畜牧人
標(biāo)題: 飼用酶制劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀 [打印本頁(yè)]
作者: luyafei414 時(shí)間: 2011-3-28 08:33
標(biāo)題: 飼用酶制劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀
飼用酶制劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀
文章來(lái)源:中國(guó)飼料行業(yè)信息網(wǎng) 作者:李富偉 更新時(shí)間:2009-10-21
飼用酶制劑是隨著飼料工業(yè)和酶制劑工業(yè)的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型飼料添加劑,20世紀(jì)70年代就已經(jīng)開(kāi)始商品化生產(chǎn),經(jīng)過(guò)這些年探索和研究,現(xiàn)已得到了廣大養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)營(yíng)者較為廣泛的認(rèn)同和使用,發(fā)展速度異常迅猛。飼用酶制劑對(duì)提高飼料的轉(zhuǎn)化率、拓寬飼料原料的應(yīng)用范圍和比例、節(jié)約飼料資源、降低飼料成本和養(yǎng)殖成本,改善飼養(yǎng)環(huán)境等起著的重要作用。隨著我國(guó)畜牧業(yè)的不斷發(fā)展,國(guó)家對(duì)飼料安全的日益重視,酶制劑作為一類高效、無(wú)毒副作用和環(huán)保的飼料添加劑在我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用勢(shì)必更加廣闊。
1 飼用酶制劑的分類
酶的降解作用具有高度的選擇性和專一性,不同的單酶都有其相對(duì)應(yīng)的降解底物,目前用在飼料工業(yè)上的單酶制劑約有20多種。根據(jù)酶制劑用途和特性不同對(duì)于目前商品飼用酶制劑采用了多種分類方法:①根據(jù)是否在動(dòng)物體內(nèi)大量分泌將飼用酶制劑分為外源酶和內(nèi)源消化酶:外源酶包括植酸酶和非淀粉多糖酶,其中非淀粉多糖酶又包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、果膠酶、纖維素酶等;內(nèi)源消化酶包括蛋白酶、淀粉酶、糖化酶和脂肪酶等;②根據(jù)產(chǎn)品中所含酶的種類,飼用酶制劑一般可分為飼用單酶和飼用復(fù)合酶。一般來(lái)說(shuō),復(fù)合酶制劑比單一酶制劑效果更完善,但并不意味著單一酶制劑就沒(méi)有使用優(yōu)勢(shì)。復(fù)合酶制劑生產(chǎn)方式有多種:一般現(xiàn)在市場(chǎng)上復(fù)合酶制劑多以各種單酶混合而成;還有以產(chǎn)多酶菌種進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn),并配以適當(dāng)?shù)钠渌鑶蚊?/font>;③根據(jù)酶作用的日糧底物不同,飼用酶制劑大致可以分為以下幾類:低粘度日糧用酶制劑、高粘度日糧用酶制劑以及高纖維日糧用酶制劑。
2 飼用酶制劑的作用效果
2.1 改善動(dòng)物的生產(chǎn)性能
動(dòng)物自身可以合成各種酶,但不同動(dòng)物或不同生長(zhǎng)時(shí)期,體內(nèi)各種酶的分泌能力也不同。例如單胃動(dòng)物幾乎不能產(chǎn)生降解非淀粉多糖的酶,有針對(duì)性添加一些非淀粉多糖復(fù)合酶可以適當(dāng)消除非淀粉多糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用。仔豬斷奶階段,體內(nèi)淀粉酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶含量較低,高溫、寒冷、轉(zhuǎn)群和疾病等應(yīng)激狀態(tài)時(shí),動(dòng)物分泌酶的能力較弱或者易出現(xiàn)消化機(jī)能紊亂、內(nèi)源消化酶分泌減少,因此在日糧中添加外源性消化酶,有助于改善消化道內(nèi)環(huán)境,平衡內(nèi)源酶的分泌,補(bǔ)充內(nèi)源酶的不足。并且還可以提高飼料的利用率,改善動(dòng)物的消化能力,減少應(yīng)激條件下生產(chǎn)能力的下降。
2.2 改善日糧品質(zhì)
