酶在飼料方面的應(yīng)用

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最早記載科學(xué)描述外源性酶制劑在動物營養(yǎng)中的作用可追溯到20世紀20年代，在此后的30年里，科學(xué)家開始研究外源酶在家禽飼料中的應(yīng)用，并達到了廣泛應(yīng)用。

酶在動物體內(nèi)消化與新陳代謝過程中起著非常重要的作用。動物能分泌到消化道內(nèi)的酶主要屬于蛋白酶、脂肪酶類和碳水化合物酶類。在消化酶的作用下，底物大分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、脂肪、多糖等）降解為易被吸收的小分子物質(zhì)，如寡肽、氨基酸、脂肪酸、葡萄糖等。飼用酶制劑大致可分為消化酶和非消化酶兩大類。非消化酶是指動物自身不能分泌到消化道內(nèi)的酶，這類酶能消化動物自身不能消化的物質(zhì)或降解一些抗營養(yǎng)因子，主要有纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、植酸酶、果膠酶等。消化酶是指動物自身能夠分泌的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶類等。

飼用酶制劑不僅能消除飼料抗營養(yǎng)因子的有害作用，促進養(yǎng)分的消化和吸收，提高畜禽的生長速率、飼料轉(zhuǎn)化效率和增進畜禽健康，而且能減少養(yǎng)殖業(yè)排污中氮、磷的排放，保護生態(tài)環(huán)境。應(yīng)用飼用酶制劑是現(xiàn)代化養(yǎng)殖業(yè)中經(jīng)濟效益與生態(tài)效益兼顧的重要科學(xué)技術(shù)措施。

飼用酶制劑的商業(yè)化應(yīng)用在國外約有10余年的歷史。英國20世紀90年代初酶制劑在雞飼料中添加率幾乎等于零，而現(xiàn)在95%以上的雞飼料都添加酶制劑。中國如以珠海溢多利公司1992年推出溢多酶作為飼用酶商業(yè)化應(yīng)用的起點，飼用酶制劑在中國的應(yīng)用也有10多年歷史。

目前中國飼用酶制劑的市場已經(jīng)初步形成，并在逐步發(fā)展。在中國銷售飼用酶制劑的國外公司有近10家，其產(chǎn)品有：芬蘭國際飼料公司的愛維生和保安生系列產(chǎn)品，芬蘭安特羅斯公司的安特復(fù)合酶、植酸酶系列產(chǎn)品，羅氏公司和德國巴斯夫公司的植酸酶產(chǎn)品等。

中國飼用酶制劑企業(yè)據(jù)不完全統(tǒng)計也有20余家，其產(chǎn)品有：廣東珠海經(jīng)濟特區(qū)溢多利有限公司的溢多酶系列產(chǎn)品、廣東肇慶華芬飼料酶有限公司的華芬酶系列產(chǎn)品、廣東江門英恒生物飼料有限公司的英恒酶系列產(chǎn)品、江蘇太糊酶制廠的太糊酶系列產(chǎn)品、吉林長春昆侖酶制劑廠的復(fù)合酶系列產(chǎn)品等。

一、飼料的組成

飼料原料中的脂肪和添加到飼料中的植物油或動物脂肪在腸道經(jīng)過乳化后才能與胰脂酶充分接觸從而得以消化吸收。不飽和脂肪有利于乳糜微粒的形成。不飽和脂肪酸含量高的植物油消化吸收率高于動物油，動物油中豬油消化率高于牛油。幼齡動物對飽和脂肪酸的消化吸收能力較差，隨著周齡增大而提高。

