酶制劑在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用 酶制劑資料 2009-12-02 19:26:36 閱讀20 評(píng)論0 字號(hào):大中小
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酶是生物催化劑,動(dòng)物體內(nèi)絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化作用下進(jìn)行的。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和代謝過(guò)程與酶的作用密切相關(guān)。酶制劑在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用由來(lái)已久,早在60年代,酶制劑就廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、皮革工業(yè)中,1975年,美國(guó)飼料業(yè)首次在大麥飼料中添加β-葡萄糖酶,并取得了顯著效果,從此引起世界各國(guó)重視。20世紀(jì)80年代國(guó)外配合飼料就普遍使用酶制劑,20世紀(jì)90年代酶制劑開(kāi)始引入我國(guó)。目前,細(xì)菌、真菌等微生物是各種飼料用酶制劑的主要來(lái)源。使用酶制劑的基本目的在于提高動(dòng)物日糧消化率,改善動(dòng)物生產(chǎn)性能。隨著抗菌素在飼料中的限制使用,抗菌素的促生長(zhǎng)作用將有可能由酶制劑所取代;同時(shí)隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),酶制劑通過(guò)減少排泄物的數(shù)量,減少養(yǎng)分排泄量,進(jìn)而減少環(huán)境的污染的作用正日益受到人們的關(guān)注。
1 酶制劑的種類(lèi)與作用 1.1 酶制劑的種類(lèi) 世界上已發(fā)現(xiàn)的酶的品種有1700多種,生產(chǎn)用酶已達(dá)300多種,飼料用酶有近20多種。這些酶主要為消化性酶,多為水解酶系列。飼料用酶制劑現(xiàn)在沒(méi)有統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)來(lái)源劃分,可分為兩類(lèi),一類(lèi)為內(nèi)源性酶,如淀粉酶、蛋白酶,脂肪酶等這些酶動(dòng)物體內(nèi)能分泌,直接水解消化飼料的營(yíng)養(yǎng)成分;一類(lèi)為外源性酶,如纖維素酶、果膠酶、半乳糖苷酶、?-葡聚糖酶、戊聚糖酶和植酸酶等,這些多為消化道不能分泌的酶,需要外源補(bǔ)充;此外,還有根據(jù)飼料酶反應(yīng)作用的底物來(lái)進(jìn)行劃分的方法;另外,有從酶的組成角度來(lái)歸類(lèi)的劃分法,將飼料酶劃分為單一酶制劑和復(fù)合酶制劑。 1.2 主要酶制劑的作用 飼料酶制劑與飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子或動(dòng)物體內(nèi)缺失酶有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,如植酸酶對(duì)應(yīng)植酸鹽,木聚糖酶對(duì)應(yīng)木聚糖,仔豬缺少活性蛋白酶、淀粉酶等,生產(chǎn)實(shí)際中就相應(yīng)的添加這些酶。在大部分的科研報(bào)告中顯示,在正常的畜禽日糧中使用外源性酶制劑才有實(shí)際意義,對(duì)斷奶仔豬通??紤]補(bǔ)充添加活性?xún)?nèi)源酶。目前已經(jīng)得到充分肯定的酶制劑主要是戊聚糖酶、?-葡聚糖酶和植酸酶。前兩者又稱(chēng)非淀粉多糖酶,這三種酶制劑是通過(guò)消除或鈍化日糧中的某些抗?fàn)I養(yǎng)因子而提高飼料利用率和改善動(dòng)物生產(chǎn)性能。戊聚糖酶和?-葡聚糖酶是兩種研究最充分的酶,并在當(dāng)前已經(jīng)被商業(yè)性應(yīng)用于畜禽飼料中,植酸酶在這近幾年亦取得了很好的應(yīng)用效果。 植物性飼料中普遍含有抗?fàn)I養(yǎng)因子植酸,植酸由1分子肌醇與6分子磷酸結(jié)合而成。豬、雞等單喂動(dòng)物體內(nèi)缺少內(nèi)源性的植酸酶所以不能有效利用植酸磷。