不同酶制劑的特點(diǎn)及在飼料生產(chǎn)中的應(yīng)用

虛竹

飼用酶制劑的應(yīng)用效果現(xiàn)已毋庸置經(jīng)，它既能提高飼料的消化率和利用率，提高畜禽及魚類的生產(chǎn)性能，又能減少畜禽攝泄物中的氮、磷的攝泄量，保護(hù)水體和土壤免受污染，因而飼用酶制劑作為一類高效、無(wú)毒副作用和環(huán)保型的“綠色”飼料添加劑，在21世紀(jì)將有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
    根據(jù)國(guó)內(nèi)外多年的研究和應(yīng)用實(shí)踐，我們認(rèn)為在飼料中使用酶制劑有以下幾點(diǎn)原因：
         改變腸道內(nèi)的物理化學(xué)性質(zhì)，如降低食糜粘度
         破壞細(xì)胞壁，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)更易被動(dòng)物消化酶消化
         去除抗?fàn)I養(yǎng)因子
         補(bǔ)充內(nèi)源酶的不足，如幼齡動(dòng)物及應(yīng)激狀態(tài)下
         更利于特定營(yíng)養(yǎng)在動(dòng)物在小腸內(nèi)的吸收
         提高谷物加工副產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值
         降低排泄物的水分含量
         減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的浪費(fèi)，提高消化率
         影響胃腸道內(nèi)微生物的構(gòu)成，平衡腸道菌群
    盡管酶制劑的作用已經(jīng)為人們所認(rèn)識(shí)，但是由于酶制劑生產(chǎn)的特殊性，比如使用不同的菌種，不同的生產(chǎn)方式（固體發(fā)酵或者液體發(fā)酵），同一種發(fā)酵方式中的不同生產(chǎn)條件和對(duì)生產(chǎn)條件控制的能力的差異以及最終產(chǎn)品的測(cè)定條件的巨大差異都給廣大酶制劑的用戶帶來(lái)了一定的難度，很難從表觀上去簡(jiǎn)單判別哪種酶制劑產(chǎn)品是適合自己的。那么，拋開(kāi)產(chǎn)品的差異，我們?cè)跊Q定飼料中使用酶制劑種類時(shí)至少應(yīng)考慮以下的因素：
首先要考慮到是飼料的組成，主要考慮以下因素：
       谷物及蛋白飼料原料的種類
       谷物及蛋白飼料原料的配比
       谷物及蛋白飼料原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子的水平（根據(jù)來(lái)源、天氣和土壤情況而不同）
第二個(gè)考慮到因素是動(dòng)物本身的因素，特別是日齡因素和品種。
一般來(lái)說(shuō)，可推薦下面的組合
       使用木聚糖酶在阿拉伯木聚糖豐富的飼料中
       使用β-葡聚糖酶在β-葡聚糖豐富的飼料中
       使用淀粉酶在淀粉含量高的飼料中
    盡管原則上應(yīng)該是這樣，但在實(shí)際操作中，我們發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)師仍然會(huì)有很大的疑慮，究竟該選擇什么樣的酶制劑和酶制劑的組合，才能最好的發(fā)揮酶制劑的功能，降低飼料企業(yè)的成本壓力，提高飼料的品質(zhì)，是現(xiàn)在大家比較困惑的問(wèn)題。
一、不同酶制劑及其底物特點(diǎn)
酶作用的一個(gè)主要就是特點(diǎn)是底物專一性，所以在介紹酶制劑之前應(yīng)該對(duì)其所作用的底物有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。目前國(guó)內(nèi)飼料酶制劑主要包括消化非淀粉多糖的外源酶、淀粉酶、蛋白酶等內(nèi)源酶。在本節(jié)中將分別闡述以上酶制劑的作用和特點(diǎn)和其相應(yīng)底物的特點(diǎn)，主要有：
         非淀粉多糖酶  
         淀粉酶
         蛋白酶

1、  非淀粉多糖酶
小麥、玉米、豆粕、雜粕等是目前飼料行業(yè)中常用到的飼料原料，但在考慮谷物飼料和蛋白飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值時(shí)應(yīng)注意到他們之間存在的差別，主要包括蛋白及碳水化合物在數(shù)量和質(zhì)量上的差異以及內(nèi)源性酶活上的差異。谷物的組成受到很多因素的影響，如種類、氣候條件、土壤環(huán)境等。要適當(dāng)?shù)卦u(píng)價(jià)谷物飼料的品質(zhì)，需要對(duì)碳水化合物有一個(gè)深入的了解。
碳水化合物含有很多易消化的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如淀粉和糖，但同時(shí)也有一些不能被消化的成份，甚至有些是具有抗?fàn)I養(yǎng)作用。圖1是碳水化合物的不同組分的示意圖