飼料中多糖又可分為營養(yǎng)性多糖和結(jié)構(gòu)多糖。營養(yǎng)性多糖主要是淀粉和糖原，結(jié)構(gòu)多糖在植物性飼料中也指非淀粉多糖，主要是植物細胞壁組成成分，包括纖維素、半纖維素、果膠。半纖維素又包括β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、甘露寡糖等。禾谷子實（如玉米、高粱、小麥和大麥等）是畜禽飼料中碳水化合物的主要來源，其主要成分是淀粉，非淀粉多糖含量也較高。豆類飼料原料中的非淀粉多糖主要是果膠和纖維素。非淀粉多糖在目前可以說是影響飼料有機物質(zhì)消化利用的最主要因素，其中可溶性非淀粉多糖在動物消化道可增加食糜黏稠度，妨礙能量、氨基酸等養(yǎng)分的利用，對單胃動物產(chǎn)生抗營養(yǎng)作用。非反芻動物體內(nèi)不能分泌纖維素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、果膠酶等，纖維素、果膠和大部分半纖維素只能被微生物有限地利用。利用微生物生產(chǎn)的外源多糖酶添加到飼料中可以幫助畜禽消化利用這些非淀粉多糖，如β-葡聚糖酶可水解β-葡聚糖，木聚糖酶可水解阿拉伯木聚糖，從而降低其抗營養(yǎng)作用，提高動物生產(chǎn)性能。

植酸（6-磷酸肌醇）存在于所有植物性飼料中。植酸狀態(tài)磷的含量一般占總磷量的60%-80%。植酸還可和礦物元素、蛋白質(zhì)及一些消化酶等結(jié)合，降低這些養(yǎng)分的利用率或酶的活性。非反芻動物僅消化道上皮細胞分泌少量植酸酶，后腸道中的微生物可產(chǎn)生少量。非反芻動物對飼料中植酸磷的利用率很低，小于10%。

二、飼料中酶制的種類及主要作用

（一）飼料中酶制劑中主要種類及分類

世界上已發(fā)現(xiàn)的酶的品種有1700多種，生產(chǎn)用酶已達300多種，飼用酶亦有20多種。這些酶主要為消化性酶，多為水解系列酶。主要有纖維素酶（C1酶、Cx酶、β-1，4-葡萄糖苷酶）、半纖維素酶、果膠酶、淀粉酶（淀粉酶、糖化酶）、蛋白酶（中性蛋白酶、酸性蛋白酶）、植酸酶。

飼用酶制劑的分類方法很多。根據(jù)飼用酶制劑中所含酶種類的多少可分為：飼用單一酶制劑和飼用復(fù)合酶制劑。由于飼料成分的多樣性，所以復(fù)合酶制劑比單一酶制劑效果更好，也更為常用。

1、單酶制劑

主要的單酶制劑有如下幾類。

（1）淀粉酶 包括糖化酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶等。α-淀粉酶和β-淀粉酶可直鏈和支鏈淀粉水解為雙糖、寡糖和糊精，經(jīng)糖化酶再分解為葡萄糖。糖化酶能將α-淀粉酶分解的中低分子物質(zhì)并進一步水分解為葡萄糖，被動物吸收利用。

（2）蛋白酶 蛋白酶是降解蛋白質(zhì)肽鏈的水解酶，有酸性、中性和堿性之分，飼料中選用酸性、中性，主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。

（3）植酸酶 能將豆類、谷實類及其他副產(chǎn)品等飼料中植酸鹽水解出磷酸根，以及被植酸螯合的鈣、鎂、銅、鋅等離子，為豬、禽等單胃動物吸收利用。谷物中的磷絕大多數(shù)是以植酸磷的形式存在，動物本身不分泌植酸酶，所以對谷物中這部分磷的利用率較低，而通過在飼料中添加微生物分泌的植酸酶，就可以將這部分磷分解釋放出來，從而減少無機磷在飼料中的添加量，降低飼料成本，并且可以減少動物糞便中磷的排泄量，降低環(huán)境污染。是目前應(yīng)用較多且前景最好的一種綠色飼料添加劑。

（4）纖維素酶 包括C1 酶、Cx酶和β-1，4-葡萄糖苷酸酶，在其共同作用下，能將飼料中的纖維素分解成葡萄糖，并將釋放其他養(yǎng)分（如蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等），為畜禽消化和吸收利用。

