飼用酶應(yīng)用進(jìn)展

和興

摘 要 飼料中添加酶可幫助動物對飼料養(yǎng)分的消化吸收，大幅提高飼料效率，促進(jìn)動物生長。綜述了木聚糖
酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶和植酸酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用。
      關(guān)鍵詞 飼用酶 ；飼料 ；應(yīng)用
                                     Application Advancement of Feed Enzyme
      ABSTRACT adding enzyme to the feed can help animal to digest nutrient of the feed and increase efficiency of the feed and promote animal to grow up. Application of xylanase, p-glucanase, cellulase and phytase in the feed industry were summarized,
KEYWORDS feed enzyme: feed: application
      1 前言
      飼用酶的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用已成為生物技術(shù)在飼料工業(yè)中應(yīng)用的重要領(lǐng)域。酶作為一種新型高效飼料添加劑，可以提高畜禽生產(chǎn)性能和減少排泄物的污染，同時也為開辟新的飼料資源提供了可能性。從而使飼料工業(yè)高效、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展成為可能。
      飼用酶可大致分為兩大類：內(nèi)源性酶，如與消化道分泌的消化酶相似的酶(淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等)可直接消化水解飼料的營養(yǎng)成分：外源性酶，消化道不能分泌的酶，如纖維素酶，β-葡聚糖酶和植酸酶等。外源性酶不直接消化水 解大分子的營養(yǎng)物質(zhì)，而是分解或水解飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，間接促進(jìn)了營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用，提高營養(yǎng)消化率。大部分的科研報(bào)告顯示，在正常的畜禽日糧中，使用外源性酶才有實(shí)際意義。目前已得到充分肯定的飼用酶主要是木聚糖酶，β-葡聚糖酶，纖維素酶和植酸酶。隨著飼用酶研究工作的系統(tǒng)化、研究范圍的擴(kuò)大化，飼用酶生產(chǎn)：技術(shù)的不斷進(jìn)步使得其應(yīng)用取得了較大的進(jìn)展。
      2 木聚糖酶在飼料工業(yè)上的應(yīng)用
      2.1 木聚糖酶的種類及作用
      β-木聚糖酶屬于水解酶類，包括內(nèi)切β-木聚糖酶、外切β-木聚糖酶和β-木二糖苷酶。內(nèi)切β-木聚糖酶作用于木聚糖主鏈的木聚糖苷鍵，隨機(jī)切斷主鏈內(nèi)的糖苷鍵，水解木聚糖而生成分子量大小不同的寡糖。外切β-木聚糖酶的主要作用是從非還原性末端切下單個的單糖，而β-木二糖苷酶則是將木二糖水解成兩個單糖。
      2.2 木β聚糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用
      小麥、黑麥和各種農(nóng)副產(chǎn)品(如米糠等)中戊聚糖(—種抗?fàn)I養(yǎng)因子)含量較高，如小麥中戊聚糖含量達(dá)61g/kg，黑麥則高達(dá)89g/kg，因而，它們在飼料方面的開發(fā)和利用受到限制。這種戊聚糖主要是木聚糖和阿拉伯木聚糖，其含量與單胃動物生產(chǎn)性能緊密相關(guān)。因?yàn)樵趩挝竸游锏哪c道內(nèi)一般沒有分解這種戊聚糖的酶，這使得水溶性的戊聚糖易在腸道內(nèi)形成較高的粘度，阻止腸道消化液與食糜的充分混合，從而阻止蛋白質(zhì)、脂肪的消化吸收，降低飼料的轉(zhuǎn)化率。同時高粘度的食糜將通過改變腸細(xì)胞轉(zhuǎn)換速率、內(nèi)源性酶合成速率、微生物區(qū)系及球蟲數(shù)量來影響生產(chǎn)性能，且動物的糞粘稠，易生腸道瘤病，還會對環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。但是，在這種含有戊聚糖極高的谷物或其副產(chǎn)品中添加木聚糖酶則可以顯著改善或減輕抗?fàn)I養(yǎng)因子所產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)，從而使其可大量作為飼料基礎(chǔ)日糧。如在澳大利亞、加拿大等國的家禽飼料中，以小麥為基礎(chǔ)日糧，典型的商品肉雞日糧中小麥含量高于60％。