1.1非淀粉多糖（NSP）
植物性原料的主要組成是纖維素、半纖維素、果膠、蛋白質(zhì)和木質(zhì)素。非淀粉多糖（None Starch polysaccharides  NSP）是目前常用的原料中數(shù)量非常大的組分，并且其半纖維組分的存在（木聚糖、阿拉伯聚糖、葡聚糖、乳糖和甘露聚糖）是NSP具有很多抗?fàn)I養(yǎng)作用的主要原因。
這些抗?fàn)I養(yǎng)作用嚴(yán)重地影響了這些原料的使用，在小麥、裸麥、大麥和所用的加工副產(chǎn)品以及中，阿拉伯木聚（Arabinoxylans  AX）是最主要的抗?fàn)I養(yǎng)因子。在大麥和燕麥中，抗?fàn)I養(yǎng)因子主要由β－葡聚糖和阿拉伯木聚糖組成。表1顯示了幾種谷物飼料及蛋白原料中的NSP的組成。
表1：不同谷物飼料中NSP的組成（％干物質(zhì)）
        阿拉伯
木聚糖        β-
葡聚糖        纖維素        甘露聚糖        半乳糖        糖醛酸        總NSP
小麥        8.1        0.8        2.0        很少        0.3        0.2        11.4
大麥        7.9        4.3        3.9        0.2        0.3        0.2        16.7
裸麥        8.9        2.0        1.5        0.3        0.3        0.2        13.2
黑小麥        10.8        1.7        2.5        0.62        0.5        0.2        16.3
高梁        2.1        0.2        2.2        0.1        0.15        痕量        4.8
玉米        5.2        痕量        2.0        0.2        0.6        痕量        8.1
大米        0.2        0.1        0.3        痕量        0.1        0.1        0.8
米麩        8.5        痕量        11.2        0.4        1.2        0.4        21.8
麥麩        21.9        0.4        10.7        0.4        0.8        1.1        35.3
來(lái)源：Choct，1997
從表1，我們知道NSP是麩質(zhì)類原料的最重要組分（占小麥麩的35.3%，米麩的21.8%）。阿拉伯木聚糖在小麥和裸麥中含量也非常豐富（8.1%和10.8%），其他谷物如大麥，燕麥和玉米中也有相當(dāng)數(shù)量的阿拉伯木聚糖（7.9%，8.9%，5.2%）。其面提到過(guò)大麥中也含有相當(dāng)多的β－葡聚糖（4.3%）。為了更好的了解木聚糖酶和葡聚糖酶的應(yīng)用，我們將著重講述阿拉伯木聚糖和β－葡聚糖的結(jié)構(gòu)以及其抗?fàn)I養(yǎng)的作用。
1.1   阿拉伯木聚糖
阿拉伯木聚糖是NSP中最主要的成份。圖2以平面的形式體現(xiàn)了阿拉伯木聚糖的空間結(jié)構(gòu)。
圖2： 阿拉伯木聚糖片斷的平面結(jié)構(gòu)
阿拉伯木聚糖是由木糖分子由β－（1,4）鍵連接而成的骨架結(jié)構(gòu)。這一木糖分子的線性長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)是它的基礎(chǔ)骨架。由于來(lái)源不同，其直鏈上還可能連接著不同的組分形成的線性支鏈。
A：由阿拉伯糖分子形成的支鏈
是最常見(jiàn)到支鏈結(jié)構(gòu)
化學(xué)鍵：與木糖的3號(hào)碳原子形成糖苷鍵，最長(zhǎng)見(jiàn)的化學(xué)鍵
         也可能與2號(hào)碳原子形成糖苷鍵
單體（常見(jiàn)）/二聚體，或三聚體（少見(jiàn)）
B：由葡糖醛酸形成的支鏈（和他們的甲基酯）
    化學(xué)鍵：與木糖的2號(hào)碳原子
C: 由乙?；鶊F(tuán)形成的支鏈
    化學(xué)鍵：與木糖的2和3號(hào)碳原子
D：由酚酸形成的支鏈
    例如：阿魏酸和香豆酸
    化學(xué)鍵：與阿拉伯木聚糖的阿拉伯糖殘基形成酯鍵，不與木糖分子直接相連
從上述情況我們知道，阿拉伯木聚糖的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性包括其簡(jiǎn)單的線性木糖骨架以及其他支鏈結(jié)構(gòu)的附著。形成這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的原因包括天氣、品種等多種因素。支鏈的數(shù)量和特點(diǎn)決定了木聚糖酶是否可以發(fā)揮其作用。因此，在考慮使用木聚糖酶的時(shí)候要充分考慮到阿拉伯木聚糖的復(fù)雜性。
1．2 阿拉伯木聚糖抗?fàn)I養(yǎng)作用
增加粘度
在配方中高含量的吸附阿拉伯木聚糖最為人知的就是它提高了食糜的粘性。主要是因?yàn)樗鼜?qiáng)大的吸水能力，一般說(shuō)來(lái)它可10倍于其重量的水份。
粘性的增加使得飼料與消化酶以及膽鹽的混合非常困難，另外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收效率也受到很大影響，同時(shí)還通常伴隨著微生物活動(dòng)的增加，并且有理由相信，這也是導(dǎo)致高含量阿拉伯木聚糖日糧飼喂動(dòng)物其生長(zhǎng)性能變差的一個(gè)重要原因。一個(gè)可能的解釋是這些微生物和其宿主之間會(huì)競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。腸道微生物還可以轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)脂肪消化起重要作用的膽鹽。另外引起腸道形態(tài)的變化也是AX重要的抗?fàn)I養(yǎng)作用，這會(huì)降低腸道的吸收能力。最后，AX的吸水能力還會(huì)導(dǎo)致排泄物的粘性和水分增加。
屏蔽營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)
AX第二個(gè)重要的抗?fàn)I養(yǎng)作用是其作為細(xì)胞壁成份形成一層包被，將大量可被很好利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如淀粉和蛋白質(zhì)包裹起來(lái)，或者是支鏈結(jié)構(gòu)與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)形成化學(xué)鍵（例如，阿魏酸的凝膠功能）。這些被包裹的營(yíng)養(yǎng)將不能被動(dòng)物腸道充分利用。
1.3 木聚糖酶
木聚糖酶是目前使用的最多的一種飼料用酶，從來(lái)源上講有真菌性的木聚糖酶和細(xì)菌性的木聚糖酶，從作用方式來(lái)看，又包括外切性木聚糖酶和內(nèi)切性木聚糖酶。
就目市場(chǎng)出現(xiàn)的木聚糖酶而言，絕大部分都是通過(guò)真菌發(fā)酵而產(chǎn)生的木聚糖酶，發(fā)酵菌種包括木霉屬、黑曲霉和米曲霉等。到目前為止還只有比利時(shí)Nutrex公司是利用枯草芽孢桿菌（細(xì)菌）為發(fā)酵菌種生產(chǎn)木聚糖酶（Nutrase）。
從酶的生產(chǎn)方式來(lái)說(shuō)，又可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵，這兩種發(fā)酵方法在很多方面也存在著巨大的差異。
        液體發(fā)酵生產(chǎn)酶制劑        固體發(fā)酵生產(chǎn)酶制劑
耗能        高        低
單位發(fā)酵體積酶產(chǎn)量        低        高
菌種類型        細(xì)菌、酵母        霉菌等真菌
原料        原料單一、精細(xì)        原料多樣、粗放
酶系        單一化、標(biāo)準(zhǔn)化        復(fù)雜、不易控制
生產(chǎn)穩(wěn)定性        強(qiáng)、自動(dòng)化程度高        難以控制、人為影響大
設(shè)備、技術(shù)投資        巨大、技術(shù)含量高        少、操作簡(jiǎn)單
機(jī)械化程度        高        基本為手工操作
圖3 ：各種木聚糖系列酶的作用位點(diǎn)
1.4 內(nèi)切和外切木聚糖酶
內(nèi)源性1,4-β-木聚糖酶可將木糖聚合物分解成短鏈。這一內(nèi)切活性會(huì)很快將食糜粘性降低并釋放被包裹的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此，這種酶是消除AX抗?fàn)I養(yǎng)作用的最重要的酶。外切性木聚糖酶只能在AX的末端發(fā)揮作用，對(duì)降低粘性只能很微弱的作用，不僅如此，有研究表明，產(chǎn)生大量的木糖單體對(duì)動(dòng)物的生產(chǎn)性能有很大的副作用。
1.5 底物的化學(xué)和物理性質(zhì)
自然界的AX有很多不同的化學(xué)性質(zhì)，這些區(qū)別對(duì)多聚糖的物理性質(zhì)有很大的影響。很多的AX都是不可溶性的。
很多研究表明商業(yè)性的木聚糖復(fù)合酶制劑在降解可溶和不可溶性的AX的程度上有很大的不同。Courtin等（2000）年總結(jié)了10種木聚糖酶在降解可溶和不可溶AX上的區(qū)別。他們發(fā)現(xiàn)與其他類型的木聚糖酶比較，由芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)生的木聚糖酶在降解不可溶性的AX上有很大的活性，可把不可溶性的AX溶解并最終降解。由于不同原料中都含有大量的AX，因此細(xì)菌性木聚糖酶在降解不可溶性木聚糖上的優(yōu)勢(shì)使其在應(yīng)用中有了更多的優(yōu)勢(shì)。
影響內(nèi)切木聚糖酶發(fā)揮作用的另一個(gè)因素是AX的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。主要是大量支鏈結(jié)構(gòu)的存在影響了酶和底物充分的接觸。有些木聚糖酶對(duì)支鏈的空間結(jié)構(gòu)的識(shí)別能力很差，這也使得不同的木聚糖酶效率在復(fù)雜底物存在時(shí)的顯著差異。
支鏈降解酶的重要性主要體現(xiàn)在提高了木聚糖酶對(duì)AX的可降解性，并且還可以分解支鏈成份與其他成份形成的復(fù)合物（如凝膠產(chǎn)物）。
要徹底分解AX需要外源和內(nèi)源性木聚糖酶同時(shí)作用。大多數(shù)市場(chǎng)上的木聚糖酶含有不同類型的木聚糖酶和其他一些“雜酶”（通常是支鏈水解酶），所以總的酶復(fù)合物可以水解大部分AX結(jié)構(gòu)。我們必須明白一點(diǎn)，把在飼料中存在的木聚糖充分降解成木糖單體并不是主要目的，要提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能僅需要把復(fù)雜的AX結(jié)構(gòu)降解為較小的片斷以消除其抗?fàn)I養(yǎng)作用。
2 β-葡聚糖
2．1 結(jié)構(gòu)
β-葡聚糖是D－葡萄糖通過(guò)β-（1-3）和β-(1-4)鍵連接而成的多聚體。其中β-（1-3）鍵的比例要視不同谷物來(lái)源而定。例如在大麥中β-（1-3）鍵占30％，β-（1-4）鍵占70％。（圖 5）由于有β-（1-3）鍵的存在，因此它的化學(xué)性質(zhì)和半乳糖就有很大差別（半乳糖是有β-（1-4）鍵組成的多聚糖）。由于它們是水溶性的，因此不會(huì)造成太過(guò)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
表2 總結(jié)了幾種谷物中β-葡聚糖的含量。一般而言，大麥和燕麥中的β-葡聚糖含量最高，并且很顯然，β-葡聚糖是脫殼大麥和燕麥中最重要的NSP
        β-葡聚糖含量        總的NSP含量        β-葡聚糖/總NSP
玉米                           
        0.1        9.7        1%
小麥                           
        0.8        11.9        6.7%
裸麥                           
        1.6        15.2        10.5
大麥                           
      脫殼        4.2        18.6        22.6%
      未脫殼        4.2        12.4        33.9%
燕麥                           
脫殼        2.8        23.2        12.1%
未脫殼        4.1        11.6        35.3%
來(lái)源：Knudsen 1996                           

