飼用酶制劑的開發應用及發展現狀

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飼用酶制劑的開發應用及發展現狀

文章來源：中國飼料行業信息網　作者：李富偉　更新時間：2009-10-21

　　飼用酶制劑是隨著飼料工業和酶制劑工業的不斷發展而出現的一種新型飼料添加劑，20世紀70年代就已經開始商品化生產，經過這些年探索和研究，現已得到了廣大養殖業經營者較為廣泛的認同和使用，發展速度異常迅猛。飼用酶制劑對提高飼料的轉化率、拓寬飼料原料的應用范圍和比例、節約飼料資源、降低飼料成本和養殖成本，改善飼養環境等起著的重要作用。隨著我國畜牧業的不斷發展，國家對飼料安全的日益重視，酶制劑作為一類高效、無毒副作用和環保的飼料添加劑在我國畜禽養殖業中的應用勢必更加廣闊。

　　1 飼用酶制劑的分類

　　酶的降解作用具有高度的選擇性和專一性，不同的單酶都有其相對應的降解底物，目前用在飼料工業上的單酶制劑約有20多種。根據酶制劑用途和特性不同對于目前商品飼用酶制劑采用了多種分類方法：①根據是否在動物體內大量分泌將飼用酶制劑分為外源酶和內源消化酶：外源酶包括植酸酶和非淀粉多糖酶，其中非淀粉多糖酶又包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、果膠酶、纖維素酶等;內源消化酶包括蛋白酶、淀粉酶、糖化酶和脂肪酶等;②根據產品中所含酶的種類，飼用酶制劑一般可分為飼用單酶和飼用復合酶。一般來說，復合酶制劑比單一酶制劑效果更完善，但并不意味著單一酶制劑就沒有使用優勢。復合酶制劑生產方式有多種：一般現在市場上復合酶制劑多以各種單酶混合而成;還有以產多酶菌種進行發酵生產，并配以適當的其它所需單酶;③根據酶作用的日糧底物不同，飼用酶制劑大致可以分為以下幾類：低粘度日糧用酶制劑、高粘度日糧用酶制劑以及高纖維日糧用酶制劑。

　　2 飼用酶制劑的作用效果

　　2.1 改善動物的生產性能

　　動物自身可以合成各種酶，但不同動物或不同生長時期，體內各種酶的分泌能力也不同。例如單胃動物幾乎不能產生降解非淀粉多糖的酶，有針對性添加一些非淀粉多糖復合酶可以適當消除非淀粉多糖的抗營養作用。仔豬斷奶階段，體內淀粉酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶含量較低，高溫、寒冷、轉群和疾病等應激狀態時，動物分泌酶的能力較弱或者易出現消化機能紊亂、內源消化酶分泌減少，因此在日糧中添加外源性消化酶，有助于改善消化道內環境，平衡內源酶的分泌，補充內源酶的不足。并且還可以提高飼料的利用率，改善動物的消化能力，減少應激條件下生產能力的下降。

　　2.2 改善日糧品質

　　某些飼料中含有的抗營養因子(如植酸、α-半乳糖苷等)，植物細胞壁中含有的木聚糖、纖維素、β-葡聚糖、甘露聚糖、果膠等難以消化的物質，不能被作為養分消化吸收，且干擾整個日糧其他營養的消化吸收和利用，阻礙動物內源消化酶與細胞內營養物質的作用，降低飼料中脂肪、淀粉和蛋白質營養價值，造成動物對這些飼料的利用率下降、生長不良以及產生粘糞、污染環境。而飼用酶制劑可以有效地降解這些抗營養因子，促進日糧消化吸收。

　　2.3 提高動物機體健康水平和免疫功能

　　非淀粉多糖在動物腸道內易形成粘性很大的食糜，成為后腸道微生物增殖的基質，引發機體疾病;同時大量有機物不被消化排泄，易惡化養殖環境，并引起動物應激反應。而飼料應用酶制劑后，可有效減少腸道的發酵和畜禽后腸道有害微生物的數量，消除食糜造成的這些危害，減少仔雞下痢、仔豬腹瀉等畜禽腸道疾病。同時酶解生成小分子(10個以下糖基)寡聚糖或寡糖類物質可競爭性結合動物腸道內外源性病原微生物，從而提高動物的健康。酶制劑在動物胃腸道應用產生的寡聚糖還可以顯著激活動物巨噬細胞的活性，充當免疫刺激的輔助因子，調節機體免疫系統，提高抗體免疫應答能力，從而增加動物體液及細胞免疫能力。

　　2.4 降低環境污染

　　現代化的養殖業，廢棄物及排泄物造成的環境污染是亟待解決的問題，如氮、磷造成的水體富營養化問題。而在飼糧中添加酶制劑則可以提高養分利用率，減少糞中有機物等的排泄量，減輕環境污染。尤其是植酸酶的應用，有效地提高了飼料中磷的利用率，降低飼料成本，改善畜禽生長性能，減少無機磷在飼料中的添加量，減少動物磷排放對環境的污染。此外，在黏性谷物的飼糧中添加非淀粉多糖酶，可降低食糜和排泄物黏度，改善禽蛋制品清潔度，同時避免墊料含水量過高和有害菌大量繁殖，從而改善養殖衛生環境。