在單胃動(dòng)物豬、雞營(yíng)養(yǎng)中,一直認(rèn)為植物性飼料中非植酸態(tài)磷占總磷的1/3視為可被豬、雞所利用的部分,即有效磷為30%,但實(shí)際上豬對(duì)植物飼料中磷的有效利用受到多種因素的影響,生物有效利用率變化較大,一般為15%~55%。日糧的組成是影響其利用率的主要因素,如玉米中磷的利用率為10%~12%,豆粕中磷的利用率為25%~35%,而小麥麩中磷利用率可達(dá)50%,這與飼糧中植酸酶的天然含量密切相關(guān),典型豬飼糧中磷的利用率僅達(dá)15%左右。另外,植酸對(duì)Zn、 Mn等金屬陽(yáng)離子具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力,可形成難溶的絡(luò)合物—植酸鹽,因而會(huì)降低礦物元素的利用率。 在豬日糧中添加植酸酶制劑可使植酸鹽中的磷水解釋放出來(lái),使植酸磷消化率提高60%~70%,這樣可減少無(wú)機(jī)酸鹽,減少糞便磷的排放,減輕對(duì)環(huán)境的污染,而且還可以提高被結(jié)合的蛋白質(zhì)、礦物元素的利用,提高消化率。 常用植物飼料中植酸磷的含量 玉米 0.28 0.20 71 大麥 0.36 0.19 53 小麥 0.37 0.24 65 黑麥 0.32 0.26 81 燕麥 0.27 0.22 81 小麥麩 1.15 0.95 83 細(xì)米糠 1.31 1.17 89 大豆粕 0.65 0.38 58 菜籽粕 1.17 0.87 74 棉籽粕 0.97 0.75 77 葵籽粕 0.93 0.74 80 芝麻餅 1.37 1.04 76 1.2.2.1 NSP酶對(duì)飼料養(yǎng)分消化率的影響 非淀粉多糖酶主要包括戊聚糖酶、?-葡聚糖酶和纖維素酶等,現(xiàn)在應(yīng)用的較成熟的是前兩者,單胃動(dòng)物內(nèi)無(wú)內(nèi)源NSP酶,添加外源的NSP酶能斷裂構(gòu)成細(xì)胞壁成分的多糖間糖苷鍵,有利于植物細(xì)胞內(nèi)溶物淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪等養(yǎng)分從細(xì)胞中釋放出來(lái),使之能充分與相應(yīng)的消化道內(nèi)源酶相互作用,從而提高這些養(yǎng)分的消化率。另一方面戊聚糖酶和?-葡聚糖酶部分水解為低聚糖,從而降低內(nèi)溶物的粘度,提高養(yǎng)分與消化酶的混合速度,最大限度地發(fā)揮其消化作用,而且NSP降解后失去了養(yǎng)分與小腸粘膜刷狀緣上的多糖—蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)合的功能,降低了養(yǎng)分與消化道粘膜不動(dòng)水層厚度,縮短了運(yùn)輸路程,提高了飼料養(yǎng)分的消化率。NSP酶添加特別適合于包含小麥、次粉、麩皮、大麥、米糠的飼糧,能顯著提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,這是因?yàn)檫@些飼糧中都含有數(shù)量不等的非淀粉多糖,其中水溶性的非淀粉多糖 (SNSP)的粘度很大,能吸收大量水分導(dǎo)致了這些原料配制的飼料在消化道形成粘度很大的食糜,從而減少消化酶與養(yǎng)分的相互作用,減慢了食糜的排空的速度。 1.2.2.2 NSP酶對(duì)腸道微生物區(qū)系的影響 添加NSP酶可顯著降低生長(zhǎng)豬的腹瀉率,和糞便中的大腸桿菌數(shù)腸道微生物的數(shù)量與日糧之間具有適應(yīng)性,生長(zhǎng)豬采食大量的NSP使小腸的內(nèi)容物粘度升高,減慢了腸道的運(yùn)動(dòng)速度,食糜不能即時(shí)排空,為有害微生物的繁殖和活動(dòng)提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境,有害菌的大量繁殖會(huì)損傷腸粘膜,阻礙腸斷道對(duì)水分及其它養(yǎng)分的吸收,從而導(dǎo)致腹瀉( Fuller,1984)。NSP酶的添加一方面降低了腸道內(nèi)容物的粘度,另一方面粘度的下降又提高了食糜通過(guò)整個(gè)消化道速度,阻止蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂肪等在消化道的過(guò)度發(fā)酵使病原菌的繁殖條件不能有效的建立起來(lái),避免宿主與細(xì)菌之間進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分的吸收,次外還減輕了微生物產(chǎn)生有害物質(zhì)對(duì)粘膜的損傷,從而降低豬只腹瀉的發(fā)生(Almirall,1984)。 幾種主要豬飼料原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子 飼料原料
