植酸酶和木聚糖酶在畜禽飼料中的應(yīng)用前景

來自鄉(xiāng)下的狼

1.前言 目前飼料的安全問題已成為眾人關(guān)注的焦點(diǎn)之一，飼料安全主要包括有三個(gè)方面，一是飼料對(duì)動(dòng)物和人類健康的影響；二是在養(yǎng)殖過程中飼料對(duì)環(huán)境安全的影響；三是在生產(chǎn)飼料時(shí)對(duì)能源及飼料資源的消耗及安全的影響。從這三方面來看，酶制劑的使用對(duì)飼料安全，健康發(fā)展起著不可忽視的作用。 飼用酶制劑的真正發(fā)展和應(yīng)用始于80年代，經(jīng)過多年的研究和使用，酶制劑的效果現(xiàn)已毋庸置疑。合理應(yīng)用酶制劑不但可以提高飼料消化率和利用率，提高畜禽生產(chǎn)性能，降低飼料成本，還能減少畜禽排泄物中氮、磷的排泄量，起到保護(hù)水體和土壤免受污染的作用。因而飼用酶制劑作為一類高效、無毒副作用和環(huán)保型“綠色”飼料添加劑，在21世紀(jì)有著十分廣闊的應(yīng)用前景。 目前國內(nèi)眾多飼料生產(chǎn)廠家使用酶制劑目的主要是：消除抗?fàn)I養(yǎng)因子（如木聚糖酶和植酸酶），補(bǔ)充動(dòng)物內(nèi)源酶（如蛋白酶和淀粉酶），使某些養(yǎng)分容易吸收，提高飼料利用率。從而達(dá)到擴(kuò)大可利用飼料資源、降低飼料成本和減輕畜禽糞便造成的環(huán)境污染，改善日糧風(fēng)味，促進(jìn)采食等一系列的目的。
         2．植酸酶和木聚糖酶的生產(chǎn) 飼用植酸酶主要是由微生物發(fā)酵制得，目前用于生產(chǎn)植酸酶的菌株已有數(shù)種，禾本植酸酶選用黑曲霉（A.niger）為產(chǎn)酶菌株，經(jīng)基因改良、優(yōu)化表達(dá)系統(tǒng)后獲得了更高效價(jià)的菌株。通過對(duì)該菌株的發(fā)酵可制得pH值范圍廣、活性高的酶制劑。木聚糖酶同樣由微生物發(fā)酵制得，微生物、細(xì)菌和真菌均可以產(chǎn)生木聚糖酶，禾本木聚糖酶是通過真菌發(fā)酵提取獲得的。 飼用酶制劑的生產(chǎn)流程主要有以下幾個(gè)步驟：首先是制種，其次是發(fā)酵，發(fā)酵后即可獲得粗酶液，對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行分離和干燥后制得成品酶制劑。禾本植酸酶在分離和干燥時(shí)采用了二步制粒法，即首先是通過噴霧干燥制成100~120目的粉末狀產(chǎn)品后，再采用制粒機(jī)進(jìn)行二次制粒。該法制得的成品具有一定的緩釋作用，效果更優(yōu)于其他方法制得的產(chǎn)品。
         3．植酸酶和木聚糖酶的作用機(jī)理 3.1植酸酶的作用機(jī)理 植酸（植酸鹽）的化學(xué)結(jié)構(gòu)由一分子肌醇與六分子磷酸結(jié)合組成，其化學(xué)名稱為六磷酸肌醇。植酸鹽是磷在植物籽實(shí)中的主要存在形式，一般谷實(shí)類飼料中植酸磷占總磷的比例為50%~80%，其中玉米、豆粕中的植酸磷占總磷的比例分別為71%和58%（NRC，1994）。在單胃動(dòng)物體內(nèi)植酸磷消化率很低，大部分植物飼料中僅有30%的磷能被畜禽利用。因此，大量的未被消化的磷排出體外，造成磷的浪費(fèi)和環(huán)境污染。 由于植酸具有很強(qiáng)的螯合能力，除了磷之外它還和飼料中許多陽離子（如Ca  2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Mn2+等）形成不溶性復(fù)合物（Cheryan,1983），影響這些離子的吸收。植酸還可以與蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成植酸蛋白質(zhì)復(fù)合物，降低蛋白質(zhì)的利用率（何欣，1997）。