　 3 飼用酶制劑在飼料配方中的使用

　　3.1 直接添加法

　　在飼料原有配方中直接加入酶制劑，以提高飼料品質，改善飼喂效果。但這種方法適用于養殖行情好，客戶對飼料價格不敏感，需要使用高檔料來提高動物生長性能，縮短出欄時間。這種方法未能將酶制劑對飼料品質的提高以量的形式進行表達。

　　3.2 配方參數調整法

　　降低動物的營養標準，按降低后的參數進行配方調整，從而起到降低成本的作用。這是目前在使用酶制劑時，配方師為發揮酶制劑的作用經常使用的一種方法，操作簡單方便，但此方法不足之處是加酶飼料本身并未能直接降低動物實際的營養需求，將酶制劑與動物的營養需求聯系在一起缺乏直接的科學理論依據，僅僅是數值發生了相對變化。

　　3.3 原料替換法

　　將在日糧中添加的酶制劑作為一種含有能量、蛋白、氨基酸及礦物元素的原料，參與飼料配方設計調整。此種方法優點是真正從概念上將酶制劑賦予了潛在營養價值，且在飼料配方制作時將酶制劑的潛在營養價值參與配方計算。但不足之處在于酶的潛在營養價值不是固定值，而是受配方中使用其它原料的品種和比例影響，當其它原料變化時，酶的潛在營養價值理論上也應該是變化的值，這樣不斷變化的值在實際配方中使用顯得不方便。同時，配方時酶制劑的使用量往往要求是一個固定值，而并非是一種使用比例可變的原料，一旦飼料中酶的添加量發生變化后，即使飼料中其它原料種類和比例都已經確定，賦予酶本身的潛在營養價值也發生了改變。

　　3.4 養分折算法

　　確定出飼料中加酶后對各種原料的養分利用率的提高值，將此提高值折算成該原料含有的營養，在原料成本不變的情況下，按提高了營養值的原料進行配方設計。理論上這種方法更加科學合理，能準確表達加酶后使飼料原料的養分利用率提高，并將提高的養分值以額外方式加到原料的營養成分值中，并按加酶后營養值提高這一理論邏輯原理進行配方配制，精準表達出加酶飼料的效果。

4 飼用酶制劑評定方法

　　4.1 酶活性檢測

　　伴隨著酶制劑工業的不斷發展，飼用酶制劑的規范化程度也逐步得到了提高，國家相繼對植酸酶、纖維素酶、β-葡聚糖酶等制定了檢測標準，其它一些沒有統一檢測標準的酶制劑產品行業內研究人員也都根據實際情況制定了各種檢測方法，這些方法的制定為酶制劑產品的質量控制提供了有力的支持。但是酶制劑作為一種生物質產品對外界的條件比較敏感，測定的溫度、pH值、時間等條件只要稍有不同就可能對酶活測定結果產生很大差異，正因如此，如果酶活測定方法沒有進行統一，會致使飼用酶制劑使用者很難評估酶的實際作用效果。

　　4.2 酶活損失判定

　　酶制劑在使用的過程中會遇到很多會造成酶活損失的情況，比如飼料制粒的高溫、飼料中存在的酶抑制劑以及動物胃腸道環境等。針對這些情況酶制劑必須具有良好的熱穩定性、儲存穩定性和耐受性，以避免在飼料加工、儲存和體內消化過程中失活。飼用酶制劑穩定性評估通常是在模擬飼料加工參數、飼料儲存和動物胃腸道的條件下設定一定的溫度、濕度和時間梯度，體外評定溫濕度、酸堿度和儲存時間等對酶活性的影響，即測定酶經過不同條件處理后酶活的存留率。因此判斷一個酶制劑產品質量不能僅僅從測定酶活性這一個方面，還必須綜合考慮到酶制劑使用過程中酶活損失的可能性。

　　4.3 體外消化試驗

　　體外消化試驗即是在實驗室模擬某些動物體消化道環境，用待測酶制劑進行體外消化飼料等動物食品，并測定消化前后各營養成分﹙干物質、蛋白質、氨基酸、有機物質、淀粉及纖維素等﹚的消化率，以判定酶制劑的消化效果。進行體外消化試驗有一定的難度，因為動物消化道內環境是一個動態變化的復雜環境，它受到很多因素﹙包括動物種類、動物生理階段、動物機體狀態、日糧類型等﹚的影響。體外試驗不能反映體內的真實情況，與體內試驗不能完全吻合，但具有一定的參考價值。

　　4.4 動物生產試驗

　　動物生產試驗是判定一種飼料產品質量最為直觀的方法，任何飼料產品只有在動物生產試驗中表現出顯著的生產效果才最能代表這個產品所具有的實際價值。飼用酶制劑最為一種功能性添加劑對飼料的影響和動物生產效率的提高是有限的，再加上動物生產試驗本身受外界因素影響較大，所以要把酶制劑的動物生產試驗做出理想的效果也是具有一定的難度。大部分資料顯示，飼用酶制劑在各種動物試驗上都表現較為理想的應用效果。

