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畜牧人

標題: 酶在飼料方面的應用 [打印本頁]

作者: 畜牧人小李 時間: 2019-1-24 10:34
標題: 酶在飼料方面的應用

(, 下載次數: 179)

最早記載科學描述外源性酶制劑在動物營養中的作用可追溯到20世紀20年代，在此后的30年里，科學家開始研究外源酶在家禽飼料中的應用，并達到了廣泛應用。

酶在動物體內消化與新陳代謝過程中起著非常重要的作用。動物能分泌到消化道內的酶主要屬于蛋白酶、脂肪酶類和碳水化合物酶類。在消化酶的作用下，底物大分子物質（如蛋白質、脂肪、多糖等）降解為易被吸收的小分子物質，如寡肽、氨基酸、脂肪酸、葡萄糖等。飼用酶制劑大致可分為消化酶和非消化酶兩大類。非消化酶是指動物自身不能分泌到消化道內的酶，這類酶能消化動物自身不能消化的物質或降解一些抗營養因子，主要有纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、植酸酶、果膠酶等。消化酶是指動物自身能夠分泌的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶類等。

飼用酶制劑不僅能消除飼料抗營養因子的有害作用，促進養分的消化和吸收，提高畜禽的生長速率、飼料轉化效率和增進畜禽健康，而且能減少養殖業排污中氮、磷的排放，保護生態環境。應用飼用酶制劑是現代化養殖業中經濟效益與生態效益兼顧的重要科學技術措施。

飼用酶制劑的商業化應用在國外約有10余年的歷史。英國20世紀90年代初酶制劑在雞飼料中添加率幾乎等于零，而現在95%以上的雞飼料都添加酶制劑。中國如以珠海溢多利公司1992年推出溢多酶作為飼用酶商業化應用的起點，飼用酶制劑在中國的應用也有10多年歷史。

目前中國飼用酶制劑的市場已經初步形成，并在逐步發展。在中國銷售飼用酶制劑的國外公司有近10家，其產品有：芬蘭國際飼料公司的愛維生和保安生系列產品，芬蘭安特羅斯公司的安特復合酶、植酸酶系列產品，羅氏公司和德國巴斯夫公司的植酸酶產品等。

中國飼用酶制劑企業據不完全統計也有20余家，其產品有：廣東珠海經濟特區溢多利有限公司的溢多酶系列產品、廣東肇慶華芬飼料酶有限公司的華芬酶系列產品、廣東江門英恒生物飼料有限公司的英恒酶系列產品、江蘇太糊酶制廠的太糊酶系列產品、吉林長春昆侖酶制劑廠的復合酶系列產品等。

一、飼料的組成

飼料原料中的脂肪和添加到飼料中的植物油或動物脂肪在腸道經過乳化后才能與胰脂酶充分接觸從而得以消化吸收。不飽和脂肪有利于乳糜微粒的形成。不飽和脂肪酸含量高的植物油消化吸收率高于動物油，動物油中豬油消化率高于牛油。幼齡動物對飽和脂肪酸的消化吸收能力較差，隨著周齡增大而提高。

飼料中多糖又可分為營養性多糖和結構多糖。營養性多糖主要是淀粉和糖原，結構多糖在植物性飼料中也指非淀粉多糖，主要是植物細胞壁組成成分，包括纖維素、半纖維素、果膠。半纖維素又包括β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、甘露寡糖等。禾谷子實（如玉米、高粱、小麥和大麥等）是畜禽飼料中碳水化合物的主要來源，其主要成分是淀粉，非淀粉多糖含量也較高。豆類飼料原料中的非淀粉多糖主要是果膠和纖維素。非淀粉多糖在目前可以說是影響飼料有機物質消化利用的最主要因素，其中可溶性非淀粉多糖在動物消化道可增加食糜黏稠度，妨礙能量、氨基酸等養分的利用，對單胃動物產生抗營養作用。非反芻動物體內不能分泌纖維素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、果膠酶等，纖維素、果膠和大部分半纖維素只能被微生物有限地利用。利用微生物生產的外源多糖酶添加到飼料中可以幫助畜禽消化利用這些非淀粉多糖，如β-葡聚糖酶可水解β-葡聚糖，木聚糖酶可水解阿拉伯木聚糖，從而降低其抗營養作用，提高動物生產性能。