      2.3 木聚糖酶的應(yīng)用進(jìn)展
      Choct and Annison(1992)報(bào)道肉雞小麥飼料糧中，阿拉伯木聚糖含量與表觀代謝能，氮沉積、飼料轉(zhuǎn)化率和增重下降相關(guān)，含4％阿拉伯木聚糖的小麥日糧使淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪的消化率分別下降14.6％，18.7％和25.8％，而在這些高比例的小麥日糧中添加木聚糖酶，表現(xiàn)代謝能、增重、飼料轉(zhuǎn)化率、蛋白質(zhì)消化率及糞便都得到了改善。試驗(yàn)表明，小麥添加木聚糖與玉米相比，其肉雞生長或飼料轉(zhuǎn)化率與玉米相同，有時甚至超過玉米日糧。
      3 β-葡聚糖酶在飼料工業(yè)上的應(yīng)用
      3.1 β-葡聚糖酶的種類及作用
β-葡聚糖是通過β-(1，3)，(1，4)糖苷鍵線性連接而成的多聚糖。β-葡聚糖酶(包括β-1，3葡聚糖酶和β-1，4葡聚糖酶)可作用于β-葡聚糖結(jié)構(gòu)中的β-1，3鍵和β-1，4鍵，使β-葡聚糖降解為低分子糖。
      3.2 β-葡聚糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用
      β-葡聚糖的粘稠性是其成為抗?fàn)I養(yǎng)因子的主要原因。由于β-葡聚糖的粘稠性，使得動物腸道內(nèi)容物的粘度增加，顯著增加食糜在腸道的停留時間，降低單位時間養(yǎng)分的同化作用。同時在消化過程中，阻礙內(nèi)源酶與腸道內(nèi)容物的接觸，降低了對養(yǎng)分的消化作用，導(dǎo)致家畜生產(chǎn)性能下降、色素沉積不良，腿疾、下痢發(fā)病率和死亡率增高，胴體等級降低等。β-葡聚糖對家畜生產(chǎn)性能的影響很顯著，這使得含有較高濃度(3.9％—4.5％)β-葡聚糖的大麥在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的利用受到很大的限制。但是，在大麥型豬飼糧中添加β-葡聚糖酶，可將完整的β-葡聚糖切成低分子量片段，降低食糜的膠化作用，從而降低腸道內(nèi)容物的粘度，可有效地改善豬對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，提高生長性能。通過在大麥基礎(chǔ)日糧中添加β-葡聚糖酶，可增加大麥細(xì)胞壁的通透性，使細(xì)胞內(nèi)養(yǎng)分(蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪)能被動物本身的消化酶作用，從而提高養(yǎng)分的利用率。
      3.3 β-葡聚糖酶的應(yīng)用進(jìn)展
      絕大部分飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，大麥型豬飼糧中添加β-葡聚糖酶，飼養(yǎng)效果呈現(xiàn)正效應(yīng)，日增重提高幅度為5％-45％，飼料報(bào)酬的提高幅度為3％-15％，在3周齡-6周齡豬無殼大麥+豆粕型(簡稱HB+SMB)日糧中添加β-葡聚糖酶，干物質(zhì)(DM)的真消化率提高6.6％(p＜0.05)，表觀消化率提高1.8％(p＜0.05)；有機(jī)物(OM)的真消化率提高6.6％(P<0.05)，表現(xiàn)消化率提高1.9％(p<0．05);粗蛋白(CP)的真消化率提高8.3％(p＜0.01)，表觀消化率提高5.4％(p<0.01)；總能(CE)的真消化率提高6.2％，表觀消化率提高2.6％(P<0.01);β-葡聚糖的真消化率提高12％(P＜0.01)，表現(xiàn)消化率無差異，各類氨基酸的真消化率和表觀消化率也有不同程度提高(Lietal，1996)。在豬大麥日糧中添加β-葡聚糖酶，對豬體內(nèi)生理生化指標(biāo)也會產(chǎn)生影響，如總蛋白酶和脂肪酶活性提高;堿性磷酸酶ALP提高，成骨作用加強(qiáng)；血清T3、胰島素樣生長因子(IGF-1)和骨泌素提高，消化吸收和合成代謝加強(qiáng)；腎上腺和腺垂體CAMP升高，意味著促生長作用加強(qiáng)等。此外，有研究表明，在仔豬、中豬和大豬日糧中用大麥替代日糧中40％，50％和70％的玉米，添加β-葡聚糖酶后，DM，CP和消化能(DE)的消化率就會得到顯著提高(徐子偉,1997，1998)。正是由于應(yīng)用β-葡聚糖酶可提高大麥飼糧的營養(yǎng)價值，大麥已成為能量飼料中新的重要資源，改變了長期以來在豬的能量飼料中都以玉米作為主要能源，造成玉米供應(yīng)日趨緊張的不利局面，為解決能量飼料資源開辟了一條重要途徑。