　　5 飼用酶制劑的發展現狀

　　5.1 商品化程度快，市場存留空間較大

　　自從20世紀20～50年代飼用酶制劑就開始在畜禽養殖業中應用，但因酶制劑的生產成本昂貴，一直未能進行商品化生產，直到70年代由于轉基因技術和發酵工業得到長足的進步，飼用酶制劑應用才進入了突飛猛進的發展階段。2000年全國飼用酶制劑的銷售量已達到6000t。到2005年我國飼用酶制劑的市場容量已達到2萬t，而市場生產量大概只有8000t。按照我國配合飼料產量年產量1億t計算，如果飼用酶制劑添加量按0.1%計，全國1/2 配合飼料添加飼用酶制劑，則需要5萬t的飼用酶制劑，而我國目前飼用酶制劑市場生產量遠未達到市場容量。因此，飼用酶制劑在我國還有很大的市場空間和潛力。

　　5.2 市場推廣品種增加，木聚糖酶得到大力推廣應用

　　自從植酸酶在飼料中得到成功推廣應用以來，飼用酶制劑的應用效果已經越來越得到飼料用戶的認可，并促使了整個飼用酶制劑行業得到了良性發展。隨著對酶制劑研究的不斷深入，人們對各種酶制劑作用機理和使用效果的認識也更加清楚，促使了更多酶制劑在飼料工業中的推廣應用。木聚糖酶是近兩年緊隨植酸酶的推廣發展起來的又一重要單酶，主要由β-1,4-D-內切木聚糖酶、β-1,4-D-外切木糖苷酶和α-L-阿拉伯糖苷酶、α-D-氨基酸醛酸酶等脫支鏈酶構成，屬于水解酶類，專一降解木聚糖的酶。飼料中添加木聚糖酶可有效降解飼料中的木聚糖，消除飼料中的抗營養因子，降低動物腸道內食糜粘度，提高飼料利用率，改善動物生產性能，故木聚糖酶在飼料上的應用市場前景非常廣闊。近幾年隨著木聚糖酶在飼料中的使用率不斷提高，木聚糖酶的技術研究和生產能力也得到了快速發展。另外，甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶等也得到了很好的開發應用。

　　5.3 菌種發酵效率提高，生產總容量增加

　　近些年來，隨著生物技術的不斷進步，人們通過基因工程和蛋白質工程手段已經對酶制劑的基因進行了不斷的研究，并培養出了很多活性強、酶活穩定、使用條件寬松的產酶菌種，使產酶菌種的發酵能力大大提高，發酵效率得到了不斷提升。單位酶活力的升高，再加上酶制劑的生產工藝和菌種的發酵水平的提高，進一步推動了飼用酶制劑在飼料中的大范圍使用。同時，隨著市場用酶品種的增多和飼料用酶率的提高，有效的推動了整個飼用酶制劑發酵容量的增大，近兩年國內幾家大型飼用酶制劑生產企業都相繼擴大自己的生產規模，以適應酶制劑市場需求量的不斷增加。

　　5.4 國際市場份額加大，品牌影響力提高

　　20世紀90年代國內飼用酶制劑市場仍以使用一些國外品牌酶制劑為主，到本世紀初，隨著酶制劑發酵水平的不斷提高，生產成本的降低，國內許多酶制劑生產企業得到了迅速發展，形成了我國的自主品牌，不但占領了國內飼用酶制劑市場的大部分份額，而且在國際市場上也得到很好的推廣，出口量逐年提高，飼用酶制劑現已成為少數幾個出口創匯的飼料添加劑品種之一。植酸酶的成功應用并是很好的例子，2000年之前國內植酸酶市場還是以國外酶制劑廠商銷售為主，到2002年之后國內酶制劑生產企業不但占領了國內絕大部分植酸酶市場，而且使中國一躍成為世界上最大的植酸酶生產和銷售國家。目前許多發達國家，政府有嚴格的法律限制，防止環境的污染，尤其是對養殖場氮、磷的排放，且許多國家更是為了解決環境污染問題強制推薦在飼料中使用植酸酶等酶制劑，這也給我們國內一些品牌酶制劑產品擴大國際市場份額和影響力提供了很好的發展機會。

　　6 展望

　　隨著人們生活水平的提高及環境意識的增強，飼用酶制劑以其無殘留、無抗藥性、不污染環境等優勢將會進一步被推廣應用，但飼用酶制劑的發展仍有許多問題有待解決。目前酶制劑在動物中應用的研究大多停留在定性方面，而對酶制劑的定量研究較少，尤其在酶制劑對動物生理上的影響研究甚少，許多酶制劑的作用機制及促生長機理還不太清楚，消化生理等方面也有待深入研究。飼用酶制劑仍需要加大科技投入，加強新菌種篩選、微生物發酵、基因改良和應用試驗等研究工作，研制出更適合于飼料原料和市場特點的飼用酶制劑產品，以更好的推動飼用酶制劑的生產和廣泛應用。

作者：中國農科院飼料研究所/李富偉

北京挑戰生物技術有限公司/湯海鷗
汪勇

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