2．2 β-葡聚糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用
低濃度的β-葡聚糖只會(huì)與直接與水分子左右而截留水分。但當(dāng)濃度增加后，就會(huì)互相反應(yīng)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（凝膠）。因此含有高濃度的β-葡聚糖的飼料就會(huì)導(dǎo)致腸道內(nèi)容的粘性增大。粘度增加的抗?fàn)I養(yǎng)作用在阿拉伯木聚糖中已有詳細(xì)闡述：
         腸道內(nèi)微生物活動(dòng)加劇
         消化率降低、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率低
         粘性排泄物
2．3 β-葡聚糖酶：
與阿拉伯聚糖酶類似，要消除β-葡聚糖的粘性效應(yīng)，就要把其長(zhǎng)鏈水解成較短的短鏈。最有效的方法就是使用內(nèi)切β-葡聚糖酶。
3、纖維素
  纖維素是D—脫水葡萄糖以β—1，4糖昔鍵結(jié)合而成的線性大分子物質(zhì)。每分子纖維素含800—1200個(gè)葡萄糖分子，分子量為60—150萬(wàn)道爾頓，分子鏈內(nèi)、鍵間及分子鏈與表面分子間易形成氫鍵。常見(jiàn)的畜禽飼料如谷物、豆類、麥類及牧草都含有大量纖維素，并且常與半纖維素、果膠等物質(zhì)結(jié)合在一起。除反當(dāng)動(dòng)物可以利用一部分纖維素外，單胃動(dòng)物如豬、雞等則不能利用纖維素。
3.1 纖維素酶
纖維素酶是由多種水解酶組成的一個(gè)復(fù)雜酶系，根據(jù)其各酶功能的差異，被分為以下三大類：
C 1酶、Cx酶、BG酶。
①C1酶又稱葡聚糖內(nèi)切酶(endo-1，4—β-D—glucanase.來(lái)自真菌簡(jiǎn)稱EG；來(lái)自細(xì)菌簡(jiǎn)稱Len)，它作用于不溶性纖維素表面，隨機(jī)水解β—1，4—糖苷鍵，將長(zhǎng)鏈纖維素分子截短，產(chǎn)生大量非還原性末端的小分子纖維素；
②Cx酶又稱葡聚糖外切酶(exo—1，4—β—D—G1ucanase來(lái)自真菌簡(jiǎn)稱Cbh；來(lái)自細(xì)菌簡(jiǎn)稱Cex)，作用于纖維素線性分子末端，水解β—1，4糖昔鍵，每次切下一個(gè)纖維二糖分子，故又稱纖維二糖水解酶(Cellobiohydrolase)；
③BG酶(β-葡萄糖昔酶)可將纖維二糖、纖維三糖水解成葡萄糖分子。
纖維素在這3類酶的協(xié)同作用下完成水解，一般情況下，其酶促降解示意圖如下：