植酸（6-磷酸肌醇）存在于所有植物性飼料中。植酸狀態磷的含量一般占總磷量的60%-80%。植酸還可和礦物元素、蛋白質及一些消化酶等結合，降低這些養分的利用率或酶的活性。非反芻動物僅消化道上皮細胞分泌少量植酸酶，后腸道中的微生物可產生少量。非反芻動物對飼料中植酸磷的利用率很低，小于10%。

二、飼料中酶制的種類及主要作用

（一）飼料中酶制劑中主要種類及分類

世界上已發現的酶的品種有1700多種，生產用酶已達300多種，飼用酶亦有20多種。這些酶主要為消化性酶，多為水解系列酶。主要有纖維素酶（C1酶、Cx酶、β-1，4-葡萄糖苷酶）、半纖維素酶、果膠酶、淀粉酶（淀粉酶、糖化酶）、蛋白酶（中性蛋白酶、酸性蛋白酶）、植酸酶。

飼用酶制劑的分類方法很多。根據飼用酶制劑中所含酶種類的多少可分為：飼用單一酶制劑和飼用復合酶制劑。由于飼料成分的多樣性，所以復合酶制劑比單一酶制劑效果更好，也更為常用。

1、單酶制劑

主要的單酶制劑有如下幾類。

（1）淀粉酶包括糖化酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶等。α-淀粉酶和β-淀粉酶可直鏈和支鏈淀粉水解為雙糖、寡糖和糊精，經糖化酶再分解為葡萄糖。糖化酶能將α-淀粉酶分解的中低分子物質并進一步水分解為葡萄糖，被動物吸收利用。

（2）蛋白酶蛋白酶是降解蛋白質肽鏈的水解酶，有酸性、中性和堿性之分，飼料中選用酸性、中性，主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。

（3）植酸酶能將豆類、谷實類及其他副產品等飼料中植酸鹽水解出磷酸根，以及被植酸螯合的鈣、鎂、銅、鋅等離子，為豬、禽等單胃動物吸收利用。谷物中的磷絕大多數是以植酸磷的形式存在，動物本身不分泌植酸酶，所以對谷物中這部分磷的利用率較低，而通過在飼料中添加微生物分泌的植酸酶，就可以將這部分磷分解釋放出來，從而減少無機磷在飼料中的添加量，降低飼料成本，并且可以減少動物糞便中磷的排泄量，降低環境污染。是目前應用較多且前景最好的一種綠色飼料添加劑。

（4）纖維素酶包括C1 酶、Cx酶和β-1，4-葡萄糖苷酸酶，在其共同作用下，能將飼料中的纖維素分解成葡萄糖，并將釋放其他養分（如蛋白質、脂肪、淀粉等），為畜禽消化和吸收利用。

（5）半纖維素酶包括木聚糖酶（戊聚糖酶）、聚半乳糖酶等，可將植物細胞中的半纖維素水解為五碳糖，并降低半纖維素溶于水后的黏度。

（6）β-葡聚糖酶 β-葡聚糖廣泛存在于多種植物原料中，黏性較大，是影響營養分子傳遞和吸收的一個重要的抗氧因子。β-葡聚糖酶能水解葡聚糖等大分子，降低消化道中物質的黏度，促進營養物質的吸收。β-葡聚糖酶是酶制劑飼料添加劑中較為重要和應用較廣泛的一種酶。

（7）果膠酶果膠質是植物性原料中一種抗營養因子，影響飼料的利用率。果膠酶可裂解植物細胞壁單糖之間的糖苷鍵，分解植物表皮的果膠，促進植物組織的分解，促進營養成分的消化和吸收。果膠酶也是較常用的一種飼料酶制劑。

