植物性飼料抗營養因子與飼用酶制劑的應用

luyafei414

　　飼料是畜牧生產的物質基礎。現今的配合飼料中90%1,2上的組分為植物性飼料，但是，作為植物性飼料或多或少地存在著抗營養因子，給動物的健康生長帶來很多負面影響。隨著生物技術發展，飼用酶制劑在消除抗營養因子方面的應用越來越顯示出良好的經濟效益和社會效益。
　　l抗營養因子的概念、分類及作用
　　1.1抗營養因子的概念
　　所謂抗營養因子(Antinutritional factors.ANFs)是指植物代謝產生的并以不同機制對動物產生抗營養作用物質的總稱。
　　抗營養因子廣泛存在于植物界。同一種飼料中可以含有多種抗營養因子，同一抗營養因子也可能存在于多種飼料中。在植物性飼料原料中，含抗營養因子最多的是植物的籽實，豆科籽實及其餅粕、禾本科籽實及其糠麩都含有較多的抗營養因子。
　　1.2抗營養因子的分類及作用
　　已經發現的抗營養因子有數百種之多。但目前還沒有統一的分類標準。根據其對飼料和動物的作用大致分為5類。
　　1.2.1抑制蛋白質消化的抗營養因子
　　①蛋白質抑制因子(Protease inhibitors，PI)包括胰蛋白酶抑制因子和胰凝乳蛋白酶抑制因子，自然界中已發現數百種蛋白酶抑制因子，在動物營養中最具有意義的是KTI(Kunitz trypsin inhibitors)和BBI(Bowmanbirk inhibitors)兩類。主要作用是抑制蛋白酶活性，促進胰腺分泌，造成必需氨基酸內源性損失，降低飼料中的干物質、氮和氨基酸的表觀消化率和真消化率;②植物凝聚素(Lectin)全稱為植物性紅細胞凝聚素(Phytohemagglutinin，PHA)，大多數植物凝聚素在腸道中不被蛋白酶水解，能與小腸黏膜緊密結合，降低腸道消化酶活性，影響營養物質消化吸收;作抗原，引起機體的變態反應;與淋巴細胞特異性結合，頡頏IgA，對免疫系統和器官有一定破壞作用;③多酚類化合物，如單寧(Tlannins)、棉酚和酚酸等。單寧的抗營養作用主要是與胰蛋白酶、脂酶等結合使酶失活，或與飼料蛋白質結合成不易被消化的螯合物，也極易與鐵鹽作用產生沉淀。另外，單寧分解的沒食子酸有強烈刺激性和苦澀味，
　　影響適口性。棉酚是棉籽餅、粕中主要的抗營養因子，特別是游離棉酚(FG)的活性醛基和活性羥基產生較大毒性而引起多種危害，刺激胃腸黏膜引起胃腸炎，進入血液后損害心、肝、腎等實質器官;在體內與蛋白質和鐵等結合，使一些功能蛋白酶失活，或易導致缺鐵性貧血等。
　　1.2.2降低能量利用率的抗營養因子
　　①非淀粉多糖(Non—starch polysaccharides， NSP)是植物的結構多糖的總稱，分為不溶性非淀粉多糖(纖維素)和水溶性非淀粉多糖(半纖維素和果膠)，其中水溶性非淀粉多糖(sohble 130n-starch oolysaccharides.SNSP)具有較強的抗營養作用。從動物營養的角度而言，NSP主要指半纖維素中的盧一葡聚糖和阿拉伯木聚糖，飼料中其含量最高，抗營養作用也最明顯;②α一淀粉酶抑制因子是一種分子質量13 000-50 000的蛋白質，能降低淀粉酶的活性，也能抑制細菌、真菌和昆蟲的淀粉酶活性。
　　1 2.3 降低礦物質利用率的抗營養因子
　　①植酸(Phytic acid)又稱肌醇六磷酸，幾乎都是以復鹽的形式存在，稱為植酸鹽，其中植酸磷約占植物飼料總磷量的60%-85%，這種磷很少能被單胃動物利用，玉米中只有總磷的10%-20%、豆餅中磷的25%-35%能被豬利用，大多數植物飼料中磷僅有1/3能被家禽有效利用。由于植酸在很寬的pH范圍均帶負電荷，對Ca2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Fe2+、Mg2+ C02+等金屬離子有較強的螫合特性，大大降低了一些必要礦物元素(尤其鋅和鐵)的生物學酶價;②硫葡萄糖苷，其本身沒有抗營養作用，但降解產物中的噁唑烷硫酮(OZT)和異硫氰酸酯(ITC)是主要的抗營養因子，能與碘離子競爭而濃縮在甲狀腺中，導致甲狀腺腫大，ITC還嚴重影響餅粕的適口性。