3.2 纖維素酶的作用
         打破植物細(xì)胞壁使胞內(nèi)原生質(zhì)暴露出來(lái)，有內(nèi)源酶進(jìn)一步降解，所以除了細(xì)胞壁被降解供能外，還提高了胞內(nèi)物質(zhì)的消化率，從而有效地提高了飼料的有效能值
         可補(bǔ)充草食動(dòng)物內(nèi)源酶的不足，在草食動(dòng)物胃中雖有一定量的能分解纖維素的微生物存在，可以分解一定量的纖維素，但產(chǎn)生的纖維素酶量有限，而添加纖維素酶制劑可明顯提高草食動(dòng)物對(duì)粗纖維的消化利用率。另外，對(duì)單胃動(dòng)物而言，纖維素酶可改善消化道環(huán)境，使酸度增加，以激活胃蛋白酶。
         消除抗?fàn)I養(yǎng)因子，降低物料的粘稠度，促進(jìn)內(nèi)源酶的擴(kuò)散，增加養(yǎng)分的消化吸收。
         治療和預(yù)防反芻動(dòng)物的前胃遲緩和消化不良以及馬、驢的消化不良等方面療效顯著
4 甘露聚糖
甘露聚糖，就是半乳糖基甘露聚糖，其在餅粕類原料中含量很高，在豆粕中的含量比在其它常用飼料中的都高。
4．1 甘露聚糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用
         對(duì)于家禽和豬來(lái)說(shuō)，甘露聚糖降低粕類飼料的消化率
         即使很低濃度的甘露聚糖也會(huì)降低葡萄糖在腸道中的吸收率，結(jié)果通過(guò)于擾胰島素的分泌和胰島素樣生長(zhǎng)因子的產(chǎn)生而降低碳水化合物的代謝
         降低氮的瀦留率以及降低脂肪和氨基酸的吸收
         降低水的吸收從而導(dǎo)致糞便含水量增高。
4．2甘露聚糖酶
酶是半纖維素酶中的一種，它能有效地分解粕類飼料中的甘露聚糖生成甘露寡糖等物質(zhì)，雖然甘露寡糖不能直接被動(dòng)物機(jī)體吸收，但可參與機(jī)體的神經(jīng)內(nèi)分泌，影響代謝。甘露聚糖酶的作用包括：
         提高餅粕類飼料的能量利用率
         降低動(dòng)物體重的變異程度。而且動(dòng)物體重越小，該酶的作用越容易體現(xiàn)。
         可有效阻斷細(xì)菌和寄生蟲對(duì)腸道的侵襲，提高動(dòng)物健康水平
5、果膠
果膠是存在于植物組織中的一種多糖成分，主要由半乳糖醛酸及其甲酯縮合而成，它和纖維素一起對(duì)植物起構(gòu)造作用。
5.1 果膠酶
果膠酶含有酯酶、水解酶和裂解酶三種成份，分別對(duì)果膠質(zhì)起解酯、水解、裂解作用，生成半乳糖醛酸和寡聚半乳糖醛酸、不飽和半乳糖醛酸和寡聚半乳糖醛等，最終分解植物結(jié)構(gòu)，釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
6、淀粉
淀粉是谷物飼料中主要成份（表3）。它是D—葡萄糖的多聚體，在植物中是以顆粒形式儲(chǔ)存的。
谷物        淀粉（％）        谷物        淀粉（％）
玉米        69        小麥        65.1
裸麥        61.3        燕麥   脫殼        46.8
大麥  脫殼        58.7        燕麥  未脫殼        55.7
大麥  有殼        64.5                  
來(lái)源：Knudsen 1996                           
6.1 結(jié)構(gòu)
淀粉是支鏈和支鏈結(jié)構(gòu)的混合物。這兩種結(jié)構(gòu)淀粉的比例在不同來(lái)源的淀粉中不同，因此，含量并不固定。一般來(lái)說(shuō)，支鏈淀粉占10％－30％，支鏈淀粉占10％－90％。
支鏈淀粉是由300－400個(gè)葡萄糖分子經(jīng)α-（1－4）鍵連接而成的線狀分子。支鏈淀粉含有經(jīng)α-(1-6)鍵連接在主鏈上的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，每12－25葡萄糖單位的骨架中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)這種α-(1-6)鍵，含有20－25個(gè)葡萄糖分子。（圖5）