某些飼料中含有的抗?fàn)I養(yǎng)因子(如植酸、α-半乳糖苷等),植物細(xì)胞壁中含有的木聚糖、纖維素、β-葡聚糖、甘露聚糖、果膠等難以消化的物質(zhì),不能被作為養(yǎng)分消化吸收,且干擾整個(gè)日糧其他營(yíng)養(yǎng)的消化吸收和利用,阻礙動(dòng)物內(nèi)源消化酶與細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用,降低飼料中脂肪、淀粉和蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,造成動(dòng)物對(duì)這些飼料的利用率下降、生長(zhǎng)不良以及產(chǎn)生粘糞、污染環(huán)境。而飼用酶制劑可以有效地降解這些抗?fàn)I養(yǎng)因子,促進(jìn)日糧消化吸收。
2.3 提高動(dòng)物機(jī)體健康水平和免疫功能
非淀粉多糖在動(dòng)物腸道內(nèi)易形成粘性很大的食糜,成為后腸道微生物增殖的基質(zhì),引發(fā)機(jī)體疾病;同時(shí)大量有機(jī)物不被消化排泄,易惡化養(yǎng)殖環(huán)境,并引起動(dòng)物應(yīng)激反應(yīng)。而飼料應(yīng)用酶制劑后,可有效減少腸道的發(fā)酵和畜禽后腸道有害微生物的數(shù)量,消除食糜造成的這些危害,減少仔雞下痢、仔豬腹瀉等畜禽腸道疾病。同時(shí)酶解生成小分子(10個(gè)以下糖基)寡聚糖或寡糖類物質(zhì)可競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合動(dòng)物腸道內(nèi)外源性病原微生物,從而提高動(dòng)物的健康。酶制劑在動(dòng)物胃腸道應(yīng)用產(chǎn)生的寡聚糖還可以顯著激活動(dòng)物巨噬細(xì)胞的活性,充當(dāng)免疫刺激的輔助因子,調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng),提高抗體免疫應(yīng)答能力,從而增加動(dòng)物體液及細(xì)胞免疫能力。
2.4 降低環(huán)境污染
現(xiàn)代化的養(yǎng)殖業(yè),廢棄物及排泄物造成的環(huán)境污染是亟待解決的問(wèn)題,如氮、磷造成的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。而在飼糧中添加酶制劑則可以提高養(yǎng)分利用率,減少糞中有機(jī)物等的排泄量,減輕環(huán)境污染。尤其是植酸酶的應(yīng)用,有效地提高了飼料中磷的利用率,降低飼料成本,改善畜禽生長(zhǎng)性能,減少無(wú)機(jī)磷在飼料中的添加量,減少動(dòng)物磷排放對(duì)環(huán)境的污染。此外,在黏性谷物的飼糧中添加非淀粉多糖酶,可降低食糜和排泄物黏度,改善禽蛋制品清潔度,同時(shí)避免墊料含水量過(guò)高和有害菌大量繁殖,從而改善養(yǎng)殖衛(wèi)生環(huán)境。
3 飼用酶制劑在飼料配方中的使用
3.1 直接添加法
在飼料原有配方中直接加入酶制劑,以提高飼料品質(zhì),改善飼喂效果。但這種方法適用于養(yǎng)殖行情好,客戶對(duì)飼料價(jià)格不敏感,需要使用高檔料來(lái)提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能,縮短出欄時(shí)間。這種方法未能將酶制劑對(duì)飼料品質(zhì)的提高以量的形式進(jìn)行表達(dá)。
3.2 配方參數(shù)調(diào)整法
降低動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),按降低后的參數(shù)進(jìn)行配方調(diào)整,從而起到降低成本的作用。這是目前在使用酶制劑時(shí),配方師為發(fā)揮酶制劑的作用經(jīng)常使用的一種方法,操作簡(jiǎn)單方便,但此方法不足之處是加酶飼料本身并未能直接降低動(dòng)物實(shí)際的營(yíng)養(yǎng)需求,將酶制劑與動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需求聯(lián)系在一起缺乏直接的科學(xué)理論依據(jù),僅僅是數(shù)值發(fā)生了相對(duì)變化。
3.3 原料替換法