（8）木聚糖酶木聚糖是植物細胞壁的主要成分之一，屬于非淀粉多糖，為一種廣泛存在于植物中的半纖維素，它是由β-1，4-糖苷鍵連接而成的木糖聚合物。通常，木聚糖以異質多糖形式存在并與纖維素結合在一起。木聚糖酶是木聚糖的專一降解酶，屬于水解酶類，包括內切木聚糖酶、外切木聚糖酶和木糖苷酶3種。木聚糖酶耐熱性較好，動物腸道內的溫度、pH值對其活性影響不大，而且能耐受制粒過程中的高溫，這使其在動物飼料中的運用具有獨特優勢。

（9）β-葡萄糖苷酶將纖維二糖、纖維三糖及其他低分子纖維糊精分解為葡萄糖。主要是將植物細胞中的半纖維素酶分解為各種五碳糖，并可降低半纖維素溶于水后的黏度。

以上酶類根據在飼料中的作用可分為兩類：①消化性酶，主要指畜禽消化道可以合成和分泌，但因某種原因需要補充和強化的酶種，如淀粉酶、蛋白酶等；②非消化性酶，主要指動物通常不能合成與分泌，但飼料中又有其相應底物存在（多為抗營養因子），而需要添加的酶種，如木聚糖酶、果膠酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶、植酸酶等。

2、復合酶

復合酶是以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，可同時降解飼料中的多種養分和多種抗營養因子，效果優于單一酶制劑。

復合酶根據不同動物和不同動物生長階段的特點進行配制，有較好的作用，是目前最常用的飼料添加劑。國內外復合酶制劑主要有以下酶類。

①以蛋白酶、淀粉酶為主的飼用復合酶，主要功能為補充內源性消化酶不足，適用于小動物。

②以木聚糖酶、果膠酶、甘露聚糖酶為主的飼用復合酶，消除玉米-豆粕、小麥-豆粕等類型口糧的黏性抗營養因子，在中國的飼料生產中經常使用。

③以葡聚糖酶為主，木聚糖酶等為輔，消除大麥、黑麥型日糧的黏性抗營養因子，歐美國家應用比較廣泛。

④蛋白酶、淀粉酶、木聚糖酶、果膠酶等兼而有之，為通用型飼用酶制劑。

飼用復合酶中各種酶的種類和比例與動物飼糧有關，不同飼糧所含抗營養因子的種類和比例不同，需要飼用酶制劑所含酶的種類和比例也不同。此外，也與動物種類和生長階段有關，不同動物種類和生長階段，需要飼用酶制劑所含酶的種類和比例也有所不同。因此，飼用復合酶制劑中各種酶的配比既和飼料化學成分的性質有關，也和動物消化系統的生理特點有關。一種好飼用復合酶制劑產品需要熟悉酶制劑生產工藝的微生物發酵專家和熟悉飼料成分及動物消化生理特點的飼料營養專家來共同設計。在飼料工業和養殖業中如何正確合理地應用飼用酶制劑，也需要動物營養和飼料科學的專家來共同指導。

（二）酶制劑飼料添加劑的作用

1、直接分解營養物質，提高飼料利用率

飼用酶制劑可以在動物的消化道內，將飼料中的大分子物質，水解為易吸收的小分子物質，降低營養物質在糞便的排出量，即對內源酶起輔助補充作用。

仔豬胃腸道消化酶除乳糖酶在2周齡左右開始下降外，其他酶的分泌在出生后隨日齡增大而增加，大多數在5周齡左右才能達到高峰，只有糜蛋白酶在3周左右可以達到最大。為了縮短母豬繁殖周期和使仔豬盡早適應植物蛋白日糧，早期斷奶甚至超早期斷奶在養豬生產中普遍施用，但早期斷奶產生明顯應激，對消化系統發育和消化酶分泌產生不良影響，消化酶分泌急劇減少，斷奶2周后才又逐漸恢復上升。斷奶后兩周內消化酶分泌不足是斷奶仔豬生長阻滯的主要因素之一。在斷奶仔豬日糧中添加酶制劑是減輕斷奶應激、避免生長阻滯、提高仔豬生長性能的必要和有效的措施之一。