（5）半纖維素酶 包括木聚糖酶（戊聚糖酶）、聚半乳糖酶等，可將植物細胞中的半纖維素水解為五碳糖，并降低半纖維素溶于水后的黏度。

（6）β-葡聚糖酶  β-葡聚糖廣泛存在于多種植物原料中，黏性較大，是影響營養(yǎng)分子傳遞和吸收的一個重要的抗氧因子。β-葡聚糖酶能水解葡聚糖等大分子，降低消化道中物質(zhì)的黏度，促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。β-葡聚糖酶是酶制劑飼料添加劑中較為重要和應(yīng)用較廣泛的一種酶。

（7）果膠酶 果膠質(zhì)是植物性原料中一種抗營養(yǎng)因子，影響飼料的利用率。果膠酶可裂解植物細胞壁單糖之間的糖苷鍵，分解植物表皮的果膠，促進植物組織的分解，促進營養(yǎng)成分的消化和吸收。果膠酶也是較常用的一種飼料酶制劑。

（8）木聚糖酶 木聚糖是植物細胞壁的主要成分之一，屬于非淀粉多糖，為一種廣泛存在于植物中的半纖維素，它是由β-1，4-糖苷鍵連接而成的木糖聚合物。通常，木聚糖以異質(zhì)多糖形式存在并與纖維素結(jié)合在一起。木聚糖酶是木聚糖的專一降解酶，屬于水解酶類，包括內(nèi)切木聚糖酶、外切木聚糖酶和木糖苷酶3種。木聚糖酶耐熱性較好，動物腸道內(nèi)的溫度、pH值對其活性影響不大，而且能耐受制粒過程中的高溫，這使其在動物飼料中的運用具有獨特優(yōu)勢。

（9）β-葡萄糖苷酶  將纖維二糖、纖維三糖及其他低分子纖維糊精分解為葡萄糖。主要是將植物細胞中的半纖維素酶分解為各種五碳糖，并可降低半纖維素溶于水后的黏度。

以上酶類根據(jù)在飼料中的作用可分為兩類：①消化性酶，主要指畜禽消化道可以合成和分泌，但因某種原因需要補充和強化的酶種，如淀粉酶、蛋白酶等；②非消化性酶，主要指動物通常不能合成與分泌，但飼料中又有其相應(yīng)底物存在（多為抗營養(yǎng)因子），而需要添加的酶種，如木聚糖酶、果膠酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶、植酸酶等。

2、復(fù)合酶

復(fù)合酶是以一種或幾種單一酶制劑為主體，加上其他單一酶制劑混合而成，可同時降解飼料中的多種養(yǎng)分和多種抗營養(yǎng)因子，效果優(yōu)于單一酶制劑。

復(fù)合酶根據(jù)不同動物和不同動物生長階段的特點進行配制，有較好的作用，是目前最常用的飼料添加劑。國內(nèi)外復(fù)合酶制劑主要有以下酶類。

①以蛋白酶、淀粉酶為主的飼用復(fù)合酶，主要功能為補充內(nèi)源性消化酶不足，適用于小動物。

②以木聚糖酶、果膠酶、甘露聚糖酶為主的飼用復(fù)合酶，消除玉米-豆粕、小麥-豆粕等類型口糧的黏性抗營養(yǎng)因子，在中國的飼料生產(chǎn)中經(jīng)常使用。

③以葡聚糖酶為主，木聚糖酶等為輔，消除大麥、黑麥型日糧的黏性抗營養(yǎng)因子，歐美國家應(yīng)用比較廣泛。

④蛋白酶、淀粉酶、木聚糖酶、果膠酶等兼而有之，為通用型飼用酶制劑。

飼用復(fù)合酶中各種酶的種類和比例與動物飼糧有關(guān)，不同飼糧所含抗營養(yǎng)因子的種類和比例不同，需要飼用酶制劑所含酶的種類和比例也不同。此外，也與動物種類和生長階段有關(guān)，不同動物種類和生長階段，需要飼用酶制劑所含酶的種類和比例也有所不同。因此，飼用復(fù)合酶制劑中各種酶的配比既和飼料化學(xué)成分的性質(zhì)有關(guān)，也和動物消化系統(tǒng)的生理特點有關(guān)。一種好飼用復(fù)合酶制劑產(chǎn)品需要熟悉酶制劑生產(chǎn)工藝的微生物發(fā)酵專家和熟悉飼料成分及動物消化生理特點的飼料營養(yǎng)專家來共同設(shè)計。在飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)中如何正確合理地應(yīng)用飼用酶制劑，也需要動物營養(yǎng)和飼料科學(xué)的專家來共同指導(dǎo)。