將在日糧中添加的酶制劑作為一種含有能量、蛋白、氨基酸及礦物元素的原料,參與飼料配方設(shè)計(jì)調(diào)整。此種方法優(yōu)點(diǎn)是真正從概念上將酶制劑賦予了潛在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,且在飼料配方制作時(shí)將酶制劑的潛在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值參與配方計(jì)算。但不足之處在于酶的潛在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不是固定值,而是受配方中使用其它原料的品種和比例影響,當(dāng)其它原料變化時(shí),酶的潛在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值理論上也應(yīng)該是變化的值,這樣不斷變化的值在實(shí)際配方中使用顯得不方便。同時(shí),配方時(shí)酶制劑的使用量往往要求是一個(gè)固定值,而并非是一種使用比例可變的原料,一旦飼料中酶的添加量發(fā)生變化后,即使飼料中其它原料種類和比例都已經(jīng)確定,賦予酶本身的潛在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也發(fā)生了改變。
3.4 養(yǎng)分折算法
確定出飼料中加酶后對(duì)各種原料的養(yǎng)分利用率的提高值,將此提高值折算成該原料含有的營(yíng)養(yǎng),在原料成本不變的情況下,按提高了營(yíng)養(yǎng)值的原料進(jìn)行配方設(shè)計(jì)。理論上這種方法更加科學(xué)合理,能準(zhǔn)確表達(dá)加酶后使飼料原料的養(yǎng)分利用率提高,并將提高的養(yǎng)分值以額外方式加到原料的營(yíng)養(yǎng)成分值中,并按加酶后營(yíng)養(yǎng)值提高這一理論邏輯原理進(jìn)行配方配制,精準(zhǔn)表達(dá)出加酶飼料的效果。
4 飼用酶制劑評(píng)定方法
4.1 酶活性檢測(cè)
伴隨著酶制劑工業(yè)的不斷發(fā)展,飼用酶制劑的規(guī)范化程度也逐步得到了提高,國(guó)家相繼對(duì)植酸酶、纖維素酶、β-葡聚糖酶等制定了檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),其它一些沒(méi)有統(tǒng)一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的酶制劑產(chǎn)品行業(yè)內(nèi)研究人員也都根據(jù)實(shí)際情況制定了各種檢測(cè)方法,這些方法的制定為酶制劑產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供了有力的支持。但是酶制劑作為一種生物質(zhì)產(chǎn)品對(duì)外界的條件比較敏感,測(cè)定的溫度、pH值、時(shí)間等條件只要稍有不同就可能對(duì)酶活測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生很大差異,正因如此,如果酶活測(cè)定方法沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一,會(huì)致使飼用酶制劑使用者很難評(píng)估酶的實(shí)際作用效果。
4.2 酶活損失判定
酶制劑在使用的過(guò)程中會(huì)遇到很多會(huì)造成酶活損失的情況,比如飼料制粒的高溫、飼料中存在的酶抑制劑以及動(dòng)物胃腸道環(huán)境等。針對(duì)這些情況酶制劑必須具有良好的熱穩(wěn)定性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性和耐受性,以避免在飼料加工、儲(chǔ)存和體內(nèi)消化過(guò)程中失活。飼用酶制劑穩(wěn)定性評(píng)估通常是在模擬飼料加工參數(shù)、飼料儲(chǔ)存和動(dòng)物胃腸道的條件下設(shè)定一定的溫度、濕度和時(shí)間梯度,體外評(píng)定溫濕度、酸堿度和儲(chǔ)存時(shí)間等對(duì)酶活性的影響,即測(cè)定酶經(jīng)過(guò)不同條件處理后酶活的存留率。因此判斷一個(gè)酶制劑產(chǎn)品質(zhì)量不能僅僅從測(cè)定酶活性這一個(gè)方面,還必須綜合考慮到酶制劑使用過(guò)程中酶活損失的可能性。
4.3 體外消化試驗(yàn)