因此當(dāng)單胃動(dòng)物的日糧中含有較多的植酸鹽時(shí)，不僅自身所含有的磷不能得到有效地利用，而且還會(huì)對(duì)其它營養(yǎng)成分的消化吸收造成較大的負(fù)面影響（李路勝等，2003）。 植酸酶屬于磷酸單酯水解酶，是磷酸酶的一種類型。植酸酶專一性的水解植酸中的磷酸酯鍵，將植酸分子中的磷酸基團(tuán)逐個(gè)水解分離，最終產(chǎn)物為肌醇和無機(jī)磷酸。除了釋放植酸鹽中的磷之外，植酸酶的潛在營養(yǎng)價(jià)值還表現(xiàn)在釋放植酸螯合的其他礦物元素和微量元素，以及增加淀粉消化率（Knuckles等，1987），提高蛋白質(zhì)利用率（Selle等，2000）。通常飼用植酸酶的最適PH在2~6之間，最適溫度為40℃~60℃。 3.2木聚糖酶的作用機(jī)理 木聚糖是半纖維素的一種，屬于非淀粉多糖（NSP），是由D-木糖主鏈和L-阿拉伯糖分枝所組成的聚合物。該物質(zhì)主要存在于小麥、黑麥和黑小麥中，以黑麥中含量最高。M.D.Fleurg試驗(yàn)測定，無殼大麥、六棱大麥和二棱大麥中的總木聚糖含量分別為4.07%、6.12%和5.61%。木聚糖的抗?fàn)I養(yǎng)特性主要表現(xiàn)在增加食糜粘度，影響動(dòng)物消化道對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。Fenlger（1998）指出，木聚糖可以在動(dòng)物腸道形成高粘性物質(zhì)，延緩營養(yǎng)物質(zhì)與消化液的混和速度，阻滯營養(yǎng)物質(zhì)向腸道粘膜表面絨毛的擴(kuò)散（Llegami，1990）。木聚糖的這種粘性主要是由連接在主鏈上的阿拉伯糖殘基分子引起的（Mares等，1973），低濃度的木聚糖直接與水分子結(jié)合使其粘稠度增加；高濃度的木聚糖則相互纏繞成網(wǎng)狀，極大增加了吸收的水的能力，甚至形成膠凝狀態(tài)，使粘度大大增加。 木聚糖酶主要作用是使木聚糖分解為小分子，降低其粘度，同時(shí)降低腸道內(nèi)容物的粘性，從而提高內(nèi)源消化酶的擴(kuò)散速率，最終提高養(yǎng)分消化率（DeSilva等，1983）。此外，由于木聚糖是植物細(xì)胞壁的構(gòu)成成份之一，經(jīng)木聚糖酶降解后，打破了細(xì)胞壁的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)，包裹在里面的養(yǎng)分由此釋放出來，提高了這部分養(yǎng)分的消化率。另一方面，木聚糖分解后食糜的粘性降低，腸道排空速度提高，小腸內(nèi)的發(fā)酵程度降低，抑制了厭氧微生物菌落的生長，減少腸道疾病的發(fā)生率（Linderman等，1986）。
           4．植酸酶和木聚糖酶的應(yīng)用
          4.1植酸酶的應(yīng)用 植酸酶在多種動(dòng)物飼料中均可運(yùn)用，目前在雞飼料中的應(yīng)用最為普遍。在日糧中添加一定量的植酸酶，可以降低生產(chǎn)成本，提高營養(yǎng)成份利用率，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。Kornegay等（1996）報(bào)道，添加939U/Kg植酸酶相當(dāng)于添加1g/Kg無機(jī)磷。Namkung和Lesson(1999)試驗(yàn)表明，使用1149U/Kg植酸酶替代日糧中0.1%的有效磷，肉仔雞體增重、采食量和增重耗料比與正常磷水平日糧相近。孫國榮等（2003）研究發(fā)現(xiàn)，在蛋雞日糧中不加無機(jī)磷（有效磷水平為0.1%）而以0.5%的酶制劑代替，可以比不加酶組提高40.24%的贏利。劉衛(wèi)東等（2003）在蛋雞中加入不同量的植酸酶替代磷酸氫鈣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加0.006%的植酸酶可以降低飼料成本，提高蛋雞的生產(chǎn)性能；添加0.004%的植酸酶時(shí)出現(xiàn)明顯的缺磷癥狀；添加0.008%的植酸酶對(duì)生產(chǎn)性能無不良影響但增加了飼料成本。 