6.2 淀粉水解酶
淀粉酶是可水解淀粉和糖原中的α-（1-4）糖苷鍵的酶。分為3種：α-淀粉酶、β-淀粉酶和葡糖淀粉酶。
α-淀粉酶
隨機(jī)水解支鏈和直鏈淀粉中的α-（1-4）糖苷鍵，最小產(chǎn)物是麥芽糖。屬內(nèi)切酶
β-淀粉酶
從支鏈和直鏈淀粉的非還原端水解糖苷鍵，屬外切酶?？芍饾u釋放麥芽糖。當(dāng)該酶一旦與α-（1-6）糖苷鍵接觸，酶解反應(yīng)立即停止。
圖6 淀粉酶的最終產(chǎn)物
圖6 直觀的表現(xiàn)了不同的淀粉酶及其水解終產(chǎn)物。糊精是片斷較大有支鏈結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，由葡萄糖分子組成，可緩慢被水解。麥芽三糖是由3個(gè)葡萄糖分子組成的多糖?？偟膩?lái)說(shuō)，按結(jié)構(gòu)來(lái)分，終產(chǎn)物如下表所示：
        底物
        直鏈淀粉        支鏈淀粉
α-淀粉酶        麥芽糖
(+麥芽三糖)        麥芽糖＋2到6個(gè)葡萄糖組成的支鏈結(jié)構(gòu)
β-淀粉酶        麥芽糖
(+麥芽三糖        麥芽糖＋糊精
葡糖淀粉酶        葡萄糖
（+麥芽糖+麥芽三糖）        葡萄糖＋糊精
葡糖淀粉酶
從支鏈和直鏈淀粉的非還原端水解糖苷鍵，屬外切酶。在α-（1-6）糖苷鍵附近時(shí)，酶解速度急速下降，但不完全消失。該酶對(duì)長(zhǎng)鏈有很好的親和性，主要水解α-（1-4）糖苷鍵，但同時(shí)對(duì)α-（1-6）糖苷鍵和α-（1-3）糖苷鍵也可緩慢水解。最終產(chǎn)物是葡萄糖。
6.3 添加淀粉酶的益處
在消化淀粉的時(shí)候，α-淀粉酶和葡糖淀粉酶由動(dòng)物分泌進(jìn)入小腸。當(dāng)我們仔細(xì)研究這個(gè)過(guò)程的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加淀粉酶是有必要的。
淀粉在植物中是以顆粒形式儲(chǔ)存的。顆粒的大小和形狀在不同來(lái)源的淀粉中有所不同。例如，土豆中的淀粉只有在熱處理后才能被消化。過(guò)去人們一直認(rèn)為淀粉可以很好的被消化（98％），但是，實(shí)際上飼料原料中只有82%的淀粉可以被消化（圖7）。