體外消化試驗(yàn)即是在實(shí)驗(yàn)室模擬某些動(dòng)物體消化道環(huán)境,用待測(cè)酶制劑進(jìn)行體外消化飼料等動(dòng)物食品,并測(cè)定消化前后各營(yíng)養(yǎng)成分﹙干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)物質(zhì)、淀粉及纖維素等﹚的消化率,以判定酶制劑的消化效果。進(jìn)行體外消化試驗(yàn)有一定的難度,因?yàn)閯?dòng)物消化道內(nèi)環(huán)境是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜環(huán)境,它受到很多因素﹙包括動(dòng)物種類、動(dòng)物生理階段、動(dòng)物機(jī)體狀態(tài)、日糧類型等﹚的影響。體外試驗(yàn)不能反映體內(nèi)的真實(shí)情況,與體內(nèi)試驗(yàn)不能完全吻合,但具有一定的參考價(jià)值。
4.4 動(dòng)物生產(chǎn)試驗(yàn)
動(dòng)物生產(chǎn)試驗(yàn)是判定一種飼料產(chǎn)品質(zhì)量最為直觀的方法,任何飼料產(chǎn)品只有在動(dòng)物生產(chǎn)試驗(yàn)中表現(xiàn)出顯著的生產(chǎn)效果才最能代表這個(gè)產(chǎn)品所具有的實(shí)際價(jià)值。飼用酶制劑最為一種功能性添加劑對(duì)飼料的影響和動(dòng)物生產(chǎn)效率的提高是有限的,再加上動(dòng)物生產(chǎn)試驗(yàn)本身受外界因素影響較大,所以要把酶制劑的動(dòng)物生產(chǎn)試驗(yàn)做出理想的效果也是具有一定的難度。大部分資料顯示,飼用酶制劑在各種動(dòng)物試驗(yàn)上都表現(xiàn)較為理想的應(yīng)用效果。
5 飼用酶制劑的發(fā)展現(xiàn)狀
5.1 商品化程度快,市場(chǎng)存留空間較大
自從20世紀(jì)20~50年代飼用酶制劑就開(kāi)始在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中應(yīng)用,但因酶制劑的生產(chǎn)成本昂貴,一直未能進(jìn)行商品化生產(chǎn),直到70年代由于轉(zhuǎn)基因技術(shù)和發(fā)酵工業(yè)得到長(zhǎng)足的進(jìn)步,飼用酶制劑應(yīng)用才進(jìn)入了突飛猛進(jìn)的發(fā)展階段。2000年全國(guó)飼用酶制劑的銷售量已達(dá)到6000t。到2005年我國(guó)飼用酶制劑的市場(chǎng)容量已達(dá)到2萬(wàn)t,而市場(chǎng)生產(chǎn)量大概只有8000t。按照我國(guó)配合飼料產(chǎn)量年產(chǎn)量1億t計(jì)算,如果飼用酶制劑添加量按0.1%計(jì),全國(guó)1/2 配合飼料添加飼用酶制劑,則需要5萬(wàn)t的飼用酶制劑,而我國(guó)目前飼用酶制劑市場(chǎng)生產(chǎn)量遠(yuǎn)未達(dá)到市場(chǎng)容量。因此,飼用酶制劑在我國(guó)還有很大的市場(chǎng)空間和潛力。
5.2 市場(chǎng)推廣品種增加,木聚糖酶得到大力推廣應(yīng)用
自從植酸酶在飼料中得到成功推廣應(yīng)用以來(lái),飼用酶制劑的應(yīng)用效果已經(jīng)越來(lái)越得到飼料用戶的認(rèn)可,并促使了整個(gè)飼用酶制劑行業(yè)得到了良性發(fā)展。隨著對(duì)酶制劑研究的不斷深入,人們對(duì)各種酶制劑作用機(jī)理和使用效果的認(rèn)識(shí)也更加清楚,促使了更多酶制劑在飼料工業(yè)中的推廣應(yīng)用。木聚糖酶是近兩年緊隨植酸酶的推廣發(fā)展起來(lái)的又一重要單酶,主要由β-1,4-D-內(nèi)切木聚糖酶、β-1,4-D-外切木糖苷酶和α-L-阿拉伯糖苷酶、α-D-氨基酸醛酸酶等脫支鏈酶構(gòu)成,屬于水解酶類,專一降解木聚糖的酶。飼料中添加木聚糖酶可有效降解飼料中的木聚糖,消除飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子,降低動(dòng)物腸道內(nèi)食糜粘度,提高飼料利用率,改善動(dòng)物生產(chǎn)性能,故木聚糖酶在飼料上的應(yīng)用市場(chǎng)前景非常廣闊。近幾年隨著木聚糖酶在飼料中的使用率不斷提高,木聚糖酶的技術(shù)研究和生產(chǎn)能力也得到了快速發(fā)展。另外,甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶等也得到了很好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。