NathanR.等（2004）在小雞上的實(shí)驗(yàn)證明，添加植酸酶可以提高鈣的生物學(xué)利用率，而且對(duì)不同鈣源的鈣利用率提高程度不同，平均每千克飼料中可釋放0.9g鈣。AgustinBrenes等（2003）報(bào)道，將植酸酶添加到低有效磷的飼料中，可以提高雛雞生產(chǎn)成績和鈣、磷、鋅的利用率。Qian等（1996）進(jìn)一步證明，微生物植酸酶在不含磷或低無機(jī)磷的豬或禽飼料中更有效。Rama等（1999）研究發(fā)現(xiàn)在低鈣和低非植酸磷（分別為7.5和3.09g/Kg）雞日糧中補(bǔ)充植酸酶可以減少無機(jī)磷的使用，同時(shí)減少磷排放到環(huán)境中的數(shù)量。該作者在蛋雞上的實(shí)驗(yàn)表明添加250U/Kg植酸可以取代玉米-大豆型蛋雞日糧中無機(jī)磷的添加，而不影響蛋雞生產(chǎn)性能。 植酸酶在豬飼料中的應(yīng)用也有大量的研究，結(jié)果表明在哺乳母豬和懷孕母豬日糧中添加植酸酶可以提高磷的消化率（Lantzschetal,1995;Kemmeetal,1997;Grelaetal,2000），在生長豬上添加植酸酶可以增加鈣的消化率（Pallaufetal,1994;Kornegayetal,1996;O’Quinetal,1997）。A.W.Jomgbloed等（2004）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在哺乳母豬飼料中添加10000U/Kg植酸酶可以顯著提高磷和鈉的消化率，在懷孕母豬飼料中添加750U/Kg或1000U/Kg植酸酶可顯著提高磷和灰分的消化率。Helander等（1994）報(bào)道，在生長豬日糧中添加1200U/Kg植酸酶可提高鎂的消化率。Kemme等（1998）報(bào)道在豬上補(bǔ)充500U/Kg植酸酶可增加10%~20%鈣表觀消化率。 以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，飼用植酸酶的添加可以在不影響動(dòng)物生產(chǎn)性能的同時(shí)為養(yǎng)殖業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。而不同動(dòng)物不同生長階段，植酸酶的添加量不同，對(duì)營養(yǎng)成分利用率的改善程度也有差別。
           4.2木聚糖酶的應(yīng)用 近年來眾多研究表明，木聚糖酶能通過降解木聚糖而消除其抗?fàn)I養(yǎng)作用，因此這一酶制劑在生產(chǎn)中的應(yīng)用已越來越普遍。張志群等（1998）發(fā)現(xiàn)在肉雞飼料中添加木聚糖酶可以改善肉仔雞飼料轉(zhuǎn)化率，提高肉仔雞的增重。王金全等（2004）加入不同劑量木聚糖酶到不同小麥水平肉雞日糧中的實(shí)驗(yàn)表明，木聚糖酶能顯著增加30%和40%小麥水平組肉雞平均日增重（P<0.05），隨酶添加劑量的增加，日增重有增加趨勢(shì)。該實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)木聚糖酶的添加能明顯改善肉雞1~3周的飼料轉(zhuǎn)化率，日糧代謝能提高0.29%~6.69%。Chot等（1992）報(bào)道，在高比例小麥型蛋雞日糧中添加木聚糖酶，蛋雞的表觀代謝能、試驗(yàn)期增重、飼料轉(zhuǎn)化率和蛋白質(zhì)消化率，以及糞便形態(tài)都可得到明顯改善。此外該實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，在蛋雞養(yǎng)殖過程中，小麥+木聚糖酶型日糧的使用效果達(dá)到并超過了玉米型日糧。 