未消化的淀粉會(huì)進(jìn)入大腸，在那里被微生物所發(fā)酵，包括產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸（VFA），可以被吸收進(jìn)動(dòng)物體內(nèi)提供能量。但這一過(guò)程提供的能量比淀粉酶提供的能量要少很多。而外源性的α-淀粉酶顯然可以提高谷物中淀粉的利用效率。
   α-淀粉酶的另一個(gè)應(yīng)用時(shí)是在幼齡動(dòng)物中，例如仔豬。內(nèi)源性的消化酶從出生后開(kāi)始分泌，但非常遲緩。到斷奶時(shí)，所有酶活都顯著下降。不僅如此，在斷奶時(shí)，仔豬的日糧結(jié)構(gòu)從高消化率的母乳轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴妓衔餅橹鞯墓腆w日糧。在這一階段，外源性的淀粉酶顯然是對(duì)動(dòng)物的消化有很大幫助。對(duì)淀粉消化率的提高可以有助于動(dòng)物提高日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，并降低腹瀉的頻率。

7 蛋白酶
  蛋白酶是水解蛋白質(zhì)肋鏈的總稱，包括酸性(pH 2.5—3)、中性(pH 7左右)和堿性(pH 8左右)3種，在飼料中多采用酸性和中性蛋白酶，以提高動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的水解效率，促進(jìn)動(dòng)物對(duì)飼料蛋白質(zhì)的吸收效率。其中酸性蛋白酶是端肽酶，一般存在于細(xì)胞內(nèi)，具有多種生物學(xué)功能，
         主要作用是補(bǔ)充內(nèi)源蛋白酶的不足。
         降解植物蛋白，提高飼料蛋白質(zhì)的可消化性。
         降解植物飼料中的蛋白類抗?fàn)I養(yǎng)因子，改善飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