　　1 2.4抗維生素因子Antivitamin factors)
　　抗維生素因子是在化學結構上與某種維生素類似的化合物，如生大豆中的抗維生素D因子，高粱中的抗煙酸因子，以及頡頏維生素K的雙香豆素等，它們在動物代謝過程中可以與該種維生素競爭并取而代之，從而干擾動物對維生素的利用，引起維生素缺乏癥。
　　1.2.5其他抗營養因子
　　其他較為重要的抗營養因子有皂角苷、生物堿、產雌激素因子、抗原蛋白、草酸、組胺等。皂角苷能抑制胰凝乳蛋白酶和膽堿脂酶活性并有溶血作用;生物堿降低適口性，影響生長;產雌激素因子具有雌激素樣作用，可引起動物的假發情、公畜雌性化以及母畜不孕、流產等;抗原蛋白主要干擾腸壁完整性和免疫反應等;草酸會影響礦質元素的消化吸收或引起腹瀉等;組胺則可損傷腸道系統，造成腸道微生態系統紊亂和消化液分泌失調。
　　植物性飼料中的抗營養因子可降低飼料的營養價值和適口性，給動物的健康生長帶來威脅。必須采取積極有效的措施消除飼料中的抗營養因子。其方法有：物理方法(機械加工、熱處理)、化學方法(酸、堿處理，添加化合物)，生物方法(微生物發酵、酶制劑處理)及育種方法。但飼用酶制劑是消除抗營養因子的最有效技術。
　　2飼用酶制劑的來源、分類及作用
　　2.1飼用酶制劑的主要來源
　　當前生產用酶已達300多種，飼料用酶也有20多種，主要分動植物源酶、微生物源酶和克隆酶3類。20世紀60年代前，飼用酶基本上是從動植物中提取，產量低，成本高，應用有限;60年代后主要用微生物發酵法生產，降低了成本，擴大了酶產量。目前國內以固體表層發酵為主。克隆酶的生產是新技術。
　　2.2飼用酶制劑的種類及特點
　　飼用酶制劑分為單一酶制劑和復合酶制劑兩大類。
　　2 2.1單一酶制劑
　　最具應用價值的單一酶制劑基本上分為5類。①非淀粉多糖酶(NsP酶)包括纖維素酶、半纖維素酶、口一葡聚糖酶和果膠酶等。這些酶的共同特點是提高非淀粉多糖的可消化性，降低或消除其抗營養作用，提高飼料的能量水平;②植酸酶(Phytase)是一種能降解植物性飼料中植酸及其鹽類的磷酸脂酶，使之分解生成無機磷、肌醇以及與植酸結合的蛋白質、氨基酸、微量元素等，提高飼料中多種礦質元素和蛋白質、氨基酸的可利用性，減少單胃動物無機磷的添加量，降低動物糞便中植酸磷的排放;③淀粉酶(Amylase)包括α一淀粉酶，盧一淀粉酶和糖化酶等。α一淀粉酶作用于α一1，4一糖苷鍵，將淀粉水解為雙糖，寡糖和糊精。α一淀粉酶作用于1，6一糖苷鍵(支鏈淀粉分支處)，將支鏈淀粉水解為雙糖、寡糖和糊精。糖化酶水解線性的寡糖、雙糖和糊精，生成葡萄糖和果糖;④蛋白酶(Protease)按其作用條件有酸性、中性、堿性之分。由于動物胃液呈酸陛，小腸液多為中性，所以飼料中大多添加酸性和中性蛋白酶，其主要作用是水解飼料蛋白質為氨基酸;⑤脂肪酶(Llpase)是水解脂肪分子中甘油酯鍵的一類酶的總稱。目前應用很少。但微生物產生的脂肪酶通常在pH3.5-7.5時水解力最好，最適溫度38-45℃，因此非常適用于飼料。
　　2.2.2復合酶制劑
　　復合酶制劑是由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，或由一種或幾種微生物發酵獲得。復合酶制劑可以同時降解飼料中多種需要降解的底物(多種抗營養因子和多種養分)，可最大限度地提高飼料的營養價值。國內外飼用復合酶制劑有以下幾類。
　　①以蛋白酶、淀粉酶為主的飼用復合酶。主要用于補充動物內源酶的不足;②以口一葡聚糖酶為主的飼用復合酶。主要用于以大麥、燕麥為主原料的飼料，在北美、歐洲應用廣泛;③以纖維素酶、果膠酶為主的飼用復合酶。由木霉、曲霉和青霉直接發酵而成，主要作用為破壞植物細胞壁，使細胞中的營養物質釋放出來，并能降解飼料中的抗營養因子，降低胃腸道內容物的黏稠度，促進動物的消化吸收;④以纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡聚糖酶、果膠酶為主的飼用復合酶。此類酶綜合各酶系的共同作用，具有更強的助消化作用。