抗?fàn)I養(yǎng)因子或營(yíng)養(yǎng)未知因子
小麥 ?-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、植酸鹽 燕麥 ?-葡聚糖、木聚糖、植酸鹽 仔豬消化機(jī)能不健全,5周年前除乳糖酶活性充足外,淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等的活性均不足,28~35日齡斷奶后頭2~3周,由于應(yīng)激反應(yīng),各種消化酶的活性和免疫力低下,這時(shí)腸道消化生理功能不能適應(yīng)高淀粉、高蛋白的飼料日糧,引起胃腸機(jī)能紊亂易誘發(fā)腹瀉的發(fā)生,同時(shí)脂肪酶活性低也是誘發(fā)腹瀉的原因之一,如果在仔豬飼料中加入外源性的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶來(lái)補(bǔ)充內(nèi)源酶的分泌不足,可改善消化,減輕腹瀉。 2.1 酶制劑在斷奶仔豬生產(chǎn)中的應(yīng)用 2.1.1
早期斷奶仔豬的消化道生理特點(diǎn)
早期斷奶仔豬其消化道生理特點(diǎn)之一是,消化酶分泌不足。哺乳仔豬胃腸道消化酶活性隨日齡的增長(zhǎng)而增長(zhǎng),但早期斷奶對(duì)大多數(shù)消化酶活性增長(zhǎng)有抑制影響。 Corring等(1986)報(bào)導(dǎo),4周齡斷奶仔豬斷奶后一周內(nèi),胰脂肪酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶和胰凝乳酶等活性下降到斷奶前的水平的1/3,除胰脂肪酶外其它酶經(jīng)2周后恢復(fù)甚至超過(guò)斷奶前的水平。計(jì)成等(1997)研究表明,28日齡斷奶仔豬的胰腺、小腸內(nèi)容物中淀粉酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的活性從 21日齡到35日齡均呈逐漸上升趨勢(shì)。35日齡后出現(xiàn)下降,但隨著進(jìn)食刺激,酶活性會(huì)很快恢復(fù)并呈上升趨勢(shì)。其二是消化吸收能力下降。許多研究表明,早期斷奶會(huì)造成仔豬小腸形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能損傷,出現(xiàn)嚴(yán)重的絨毛萎縮,腺窩變深,吸收障礙,腸粘膜淋巴細(xì)胞增生和隱窩細(xì)胞有絲分裂加快等,同時(shí)上皮細(xì)胞刷狀緣糖酶系統(tǒng)的濃度及活性下降。斷奶后第1周腸粘膜損傷最嚴(yán)重,第2周開(kāi)始恢復(fù)。這些變化導(dǎo)致腸道消化吸收不良,使未吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)到達(dá)直腸時(shí)被微生物利用,產(chǎn)生甲烷、硫化氫等有害的物質(zhì),刺激腸蠕動(dòng)加快,引起腸道滲透壓升高,最后導(dǎo)致腹瀉。其三是分泌胃酸不足。胃酸在消化過(guò)程中的生理功能是激活胃蛋白酶所需要的酸性環(huán)境,促進(jìn)蛋白質(zhì)的膨脹變性,加速胃蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解,殺滅或抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)等。初生仔豬胃酸分泌量少,且游離酸缺乏,一般從20日齡開(kāi)始才有大量游離鹽酸的出現(xiàn),以后隨年齡的增加,至少在2~3月齡時(shí)分泌才能接近成年豬水平。 2.1.2 酶制劑在斷奶仔豬中添加效果 許多研究表明,在仔豬中添加酶制劑,可提高仔豬增重5%~15%,飼料增重比下降3%~8%,并可減輕仔豬的腹瀉率。下表是這近的一些研究情況。 在斷奶仔豬中添加酶制劑的效果 添加的酶制劑(mg/kg)或國(guó)際單位
仔豬體重或日齡 ADG% G:F% 資料來(lái)源
復(fù)合酶
仔豬 +27.53 -17.26 鄒亮(1992)
植酸酶(500) 10.2kg +15.56 -9.76 Young et al (1993) 植酸酶(750) 8.8kg +28.17 -15.46 Lei et al(1993) 植酸酶(500) 18-47d +9.67 -5.62 Kwon et al(1995) 溢多利