二、細(xì)菌性木聚糖酶的特點(diǎn)和作用
不同酶制劑的作用特點(diǎn)和使用其他文獻(xiàn)中已有大量報(bào)道，筆者在這里不再驁述，本節(jié)將對(duì)細(xì)菌性木聚糖酶這種新型的飼料酶制劑做一簡(jiǎn)單的描述，包括其顯著區(qū)別于其他類型木聚糖酶的特點(diǎn)和其動(dòng)物飼養(yǎng)中的作用。
2.1 細(xì)菌性木聚糖酶的顯著特點(diǎn)
   由細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)的酶制劑已經(jīng)有很多種，包括淀粉酶、蛋白酶等等，但目前由細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)的木聚糖酶還只有一種，它有著以下一些顯著的特點(diǎn)
2.1.1 內(nèi)切木聚糖酶/外源內(nèi)切酶的比例高
細(xì)菌性木聚糖酶中的內(nèi)切木聚糖酶/外源內(nèi)切酶的比例非常高，內(nèi)切性木聚糖酶可將AX降解成較小的片斷，減少食糜粘度，釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能。另一方面，外切酶主要是形成木糖單體，通常會(huì)造成消化道異常的問(wèn)題。這點(diǎn)在第一節(jié)已有詳細(xì)探討。
2.2.2 熱穩(wěn)定性

圖9：酶活隨溫度變化圖（From  Dr.Himmelstein，A，）

酶制劑對(duì)高溫的穩(wěn)定性很大程度上決定了其來(lái)源。圖0 顯示真菌性木聚糖酶對(duì)高溫的耐受力差。而細(xì)菌性木聚糖酶在溫度超過(guò)了75℃后才開(kāi)始有損失。
耐高溫性能也是限制酶制劑在飼料中應(yīng)用的一個(gè)瓶頸因素，如果一種酶不能耐受較高的溫度，那么在飼料制粒的過(guò)程中損失就會(huì)非常大，甚至完全被破壞，那么即使企業(yè)在飼料中添加了酶制劑，在顆粒飼料成品中也不會(huì)含有有活性的酶制劑，只是徒然增加了成本，這也就是在以前很多廠家在加入酶制劑后，發(fā)現(xiàn)酶制劑根本沒(méi)用的主要原因。
細(xì)菌性木聚糖酶很好耐高溫性能使得酶制劑在顆粒飼料中的使用向前邁進(jìn)了一大步。同時(shí)，我們必須清醒的認(rèn)識(shí)到，如果溫度非常高，超過(guò)100或者100度以上，酶制劑一定會(huì)損失殆盡，因?yàn)槊傅谋旧硎堑鞍踪|(zhì)，有一個(gè)耐受的極限。我們不能盲目的認(rèn)為耐高溫就是可以耐受非常高的溫度，但是在我國(guó)大部分地區(qū)飼料制粒的溫度都在85℃以下，這時(shí)候，細(xì)菌酶就可以顯現(xiàn)其卓越的耐溫性能了。
2.2.3發(fā)揮最佳活性的pH環(huán)境
圖10顯示了在不同pH環(huán)境下，細(xì)菌性木聚糖酶的活性。在中性環(huán)境下細(xì)菌性木聚糖酶可達(dá)到其最大活性。如在高溫下的穩(wěn)定性一樣，細(xì)菌性木聚糖酶和真菌酶在最大酶活的pH條件上也有很大區(qū)別。細(xì)菌性木聚糖酶的最適工作環(huán)境在小腸，這里也是食物停留時(shí)間最長(zhǎng)的部位，這意味著該酶可以在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)底物發(fā)揮作用。其他酶制劑只有在食物在消化道的酸性環(huán)境下才能發(fā)揮最佳酶活，但部分時(shí)間是很短的。

圖10 華揚(yáng)-Nutrex-SM發(fā)揮最佳作用的pH 范圍

2.4 對(duì)不可溶的木聚糖的高效降解
圖11 內(nèi)切木聚糖酶對(duì)可溶及非可溶木聚糖的選擇
WE＝水溶性木聚糖 WU－AX＝非水溶性木聚糖
S－AX=溶解了的阿拉伯木聚糖 NS－AX=未溶解的阿拉伯木聚糖