（二）酶制劑飼料添加劑的作用

1、直接分解營養(yǎng)物質(zhì)，提高飼料利用率

飼用酶制劑可以在動物的消化道內(nèi)，將飼料中的大分子物質(zhì)，水解為易吸收的小分子物質(zhì)，降低營養(yǎng)物質(zhì)在糞便的排出量，即對內(nèi)源酶起輔助補充作用。

仔豬胃腸道消化酶除乳糖酶在2周齡左右開始下降外，其他酶的分泌在出生后隨日齡增大而增加，大多數(shù)在5周齡左右才能達到高峰，只有糜蛋白酶在3周左右可以達到最大。為了縮短母豬繁殖周期和使仔豬盡早適應(yīng)植物蛋白日糧，早期斷奶甚至超早期斷奶在養(yǎng)豬生產(chǎn)中普遍施用，但早期斷奶產(chǎn)生明顯應(yīng)激，對消化系統(tǒng)發(fā)育和消化酶分泌產(chǎn)生不良影響，消化酶分泌急劇減少，斷奶2周后才又逐漸恢復(fù)上升。斷奶后兩周內(nèi)消化酶分泌不足是斷奶仔豬生長阻滯的主要因素之一。在斷奶仔豬日糧中添加酶制劑是減輕斷奶應(yīng)激、避免生長阻滯、提高仔豬生長性能的必要和有效的措施之一。

雛雞大數(shù)消化酶在2周齡左右才發(fā)育到高峰，個別的（如脂肪酶）還要到21日齡左右。Noy等（1995）發(fā)現(xiàn)雛雞21日齡十二指腸分泌的胰蛋白酶是4日齡的50倍。從4日齡到21日齡，小腸氮消化率從78%提高到92%。21日齡淀粉酶活性是4日齡的100倍，淀粉的消化率從4日齡的82%上升到21日齡的89%。因此，消化酶分泌不足是雛雞對飼料利用的主要限制因素之一。

在幼齡動物消化酶發(fā)育不完善、年老動物消化酶分泌能力降低以及受到應(yīng)激或疾病感染后的動物引起消化酶分泌紊亂等情況下，外源消化酶可補充內(nèi)源酶的不足，增強動物對飼料養(yǎng)分消化吸收能力，從而提高畜禽生產(chǎn)力和飼料轉(zhuǎn)化效率。

2、消除抗營養(yǎng)分子，改善消化機能

麥類谷物（小麥、大麥、黑麥和黑小麥）胚乳細胞壁含有可溶性非淀粉糖、果膠、植酸、纖維素聚合物，豆粕等餅粕類飼料中含有多種抗營養(yǎng)因子（胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素和α-半乳糖苷）。這些可溶性非淀粉多糖使食糜黏度增大，食糜的流通及消化速率降低，因此這些谷物也被稱為黏性谷物。流通緩慢和黏性食糜也有利于微生物增殖，微生物消耗營，尤其在年齡較大和消化道發(fā)育成熟的畜禽后腸道。在日糧中添加非淀粉多糖酶，特別是β-葡聚糖酶、植酸酶、果膠酶和纖維素酶，一方面可打破細胞壁中纖維素、半纖維素和果膠等對養(yǎng)分的束縛，讓消化酶迅速充分地接觸飼料養(yǎng)分，使營養(yǎng)物質(zhì)更好地被利用；另一方面，加快飼料養(yǎng)分吸收，減少后腸道食糜中可供微生物利用的有效養(yǎng)分含量，腸道微生物增殖受到控制，有利于畜禽健康，尤其是減少使用抗生素或不使用抗生素的情況下效果更加明顯。玉米和高粱屬于非黏性谷物或低黏性谷物，其中非淀粉多糖含量低。這些谷物為主的日糧中添加非淀多糖酶可以減小其營養(yǎng)價值的變異，提高飼養(yǎng)效果和畜禽群體的整齊度，增加經(jīng)濟益。