      4 纖維素酶在飼料工業(yè)上的應(yīng)用
      4.1 纖維素酶的種類及作用
      真菌纖維素酶包括C1-酶，Cx-酶和β-葡萄糖苷酶。C1-酶作用不溶性纖維素表面，使結(jié)晶纖維素鏈開裂，長鏈纖維素分子末端部分游離，從而使纖維素鏈易于水化。CX-酶則主要包括內(nèi)切-1，4-β葡聚糖酶和外切-1，4-β葡聚糖酶。前者從高分子聚合物內(nèi)部任意位置切開β-l，4鍵， 主要生成纖維二糖，纖維三糖等。后者作用于低分子多糖從非還原性末端游離出葡萄糖。β-葡萄糖苷酶將纖維二糖，纖維三糖及其它低分子纖維糊精分解為葡萄糖。
      4.2 纖維素酶的應(yīng)用進(jìn)展
      在常用的畜禽飼料如豆類、麥類、谷類及其加工副產(chǎn)品等中，都含有大量的纖維素，除了反芻動物借助瘤胃微生物 可以利用一部分外，其它單胃動物如雞、豬等則不能利用纖維素。而纖維素是自然界中十分豐富的資源，是由800-1200個葡萄糖分子聚合而成。應(yīng)用纖維素酶對纖維素進(jìn)行分解作用則可以改善粗飼料的營養(yǎng)價值，降低飼料成本，提高飼料利用率和畜禽生產(chǎn)性能，可在一定程度上彌補(bǔ)飼料資源的不足，緩解人畜爭糧的矛盾。
      在豬基礎(chǔ)日糧中添加0.6％和1.2％纖維素復(fù)合酶，生長育肥豬增重比對照組分別提高16.84％和21.68％(尹清強(qiáng)等，1992)。添加纖維素酶，使中性洗滌纖維消化率由30.3％提高到34.1％，酸性洗滌纖維消化率由68.8％提高到73.9％，能量消化率則由69.3％提高到71.8％(Wank等，1993)。在蛋雞日糧中添加O.1％，0.15％，O.5％的纖維素酶產(chǎn)蛋率分別提高0.53％、1.25％、2.88％：加酶量為0.15％和O.5％組的破蛋率降低34.49％和16.19％，蛋殼強(qiáng)度分別提高14.71％和8.4l％(徐奇友，1998)。在肉雞日糧中提高富含纖維的麥麩的比例，同時添加纖維素酶可以降低料耗，提高日增重(秦江帆等，1996)。在牛日糧中，纖維素酶也有一定的應(yīng)用，用閹牛試驗(yàn)，在日糧中按每頭每日添加纖維素酶40g，飼喂60d，加酶組日增重提高19．6％(p<0.01))(焦平林等，1996)。焦平林又用荷斯坦奶牛進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)組按每日每頭添加50g纖維素酶，結(jié)果表明，試驗(yàn)組的總產(chǎn)奶量提高8.5％(p<0.01)。此外，在瘤胃功能正常狀態(tài)下，成年奶牛及育成牛飼喂纖維素酶5d后，其糞便干物質(zhì)減少30％，封閉式牛舍中氨含量下降70%左右,粗飼料采集提高8%-10%,尿中尿素下降58.9%(付連勝等,1998)。
   　 5 植酸酶在飼料工業(yè)上的應(yīng)用
      5.1 植酸酶的種類及作用
      植酸酶屬于磷酸單脂水解酶,是一類特殊的酸性磷酸脂,它能將植酸水解為正磷酸鹽和肌醇或肌醇衍生物,其過程是在3-植酸酶或6-植酸酶催化作用下,首先從植酸的第3碳位點(diǎn)或第6碳位點(diǎn)開始水解酯鍵而釋放出無機(jī)磷,然后再依次釋放出其他碳位點(diǎn)的無機(jī)磷,最終酯解整個植酸分子,理論上每個植酸分子被完全水解時,釋放出6個磷原子。
      5.2 植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用