　　3飼用酶制劑的作用機制
　　3.1補充動物內源酶不足，激活內源酶的分泌
　　成年動物分泌的消化酶一般能滿足機體需要。幼齡動物消化道和酶系統的發育不完善，不能適應其分解大分子營養物質的需要。斷奶、健康狀況不佳或應激狀態時，動物消化道內酶細胞分泌量降低，為外源性消化酶發揮作用創造了條件。另外，飼料中添加酶還可以促進內源酶的分泌。
　　3.2降解飼料中抗營養因子，提高飼料轉化率
　　酶是活細胞產生的一類具有特殊催化能力的高效生物催化劑，且一種酶只能催化一類特定底物。某些特定酶可以作用于飼料中的特定抗營養因子，使之被降解而失去抗營養作用。同時能全面促進日糧養分的分解消化和吸收利用，提高飼料轉化率。
　　3.3分解植物細胞壁，促進營養物質的消化吸收
　　植物細胞壁是由纖維素、半纖維素、果膠等構成的復雜聚合物，是營養成分的保護層。大多數動物尤其單胃動物缺乏分解植物細胞壁的酶類，從而影響養分的充分利用。使用外源性NSP酶能較好地摧毀細胞壁，提高植物細胞內養分利用率。
　　3.4加強動物保健，提高機體免疫力
　　良好的營養水平與代謝能力是動物機體產生免
　　疫力的決定因素。酶制劑不僅改善了動物對日糧的消化率，而且還影響動物機體的代謝和激素水平。酶制劑在動物體內酶解產生的生理活性肽(如抗菌肽及抗病毒肽、神經活性肽、激素調節肽、免疫活性肽、調味肽、抗氧化肽、營養肽等)，對動物保健和免疫力的增強已越來越受到關注。飼用酶制劑已是取代抗生素的首選添加劑。
　　3.5降低氮磷等排泄量，減少環境污染
　　應用酶制劑可大大減少畜禽排泄物中的有機物、氮、磷等營養物質的排除量，大幅度減少其對土壤和水體的污染。另外，飼用酶制劑的應用可以擴大飼料資源。
　　4飼用酶制劑的選用
　　酶制劑具有高度的專一性和特異性，科學使用酶制劑是發揮其作用的關鍵。
　　4.1針對內源酶分泌不足，選擇使用消化酶
　　一般來說，仔豬和家禽等分泌的內源酶種類、數量都難以滿足消化代謝的需要，尤其當應激狀態或疾病情況下更明顯。研究表明，肉仔雞胰腺和腸道內消化酶活性基本上隨著日糧中外源酶添加量的升高而升高。4.2針對日糧類型中主要抗營養因子選用酶制劑
　　4.21低黏度日糧
　　比較典型的是玉米一豆粕型日糧，是我國畜牧生產的常規日糧，適宜選用的酶種為木聚糖酶、果膠酶和甘露聚糖酶的復合酶制劑。
　　4.2.2高黏度日糧
　　是指大麥、小麥、米糠含量較高的日糧，北美、歐洲國家應用廣泛。這類日糧應選用β一葡聚糖酶和木聚糖酶的復合酶制劑。
　　4-2_3高纖維日糧
　　是指谷物、糟渣、糠麩含量較高的日糧。這類日糧應選用纖維素酶，同時輔以木聚糖酶、甘露聚糖酶等，以協同摧毀植物細胞壁。
　　4.2.4雜餅/粕日糧
　　是指棉、菜籽餅，粕等含量較高的日糧，富含粗纖維、果膠、甘露聚糖等多聚物，這類日糧應選用含纖維素酶、果膠酶和甘露聚糖酶的復合酶。
　　4.3針對目標底物的含量確定酶制劑的適宜用量
　　使用酶制劑的主要目的是提高飼料中依靠內源酶不能消化物質(目標底物)的利用率或消除其抗營養作用。若底物過少，加酶就不會產生明顯效果;若底物過多，添加酶量或酶活性不足，則效果亦不
　　佳，這就要求目標底物與酶制劑用量之間應有適宜的比例關系。
　　4.4確定酶制劑的營養改進值(INT).對日糧配方進行優化
　　使用酶制劑方式有兩種，一是直接添加在常規配合飼料中，簡單易行但會增加飼料成本;二是根據酶制劑提高生產性能和改善飼料利用的程度，適當降低常規配合飼料中的營養參數或利用廉價飼料原料配制日糧。只有在充分科學實驗的基礎上提出各種酶制劑所能改進的飼料養分消化率的大小或相對營養價值(稱為“營養改進值(INN)”)，并以此對常規飼料營養參數進行優化調整，才能在保持生產陛能不下降的情況下降低飼料成本。
　　4.5針對動物的特異性選用酶制劑
　　不同種類的動物消化系統和酶系統不同，同一動物的不同生理階段也有差異，對酶制劑的反應也就各異。酶制劑使用效果受動物因素的影響較明顯。

donghaijun2009

好文章齊共享，感謝樓主。

朱習春

好文章，謝謝