3、激活內(nèi)源酶的分泌，提高消化酶的濃度

由于酶制劑的使用，可提供更多可供多種酶的基質(zhì)，從而激活動物體內(nèi)多種消化酶更多地分泌，提高消化酶的有效含量，加速營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，從而提高飼料利用率加速動物的新陳代謝，促進動物生長。

4、減輕畜牧生產(chǎn)對環(huán)境的污染

現(xiàn)代化的養(yǎng)殖業(yè)主要以大規(guī)模集約生產(chǎn)為基本特征，對環(huán)境的污染日趨嚴重，如氮、磷造成的水體富營養(yǎng)化問題。在飼料中添加酶制劑，如蛋白酶和植酸酶等，可以增加飼料利用率，減少糞便中有機物、氮和磷的排泄量，減輕環(huán)境污染。在含黏性谷物的日糧中添加非淀粉多糖酶，可降低食糜和排泄物的黏度，在家禽可以改善蛋殼清潔度、避免墊料含水率過高和有害菌大量增殖，改善禽舍環(huán)境。添加植酸酶可降低排泄物中磷含量20%～50%，也可提高氮的利用率。

三、適當選擇和合理使用飼用酶制劑

1、依據(jù)動物的種類和日齡不同，選擇使用消化酶

對于畜禽，在一些特殊的生長發(fā)育階段和飼養(yǎng)管理條件下會出現(xiàn)內(nèi)源消化酶分泌不足。如幼齡動物消化酶發(fā)育不完善、年老動物消化酶分泌能力降低以及受到應(yīng)激或疾病感染后的動物消化酶分泌紊亂等情況。外源消化酶可補充內(nèi)源酶的不足，增強動物對飼料養(yǎng)分的消化吸收能力，從而提高畜禽生產(chǎn)力和飼料轉(zhuǎn)化效率。選用適當?shù)南钢苿浹a內(nèi)源酶的不足，可以提高畜禽生產(chǎn)力和改善飼料利用效率。肉仔雞的食量遠大于蛋用雛雞，但兩者胰腺消化酶的分泌近似。肉仔雞在同樣的消化酶水平下要處理更多的食糜，日糧中補加外源性消化酶則顯得更重要，飼喂效果顯著。

溫度和酸堿度是影響酶作用效果的兩大環(huán)境因素，各種酶都具有各自最適宜（具有最大活性）的，甚至是維持其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)穩(wěn)定性的環(huán)境溫度和酸堿度。家禽和豬腸道酸堿度和溫度相差較大，適用于豬的酶制劑品種或酶活數(shù)量不一定適用于家禽。同一類酶（如蛋白酶）可有不同的來源和性質(zhì)，如有植物、細菌和真菌來源，不同來源的同一類酶也可能有不同的環(huán)境適應(yīng)性。因此在選擇畜禽酶制劑時應(yīng)注意不同的酸堿性。

2、針對目標底物（日糧類型）選用酶制劑種類

由于酶作用的底物特異性，要使飼用酶制劑發(fā)揮優(yōu)良的效果，在應(yīng)用時必須考慮飼料原料特性。不同飼料原料的組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)都有特殊性。在小麥和黑麥中主要的非淀粉多糖是阿拉伯木聚糖；而在大麥和燕麥中除了阿拉伯木聚糖外主要是β-葡聚糖；豆科種子中主要是果膠?？梢?，用于小麥豆粕型飼料的酶應(yīng)主要是木聚糖酶、果膠酶和纖維素酶，而用于大麥豆粕型飼糧的則主要是β-葡聚糖酶、果膠酶、木聚糖酶和纖維素酶。

植物飼料原料中的植酸相對上述碳水化合物而言比較簡單，它具有固定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和特性，在植酸酶的使用方面要考慮的因素也就簡單得多。