仔豬 +3.87~+10.09 -8.2~-9.3 蔣宗勇(1995)
植酸酶(1200)
仔豬 +56.94 -28.48 劉建秀
復(fù)合酶
仔豬 +18.79~+33.73 -5.08~-13.14 李同洲1996
復(fù)合酶植酸酶
仔豬仔豬 +1.82+10.8 -7.08-3.5 潘百明 1998張克英2001
復(fù)合酶
仔豬 +11% -8% 王冬艷(2000)
復(fù)合酶
仔豬 +4.80~14.50 -8.33~-17.08 高玉紅(2000)
2.2 酶制劑在生長(zhǎng)豬中的應(yīng)用 就生長(zhǎng)豬而言,盡管其體內(nèi)消化酶的種類(lèi)多,數(shù)量大,活性強(qiáng),但眾多試驗(yàn)表明恰當(dāng)補(bǔ)充酶制劑可提供生長(zhǎng)豬采食量,增加日增重。尤其對(duì)小麥、大麥等含NSP較多的飼料原料配制而成的飼糧添加效果更加明顯。下表是在生長(zhǎng)豬中添加酶的效果研究。 在生長(zhǎng)豬中添加酶制劑的效果研究 酶的種類(lèi)
日糧類(lèi)型
生產(chǎn)性能的變化
資料來(lái)源
?-葡聚糖酶
大麥—大豆
日增重+17% Bedford等
(1992)
戊聚糖酶植酸酶纖維素酶、半纖維素酶木聚糖酶復(fù)合酶制劑復(fù)合酶制劑復(fù)合酶制劑非淀粉多糖酶復(fù)合酶制劑小麥—大豆大麥-豆粕型大豆—菜籽餅玉米-豆粕次粉-米糠普通豬飼料玉米-豆粕型
大麥型日糧玉米-豆粕-麥麩日增重+6.9%,飼料轉(zhuǎn)化+6.3%日增重+46.02~+54.44%,料重比-6.9~-15.31日增重不明顯,飼料轉(zhuǎn)化率+3~10%飼日增重+8.1%,料重比-4.3%日
日增重+17.80%,料重比-8.72%日日增重+8.29%,飼料轉(zhuǎn)化效率+8.89%能提高飼料消化利用率和酶活日增重+11.56%,飼料轉(zhuǎn)化效率+13.61% 日增重+8.70~18.87%,料肉比-1.80~-8.27%日 Cos等(1993)朝延明(1995)Liu和Baidoo(1996)汪儆等(1997)鮑詠梅等(1998)葛勤寶等(1999)楊全明等(1999)余東游(2001)趙京楊等(2001)
3 影響酶制劑作用的因素 3.1飼料加工過(guò)程對(duì)飼用酶制劑的影響 在顆粒飼料的加工過(guò)程中,要經(jīng)過(guò)高溫、高濕和擠壓的綜合作用,使酶活性受到影響。高溫一方面可加快反應(yīng)速度,另一方面亦可引起酶蛋白分子中一些疏水鍵斷裂,改變分子構(gòu)象,使酶喪失活性。如中性蛋白酶,在60℃以上時(shí)保持10min,活性損失達(dá)100%。朱建津等(2000)研究不同調(diào)制時(shí)間(20s,30s和40s)的制粒過(guò)程中,酸性蛋白酶和果膠酶的活性損失,結(jié)果:制粒后,酸性蛋白酶的活性分別是原來(lái)的86.1%、82.1%和72.1%;果膠酶的活性分別是原來(lái)的 91.4%、90.9%和84.7%。高濕可使樣品中的水分活度升高,出現(xiàn)明顯的失活現(xiàn)象。而且在水分活度較高的情況下,酶分子的穩(wěn)定性比在干燥情況下差得多;擠壓往往會(huì)改變酶蛋白的空間多維結(jié)構(gòu)而變性,影響酶活性。 3.2 畜禽消化道中pH值對(duì)酶活性的影響 飼用酶的作用條件必須與畜禽消化道的生理?xiàng)l件相適應(yīng),酶的活性具有其最適的pH值范圍。豬和家禽消化道的正常溫度為40℃左右,胃pH1.5~3.5,小腸pH5~7,大腸pH中性。通常最佳作用條件真菌或霉菌酶pH3~6,細(xì)菌酶pH5~8,霉菌植酸酶pH2.5~5.5。在畜禽消化道中,一切大的營(yíng)養(yǎng)分子都要水解成小分子而被吸收。外源酶進(jìn)行催化作用也有一作用范圍,比如胃蛋白酶在pH6~7時(shí)很快失活,而在pH值為1時(shí)卻十分穩(wěn)定。一種酶不可能同時(shí)適應(yīng)跨度較大范圍的pH值變化,要使添加外源酶在濕喂過(guò)程中全部發(fā)揮作用,則要采取保護(hù)措施,使復(fù)合酶體系中某一類(lèi)或某一種酶耐受酸性環(huán)境而達(dá)到期望作用點(diǎn),以保證酶在消化道的各個(gè)部位發(fā)生作用。比如對(duì)于斷奶仔豬,由于消化道酶分泌不足,大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累在直腸易引起病原菌繁殖,形成營(yíng)養(yǎng)性痢疾。