      植酸是植物性飼料中普遍存在的一種抗?fàn)I養(yǎng)因子。植酸分子中的磷——植酸磷難以被豬和家禽對磷的需要，必須在飼料中添加無機(jī)磷酸鹽。而另一方面，大量的植酸磷又從畜禽糞便中排出，引起磷對環(huán)境的污染。植酸在化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力。植酸在PH3.5-10之間能與鈣、鎂、鋅、銅、鐵、錳等金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而降低動物對這些礦物元素的利用率。植酸在消化道中可與蛋白質(zhì)作用形成難溶性的復(fù)合物，同時，植酸可使胃蛋白酶、胰蛋白酶等的酶活性受到抑制，從而降低飼料中蛋白質(zhì)的消化率，此外，植酸對淀粉酶、脂肪酶的活性有抑制作用，會導(dǎo)致飼料中淀粉和脂肪的消化率降低。飼料的高含量植酸磷還會造成動物的日增重，飼料的利用率明顯下降，甚至造成動物的營養(yǎng)不良、代謝紊亂、癱瘓等疾病。
      5.3 植酸的應(yīng)用進(jìn)展
　    為了消除飼料中植酸的營養(yǎng)作用，添加外源性植酸酶是—種很有效的方法。微生物植酸酶的最佳pH值一般2.5-6.0之間，通常豬和家禽胃的pH值約為1．5-3.5，小腸前端的pH值約為5-7。因此，植酸酶在消化道內(nèi)能夠被激活，具有很強(qiáng)的催化作用。
      在飼糧中添加植酸酶可以有效地分解飼料中的植酸，釋放出無機(jī)磷，提高飼料中植酸磷的利用率，這樣不僅可以減少飼糧中無機(jī)磷的添加量，而且可以減少糞便中磷的排出量，減少環(huán)境污染。一般認(rèn)為，添加植酸酶可使磷的利用率提高20％-40％，而糞便中磷的含量降低20％-50％，Simons(1990)通過肉仔雞的試驗(yàn)表明低磷玉米—豆粕日糧中添加微生物植物酶，磷的利用率提高了60％，糞中磷的排出量減少了50％，仔雞體增重和飼料報(bào)酬與對照組相同，甚至超過對照組，據(jù)Cromwell等(1991)報(bào)道，在豬的玉米-豆粕型日糧中添加植酸酶，糞便中磷排出量減少34％-54％。
      對家禽和豬飼糧中添加植酸酶可以替代飼糧中的一部分無機(jī)磷。樓洪興等(1998)，在肉雞的玉米-糠麩-菜豆粕日糧小添加400U/kg植酸酶，可替代2g無機(jī)磷。Cromwel等(1993)對生長肥育豬飼糧中添加植酸酶的試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，500U/kg植酸酶相當(dāng)于1g無機(jī)磷的效果。
      在飼料中添加植酸酶可以提高豬、禽對礦物元素的利用率和蛋白質(zhì)的消化率，同時也可使淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶等恢復(fù)其原有的活性，使整個日糧養(yǎng)分的消化率有所提高。Pallaut(1992)發(fā)現(xiàn)在豬日糧中添加植酸酶可使鎂、鋅、銅和鐵的表觀吸收率分別提高13％，13％，7％和9％。在一個肉仔雞試驗(yàn)中，Schoner(1994)報(bào)道，用體增重估算，500單位植酸酶相當(dāng)于0.35g鈣，按趾灰測算，則相當(dāng)于0.56g鈣。飼喂含有植酸的植物蛋白日糧，家禽很容易患缺鋅癥，而在這類日糧中添加植酸酶可提高鋅的沉積率。Roberson和Edward(1994)的研究表明植酸酶可將鋅的相對沉積率從27.6％提高到34.7％。Jackson等(1996)認(rèn)為，每千克飼料中添加500活力單位的植酸酶可獲得較高的魚體增重和骨骼中的磷沉積。Officer(1992)和Batterham(1993)在豬日糧中添加植酸酶，觀測到蛋白質(zhì)和氨基酸的回腸表觀消化率提高了7％—12％。許多實(shí)驗(yàn)都證明添加植酸酶可提高豬和肉雞氮的消化率和體沉積。
      6 結(jié)束語
      隨著生物技術(shù)的高速發(fā)展，飼用酶的應(yīng)用研究取得了極大的進(jìn)展，但飼用酶的應(yīng)用效果受到多種因素的影響，如酶 的種類、畜禽日糧的類型、動物的種類和年齡以及酶的使用方法等，只有充分了解這些影響因素，才能正確選擇和使用 飼用酶，飼用酶的效果也才能顯示出來。飼用酶作為一種新型的飼料添加劑，為了使其得到更有效、更充分的應(yīng)用，今 后應(yīng)加強(qiáng)以下幾方面的研究：(1)盡量擴(kuò)大酶的來源，生產(chǎn)高效低成本的飼用酶；(2)加強(qiáng)菌種選育(如利用DNA基因重組技術(shù))和酶生產(chǎn)工藝等基礎(chǔ)研究工作，以提高其產(chǎn)量和活性，同時降低成本；(3)進(jìn)一點(diǎn)加強(qiáng)飼用酶作用機(jī)制的研究，建立能預(yù)測酶效應(yīng)的模型，掌握不同酶的最佳作用位點(diǎn)，從而為確定飼用酶的最佳用量提供理論依據(jù)。

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