5.3 菌種發(fā)酵效率提高,生產(chǎn)總?cè)萘吭黾?/font>
近些年來(lái),隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步,人們通過(guò)基因工程和蛋白質(zhì)工程手段已經(jīng)對(duì)酶制劑的基因進(jìn)行了不斷的研究,并培養(yǎng)出了很多活性強(qiáng)、酶活穩(wěn)定、使用條件寬松的產(chǎn)酶菌種,使產(chǎn)酶菌種的發(fā)酵能力大大提高,發(fā)酵效率得到了不斷提升。單位酶活力的升高,再加上酶制劑的生產(chǎn)工藝和菌種的發(fā)酵水平的提高,進(jìn)一步推動(dòng)了飼用酶制劑在飼料中的大范圍使用。同時(shí),隨著市場(chǎng)用酶品種的增多和飼料用酶率的提高,有效的推動(dòng)了整個(gè)飼用酶制劑發(fā)酵容量的增大,近兩年國(guó)內(nèi)幾家大型飼用酶制劑生產(chǎn)企業(yè)都相繼擴(kuò)大自己的生產(chǎn)規(guī)模,以適應(yīng)酶制劑市場(chǎng)需求量的不斷增加。
5.4 國(guó)際市場(chǎng)份額加大,品牌影響力提高
20世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)飼用酶制劑市場(chǎng)仍以使用一些國(guó)外品牌酶制劑為主,到本世紀(jì)初,隨著酶制劑發(fā)酵水平的不斷提高,生產(chǎn)成本的降低,國(guó)內(nèi)許多酶制劑生產(chǎn)企業(yè)得到了迅速發(fā)展,形成了我國(guó)的自主品牌,不但占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)飼用酶制劑市場(chǎng)的大部分份額,而且在國(guó)際市場(chǎng)上也得到很好的推廣,出口量逐年提高,飼用酶制劑現(xiàn)已成為少數(shù)幾個(gè)出口創(chuàng)匯的飼料添加劑品種之一。植酸酶的成功應(yīng)用并是很好的例子,2000年之前國(guó)內(nèi)植酸酶市場(chǎng)還是以國(guó)外酶制劑廠商銷售為主,到2002年之后國(guó)內(nèi)酶制劑生產(chǎn)企業(yè)不但占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)絕大部分植酸酶市場(chǎng),而且使中國(guó)一躍成為世界上最大的植酸酶生產(chǎn)和銷售國(guó)家。目前許多發(fā)達(dá)國(guó)家,政府有嚴(yán)格的法律限制,防止環(huán)境的污染,尤其是對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)氮、磷的排放,且許多國(guó)家更是為了解決環(huán)境污染問(wèn)題強(qiáng)制推薦在飼料中使用植酸酶等酶制劑,這也給我們國(guó)內(nèi)一些品牌酶制劑產(chǎn)品擴(kuò)大國(guó)際市場(chǎng)份額和影響力提供了很好的發(fā)展機(jī)會(huì)。
6 展望
隨著人們生活水平的提高及環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng),飼用酶制劑以其無(wú)殘留、無(wú)抗藥性、不污染環(huán)境等優(yōu)勢(shì)將會(huì)進(jìn)一步被推廣應(yīng)用,但飼用酶制劑的發(fā)展仍有許多問(wèn)題有待解決。目前酶制劑在動(dòng)物中應(yīng)用的研究大多停留在定性方面,而對(duì)酶制劑的定量研究較少,尤其在酶制劑對(duì)動(dòng)物生理上的影響研究甚少,許多酶制劑的作用機(jī)制及促生長(zhǎng)機(jī)理還不太清楚,消化生理等方面也有待深入研究。飼用酶制劑仍需要加大科技投入,加強(qiáng)新菌種篩選、微生物發(fā)酵、基因改良和應(yīng)用試驗(yàn)等研究工作,研制出更適合于飼料原料和市場(chǎng)特點(diǎn)的飼用酶制劑產(chǎn)品,以更好的推動(dòng)飼用酶制劑的生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。
作者:中國(guó)農(nóng)科院飼料研究所/李富偉
北京挑戰(zhàn)生物技術(shù)有限公司/湯海鷗
汪勇
作者: saturnbio 時(shí)間: 2011-4-2 10:17
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