因此,理想的復(fù)合酶體系,一方面可在消化道前端幫助仔豬對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收,另一方面能使一些酶到達(dá)直腸減輕營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累,降低此類(lèi)疾病的發(fā)生。 3.3 底物濃度和保存時(shí)間對(duì)酶活性的影響 酶對(duì)底物發(fā)揮最大活力的濃度與底物的濃度有關(guān)。所以必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)和借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)方法選擇最佳添加量,以充分發(fā)揮其效率。酶過(guò)量或不足非但無(wú)益,還會(huì)引起副作用。在陰涼干燥的自然條件下保存的酶制劑,其活力隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸有所損失。據(jù)盧興民(1996)報(bào)道,將真菌酶制劑放置在自然條件下,分別于1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月、9個(gè)月、12個(gè)月時(shí)各測(cè)其中性蛋白質(zhì)酶活性1次,其活性分別為2605.6u/g、2512.2u/g、2433.4u/g、 2150.7u/g、1880.1u/g(原始活性為2688u/g)。 2.4 動(dòng)物種類(lèi)和年齡對(duì)酶使用效果的影響 不同種類(lèi)、不同生產(chǎn)用途的動(dòng)物,由于對(duì)飼料的消化率不一樣,因此對(duì)同一種酶制劑的反應(yīng)不同,生產(chǎn)效果也就各異。植酸酶在蛋雞日糧中的效果優(yōu)于肉雞日糧。磷消化率試驗(yàn)和長(zhǎng)期飼養(yǎng)試驗(yàn)的結(jié)果表明,每公斤蛋雞日糧中添加300單位的植酸酶,磷(無(wú)論是總磷還是非植酸磷)添加量應(yīng)降低0.1%(遲建平,1996)。德國(guó)BASF公司總結(jié)了家禽使用植酸酶的推薦量,產(chǎn)蛋雞300單位/千克,其它雞600單位/千克。另外,動(dòng)物的年齡階段不同,內(nèi)源酶的種類(lèi)和數(shù)量各異,而酶制劑的效果是與內(nèi)源酶共同作用于底物而表現(xiàn)出的效應(yīng)。幼年動(dòng)物由于消化液中淀粉酶和蛋白酶含量低,因此適當(dāng)添加這些種類(lèi)的酶制劑就可幫助消化,促進(jìn)生長(zhǎng),達(dá)到應(yīng)用的效果;而添加脂肪酶制劑,由于幼年動(dòng)物消化道中的脂肪酶含量適宜,因此作用不明顯;成年動(dòng)物對(duì)飼料中營(yíng)養(yǎng)中成分消化利用率低,添加酶制劑,特別是復(fù)合酶制劑有較好的效果。 2.5 飼料組成對(duì)酶制劑的添加效果的影響 飼料中存在一些飼用酶制劑的抑制劑,它們阻礙酶制劑的作用,這些物質(zhì)有無(wú)機(jī)的和有機(jī)的兩大類(lèi),有機(jī)物如植物凝集素、NSP等大分子有機(jī)物,它們通過(guò)與酶制劑結(jié)合等方式使其活性減小,降低酶制劑的使用效果。無(wú)機(jī)金屬離子如Cu2+、 Hg2+、Ag+、Fe2+、Al3+等對(duì)一些酶制劑的作用有不同程度的抑制,從而干擾其應(yīng)用效果。但一些組分如Zn2+、Ca2+、Mg2+對(duì)酶制劑有激活作用,從而增強(qiáng)酶制劑的應(yīng)用效果。飼用酶制劑的應(yīng)用效果還與底物濃度的組成有關(guān)。 結(jié)語(yǔ):我國(guó)雖屬農(nóng)業(yè)大國(guó) ,但飼料資源相對(duì)缺乏,充分發(fā)揮酶制劑的生物學(xué)作用,可提高現(xiàn)有飼料資源的利用率,提高畜禽的生產(chǎn)性能,降低養(yǎng)殖成本,促進(jìn)我國(guó)畜牧業(yè)的持續(xù)發(fā)展。此外,隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)日漸加強(qiáng),酶制劑作為一種新型飼料添加劑正在以其不產(chǎn)生殘留、無(wú)抗藥性、不污染環(huán)境、優(yōu)化高效等優(yōu)點(diǎn)在動(dòng)物生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)中起著至關(guān)重要的作用。 |