木聚糖酶在豬的飼料中也有應(yīng)用，有實(shí)驗(yàn)表明豬采食小麥日糧后日增重與日糧中添加木聚糖酶數(shù)量呈顯著正相關(guān)，飼料轉(zhuǎn)化率也得到顯著改善；經(jīng)濟(jì)效益分析表明，用小麥大量代替玉米，同進(jìn)添加木聚糖酶，在養(yǎng)豬生產(chǎn)上既可提高生產(chǎn)性能又可提高獲得經(jīng)濟(jì)效益（王修啟等，2001）。馮定遠(yuǎn)（1997），白亮亮（1999）報(bào)道，在20Kg~60Kg生長育肥豬的次粉或小麥日糧中添加5%木聚糖酶制劑可提高日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，降低腹瀉率，健康狀況明顯改善。Prokop等（1999）在仔豬中應(yīng)用木聚糖可提高仔豬日增重，蛋白質(zhì)消化率提高3%，纖維消化率提高17%（P<0.01），蛋白質(zhì)沉積率提高9%（P<0.01）。由以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，木聚糖酶在養(yǎng)殖業(yè)的使用具有廣闊的前景。
         5.酶制劑在飼料應(yīng)用中出現(xiàn)的問題和前景 由于目前養(yǎng)殖畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，大宗飼料原料出現(xiàn)了一定的短缺現(xiàn)象，而且無機(jī)磷對(duì)環(huán)境的污染也不容小視，因此必須重視對(duì)植物磷的利用，以及合理開發(fā)利用我國資源豐富的麥類谷物和糠麩類飼料原料，其關(guān)鍵就在于酶制劑的應(yīng)用。在飼料中添加適當(dāng)?shù)闹菜崦缚梢蕴岣咧菜崃椎睦?，大大降低無機(jī)磷的用量，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)還可以節(jié)約飼料成本；木聚糖酶則可以降解木聚糖，消除麥類飼料中這一主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，增加其在飼料配方中的使用量。 由于國內(nèi)的酶制劑普遍存在耐高溫能力較差，長期儲(chǔ)存時(shí)酶活不穩(wěn)定，以及酶活性檢測困難的問題，因此限制了酶制劑在顆粒飼料等畜禽料中的應(yīng)用。而在國外植酸酶已成為一種強(qiáng)制添加的非常規(guī)原料，目的是減少無機(jī)磷對(duì)環(huán)境的污染?，F(xiàn)在國內(nèi)外解決植酸酶耐高溫的主要措施是包膜技術(shù)，但包膜產(chǎn)品的性能不太穩(wěn)定，并不能從根本上解決耐高溫的問題。 為了能更好的推動(dòng)我國酶制劑事業(yè)的發(fā)展，為廣大飼料生產(chǎn)商帶來更高的效益，也為我國環(huán)境保護(hù)做出一定的貢獻(xiàn)，禾本公司一直致力于耐高溫、高效、儲(chǔ)存性好飼用酶制劑的研究，現(xiàn)已取得了一定的成績。目前禾本公司主要通過分子生物學(xué)的途徑，來尋找能從根本上解決植酸酶耐高溫問題的方法。即將推出的禾本植酸酶新產(chǎn)品在生產(chǎn)過程加入了蛋白質(zhì)改造工藝，以期能使產(chǎn)品具有耐高溫性能。此外，針對(duì)酶活檢測困難的問題，禾本公司以強(qiáng)大的科技為依托，已成功的研制出一種快速檢測植酸酶活性的試劑盒，即將投放市場，使廣大用戶能更便宜快捷的測定酶活。 隨著生物工程技術(shù)的不斷發(fā)展，還可進(jìn)一步研究出不同動(dòng)物不同階段中各種酶的最佳添加量，另一方面也可以經(jīng)過對(duì)產(chǎn)酶菌株的篩選或誘變以產(chǎn)生更適宜于飼料生產(chǎn)的酶制劑。總之，各種飼用酶制劑必將在未來的畜牧業(yè)發(fā)展中，發(fā)揮出其所具有的巨大潛力和作用，為我國的養(yǎng)殖業(yè)帶來新的生機(jī)與前景。

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酶制劑的應(yīng)用現(xiàn)在越來越廣泛了！