我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)提及了針對(duì)水溶及非水溶木聚糖使用酶制劑應(yīng)有所選擇。
         大多數(shù)的內(nèi)切木聚糖酶可以降解WE-AX，可以用測(cè)定粘度來(lái)證實(shí)。
         分解和溶解WU-AX是細(xì)菌性木聚糖酶所特有的。被分解形成的可溶的AX可以更容易被進(jìn)一步降解，不會(huì)導(dǎo)致粘度的上升。而同時(shí)被釋放的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以大大提高飼料的轉(zhuǎn)化率。
2.2 細(xì)菌性木聚糖酶在動(dòng)物中的應(yīng)用
由于酶所作用的底物普遍存在于植物飼料原料中，因此，細(xì)菌性木聚糖酶就可適用于不同的動(dòng)物，包括豬、雞、水產(chǎn)動(dòng)物和反芻動(dòng)物，并且適用于不同的日糧組成，包括玉米豆粕日糧、小麥日糧、以雜粕為主的日糧以及以谷物加工副產(chǎn)品為主的日糧中。
細(xì)菌性木聚糖酶最大的特點(diǎn)就是可以釋放飼料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是對(duì)提高飼料的能量方面效果顯著，下表描述了其在不同動(dòng)物及不同日糧類型中的作用效果。
動(dòng)物        日糧類型        改善效果（％）
                 飼料轉(zhuǎn)化率        體重        飼料代謝能
肉雞        小麥日糧        5.4        3.3        5.7
        玉米豆粕        3.9        3.6        4.2
蛋雞        小麥日糧        2.0        3.0(蛋重)        2.0
        玉米豆粕        1.9        2.5        4.2
仔豬        小麥日糧        4.8        7.5(ADG)        3.1
        玉米豆粕        5.7        3.4        3.0
生長(zhǎng)肥育豬        小麥日糧        3.3        2.5（ADG）        2.9
        玉米豆粕        1.7        4.7        1.6
目前，營(yíng)養(yǎng)師最頭痛的問(wèn)題是飼料的能量無(wú)法達(dá)到要求，如果按照營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)配置日糧，就必須使用含高能的飼料原料，如玉米、油脂等等，這在目前飼料原料高價(jià)位時(shí)期難度就更大，企業(yè)以效益為先的經(jīng)營(yíng)理念會(huì)使得營(yíng)養(yǎng)師進(jìn)退兩難，捉襟見(jiàn)肘，特別是對(duì)于肉雞等對(duì)能量需要比較高的飼料更是如此。細(xì)菌性木聚糖酶可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，大大提高飼料的能量，降低飼料的成本，拓寬空間，并且可以更多的使用非常規(guī)原料，如麩皮、油糠、米糠、雜粕等等，大大降低飼料的費(fèi)用，提高動(dòng)物養(yǎng)殖者的經(jīng)濟(jì)效益。
配方師在使用這種細(xì)菌性木聚糖酶，或者以細(xì)菌性木聚糖酶為主的復(fù)合酶制劑時(shí)可以有以下的幾種方法：
1、             在飼料中直接添加，不改變飼料配方。這種做法會(huì)很好的提高飼料的品質(zhì)，釋放出更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使能量不足的情況大大緩解，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。
2、             改變飼料配方，把細(xì)菌性木聚糖酶當(dāng)作一種有一定營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的添加劑。由于通過(guò)大量試驗(yàn)，可以總結(jié)出在不同日糧類型中細(xì)菌性木聚糖酶可以釋放的能量值，所以可以在配方軟件中將酶制劑作為一種原料使用，在相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)中選擇相應(yīng)的能量值，然后加入到待選原料中，這樣做可以更加準(zhǔn)確的利用細(xì)菌性木聚糖酶或以該酶為主要活性成分的復(fù)合酶，調(diào)整飼料配方，在配方價(jià)格不變的情況下，提升飼料品質(zhì)。
3、             更為簡(jiǎn)單的做法是，在不同的動(dòng)物或者日糧組成時(shí)，用玉米或者小麥替代等量的油脂，然后加入酶制劑，來(lái)補(bǔ)充減少油脂所帶來(lái)的能量損失，用戶可以參照下表來(lái)操作。
動(dòng)物        日糧        能量提升        具體操作
肉雞        小麥日糧        182kcal/kg        3%小麥替代＋100g酶3%油脂
        玉米豆粕日糧        100kcal/kg        2%玉米替代＋100g酶2%油脂
蛋雞        小麥/玉米豆粕日糧        65kcal/kg        1.2%小麥/玉米＋100g酶替代1.2%油脂
仔豬        小麥/玉米豆粕日糧        100kcal/kg        1.8%小麥/玉米＋100g酶替代1.8%油脂
生長(zhǎng)肥育豬        小麥日糧        80kcal/kg        1.5%小麥替代＋100g酶1.5%油脂
        玉米豆粕日糧        45-55kcal/kg        1.0%小麥替代＋100g酶1.0%油脂
結(jié)語(yǔ)
飼料酶制劑在我國(guó)發(fā)展還處于初級(jí)階段，還有很多問(wèn)題需要添加劑企業(yè)和飼料生產(chǎn)企業(yè)一起來(lái)解決，但酶制劑的使用在未來(lái)必然成為企業(yè)的首選。細(xì)菌性木聚糖酶的出現(xiàn)為廣大用戶提供了一個(gè)新的選擇，并且可以肯定的是它必然將會(huì)是酶制劑發(fā)展的方向。

萬(wàn)馬奔騰

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