиологический синтез аминокислот. Питательная среда для него обычно содержит источники углеводов, органического и неорганического азота, а также фосфаты калия.

Современный микробиологический синтез аминокислот основан на питательных средах, содержащих мелассу (отход сахарного производства), кукурузный экстракт и минеральные соли. Кроме мелассы прибегают к таким источникам углерода, как гидролизаты древесины и целлолигнина.

Учитывая, что в 2050 г. население планеты превысит 9 млрд., а это значит, что продуктов питания необходимо на 70% больше, чем сейчас, можно с уверенностью сказать, что производство лизина синтетического и микробиологического происхождения будет отставать. Для решения этой проблемы надо дополнительно искать альтернативные методы.

Разработка симбиотических препаратов, способных синтезировать лизин и тем самым хотя бы частично снять остроту его дефицита, представляет большой интерес и является альтернативным методом получения этого важного продукта.

У большинства видов сельскохозяйственных животных симбиотические отношения, возникшие в ходе эволюции, играют важнейшую роль. Особенно чётко проявляется роль микрофлоры желудочно-кишечного тракта в питании животных (синтез аминокислот, витаминов, ферментов и других физиологически активных соединений), а также в защите организма-хозяина от патогенных микроорганизмов.

Одним из важнейших многочисленных обитателей кишечника является кишечная палочка — Escherichia coli, детально изученный в генетическом отношении объект, наиболее часто используемый в экспериментах по генетической инженерии. Исследования, выполненные на пациентах-добровольцах и лабораторных животных, не подтвердили пессимистические прогнозы о биологической опасности генно-инженерных экспериментов. Не исключена возможность сознательного приживления в желудочно-кишечном тракте животных на определённый промежуток времени сконструированных штаммов E.coli — продуцентов биологически активных соединений.

Проблема дефицита незаменимых аминокислот в птицеводстве очень острая. Природно-климатические условия нашей страны и промышленные технологии содержания птицы, отличающиеся высокой скоростью роста, не позволяют обеспечить отрасль не только качественными белковыми и энергетическими кормами, но и лимитирующими аминокислотами, витаминами, микроэлементами, антиоксидантами, ферментными препаратами и другими биологически активными и минеральными веществами. А это приводит к резкому снижению генетического потенциала птицы.

В последние годы (2004-2011) на экспериментальной базе Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности (ВНИТИБП) РАСХН проведён комплекс исследований по разработке технологии производства новых симбиотических препа¬ратов — продуцентов лизина с ис¬пользованием в качестве основы штаммов E.coLi.

Симбиотики — продукты биотехнологического производства, содержащие живые микроорганизмы, продуцирующие в желудочно-кишечном тракте животных аминокислоты (в том числе незаменимые), ферменты, витамины и таким образом способствующие повышению продуктивности.

Использование симбиотических биопрепаратов — продуцентов лизина, позволяющих снизить дефицит лимитирующих аминокислот, приводит к повышению продуктивности животных и птицы, а следовательно, к эффективности отрасли.

Культивирование Е. coli штамма VL 613 проводят глубинным методом. Для этого в стерильный ферментёр, который снабжён системой автоматического контроля и регулирования основных технологических параметров (температура, обороты мешалки, рН, р02, еН), загружают жидкую питательную среду — бульон Хоттингера, приготовленный на основе перевара. Готовая стерильная питательная среда должна содержать 160-180 мг% амин- ного азота и иметь 7,4-7,6 ед. рН. В ферментёр с питательной средой инокулируют 18-24-часовую матриксную культуру эшерихий (Е. coli шт. VL-613), выращенную в жидкой питательной среде, по составу аналогичной со средой культивирования, в соотношении 5-10% от объёма питательной среды, затем культивируют при 37±1 ° С в течение 4-6 ч по разработанной ВНИТИБП технологии. Общая концентрация эшерихий по окончании процесса составляет 16-30 млрд. м.к./см3.

Полученную бактериальную культуру концентрируют, осадок смешивают с защитной средой высушивания. После этого бактериальную суспензию расфасовывают с соблюдением условий асептики в стерильные флаконы и проводят её лиофилизацию.

Полная замена кристаллического лизина в рационах для бройлеров симбиотическим препаратом позволила обеспечить среднесуточный прирост живой массы цыплят опытных групп: для кросса «Кобб-500» — 56,1 г против 54,1; для кросса «Кобб Авиан-48» — 58,4 г против 56,9; для кросса «Смена-7» — 54,5 г против 52,5 в контроле.

Результаты проведённых испытаний на большом поголовье в ППЗ СГЦ «Смена» показали, что использование симбиотического препарата Пролиззр на основе Е. coli штамма VL 613 позволяет полностью заменить синтетический лизин в рационах кормов для бройлеров.

Итог испытаний представлен в таблице 1.

Сравнительные промышленные испытания симбиотического препарата Пролизэр проведены на цыплятах- бройлерах кросса «Смена-7»

Таким образом, симбиотические биопрепараты (типа Пролизэр) позволяют снизить дефицит лимитирующих аминокислот, приводят к повышению продуктивности животных, а следовательно, к эффективности отрасли. Литература:

1.    Бирюков В..В., Кантере В.М. Оптимизация периодических процессов микробиологического синтеза. М.: Наука, 1985. 293 с.

2.    Воронин Е.С. Иммунология. М.: Колос-пресс, 2002. 406 с.

В. Кантере В.М. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М,: Агропромиздат, 1991. 272 с.

4.    Фисинин В.И., Лукашенко B.C., Салеева И.П. Технология производства мяса бройлеров. Сергиев Посад, 2008. 256 с.

5.    Фисинин В.И., Егоров И.А., О коле лова Т. М. Кормление сельскохозяйственной птицы. Сергиев Посад, 2001. 373 с.

6.    Нежута А,А., Токарик Э.Ф., Самуйлен- ко А.Я., Безгин В.М., Сербис Е.С. Теоретические и практические основы технологии сублимационного высушивания биопрепаратов. Курск: Издательство

Курской государственной сельскохозяйственной академии, 2002. 240 с. 7. Самуйленко А.Я., Рубан Е.А. Основы биотехнологии производства биологических препаратов. (Теоретические основы, оборудование, технологические линии). М.: 2000. 782 с.

Авторы: И. Павленко, кандидат биологических наук; A. Гринь, кандидат биологических наук; B. Меньшенин, кандидат биологических наук,; ГНУ Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности РАСХН; И. Егоров, доктор