3、根據(jù)目標底物含量確定酶制劑的適宜用量

在日糧中使用非消化酶類的目的在于提高飼料中畜禽依靠內(nèi)源酶不能消化物質(zhì)的利用率或消除其抗營養(yǎng)作用。若底物過少，加酶就不會產(chǎn)生出明顯的改進效果；若底物量過多，添加的酶量或酶活性不充足，則所能降解的底物數(shù)量有限，效果也不佳。這就要求底物與酶制劑用量之間應(yīng)有適宜的比例關(guān)系，根據(jù)目標底物含量，確定添加酶制劑的用量。

對飼用酶制劑中絕大數(shù)酶的活力大小的度量還沒有統(tǒng)一的標準。由于測定所選用的酸堿度、溫度和底物對酶活測定結(jié)果影響很大，表現(xiàn)出從酶活指標難以判斷酶制劑的質(zhì)量優(yōu)劣，具有相同酶活力的產(chǎn)品的使用效果差異較大。

4、確定酶制劑的營養(yǎng)改進值或營養(yǎng)當量，對日糧配方進行優(yōu)化

使用酶制劑的方式有兩種：一是直接在根據(jù)經(jīng)典的飼料營養(yǎng)參數(shù)設(shè)計的日糧中添加酶制劑，該方式簡單易行，會提高畜禽生產(chǎn)性能，但將增加飼料成本；二是根據(jù)酶制劑提高畜禽生產(chǎn)性能和改善飼料利用的程度，適當降低根據(jù)經(jīng)典飼料營養(yǎng)參數(shù)設(shè)計的日糧營養(yǎng)水平或利用廉價飼料原料配制日糧，這樣可以做到在保持動物生產(chǎn)性能不下降的情況下降低飼料成本。第二種方式所能達到的完美程度依賴于配方技術(shù)人員對酶制劑和飼料原料信息的了解程度，如果酶制劑供應(yīng)商能夠在充分科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上提出某種酶制劑所能改進的飼料養(yǎng)分消化率的大小或相當?shù)臓I養(yǎng)價值[可以稱作營養(yǎng)改進值（INV）或營養(yǎng)當量（NE）]，在制作配方時應(yīng)用這些INV或NE對經(jīng)典的飼料營養(yǎng)參數(shù)進行調(diào)整后再進行計算，就可以達到較高的精準度，實現(xiàn)真正的優(yōu)化。上述技術(shù)信息也應(yīng)是用戶考察和選擇酶制劑供應(yīng)商的重要參考指標。

5、全面考慮日糧的營養(yǎng)平衡、商品屬性和經(jīng)濟成本

酶制劑使用前后所能產(chǎn)生的飼喂效果的顯著差異常見于一些非常規(guī)日糧類型，譬如非淀粉多糖酶制劑應(yīng)用于以麥類作業(yè)主要能量飼料的畜禽日糧中。在日糧類型發(fā)生較大變化時，只考慮酶制劑的INV或NE而力求降低日糧成本是不夠的或說是偏頗的，還應(yīng)該全面考慮日糧的營養(yǎng)平衡，對因為日糧類型改變可能導(dǎo)致的某些營養(yǎng)虧缺應(yīng)進行彌補。例如，以小麥作為主要能量飼料的日糧與玉米型日糧比較就更易出現(xiàn)生物素缺乏。商品屬性也賦予商品飼料重要的價值，飼料原料類型的改變有進也會有損用戶已經(jīng)習(xí)慣和喜好的商品特點，如色澤等。彌補營養(yǎng)虧缺和商品屬性都會有成本增加。

6、適當?shù)娘暳霞庸すに嚕Ｕ厦钢苿┑膽?yīng)用效果

酶是蛋白質(zhì)，除了極個別酶可以在90℃左右高溫保持結(jié)構(gòu)和功效的穩(wěn)定，極大多數(shù)不具有耐受70℃以上高熱的性質(zhì)。沒有經(jīng)過特殊穩(wěn)定性處理的酶制劑很難經(jīng)受住制粒工藝而仍維持較高的活力，更不能適應(yīng)膨化工藝。對于必須制?；蚺蚧娘暳?，宜采用后噴工藝技術(shù)將飼用酶（液態(tài)）均勻添加到配合飼料中。

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