雛雞大數消化酶在2周齡左右才發育到高峰，個別的（如脂肪酶）還要到21日齡左右。Noy等（1995）發現雛雞21日齡十二指腸分泌的胰蛋白酶是4日齡的50倍。從4日齡到21日齡，小腸氮消化率從78%提高到92%。21日齡淀粉酶活性是4日齡的100倍，淀粉的消化率從4日齡的82%上升到21日齡的89%。因此，消化酶分泌不足是雛雞對飼料利用的主要限制因素之一。

在幼齡動物消化酶發育不完善、年老動物消化酶分泌能力降低以及受到應激或疾病感染后的動物引起消化酶分泌紊亂等情況下，外源消化酶可補充內源酶的不足，增強動物對飼料養分消化吸收能力，從而提高畜禽生產力和飼料轉化效率。

2、消除抗營養分子，改善消化機能

麥類谷物（小麥、大麥、黑麥和黑小麥）胚乳細胞壁含有可溶性非淀粉糖、果膠、植酸、纖維素聚合物，豆粕等餅粕類飼料中含有多種抗營養因子（胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素和α-半乳糖苷）。這些可溶性非淀粉多糖使食糜黏度增大，食糜的流通及消化速率降低，因此這些谷物也被稱為黏性谷物。流通緩慢和黏性食糜也有利于微生物增殖，微生物消耗營，尤其在年齡較大和消化道發育成熟的畜禽后腸道。在日糧中添加非淀粉多糖酶，特別是β-葡聚糖酶、植酸酶、果膠酶和纖維素酶，一方面可打破細胞壁中纖維素、半纖維素和果膠等對養分的束縛，讓消化酶迅速充分地接觸飼料養分，使營養物質更好地被利用；另一方面，加快飼料養分吸收，減少后腸道食糜中可供微生物利用的有效養分含量，腸道微生物增殖受到控制，有利于畜禽健康，尤其是減少使用抗生素或不使用抗生素的情況下效果更加明顯。玉米和高粱屬于非黏性谷物或低黏性谷物，其中非淀粉多糖含量低。這些谷物為主的日糧中添加非淀多糖酶可以減小其營養價值的變異，提高飼養效果和畜禽群體的整齊度，增加經濟益。

3、激活內源酶的分泌，提高消化酶的濃度

由于酶制劑的使用，可提供更多可供多種酶的基質，從而激活動物體內多種消化酶更多地分泌，提高消化酶的有效含量，加速營養物質的消化和吸收，從而提高飼料利用率加速動物的新陳代謝，促進動物生長。

4、減輕畜牧生產對環境的污染

現代化的養殖業主要以大規模集約生產為基本特征，對環境的污染日趨嚴重，如氮、磷造成的水體富營養化問題。在飼料中添加酶制劑，如蛋白酶和植酸酶等，可以增加飼料利用率，減少糞便中有機物、氮和磷的排泄量，減輕環境污染。在含黏性谷物的日糧中添加非淀粉多糖酶，可降低食糜和排泄物的黏度，在家禽可以改善蛋殼清潔度、避免墊料含水率過高和有害菌大量增殖，改善禽舍環境。添加植酸酶可降低排泄物中磷含量20%～50%，也可提高氮的利用率。

三、適當選擇和合理使用飼用酶制劑

1、依據動物的種類和日齡不同，選擇使用消化酶

對于畜禽，在一些特殊的生長發育階段和飼養管理條件下會出現內源消化酶分泌不足。如幼齡動物消化酶發育不完善、年老動物消化酶分泌能力降低以及受到應激或疾病感染后的動物消化酶分泌紊亂等情況。外源消化酶可補充內源酶的不足，增強動物對飼料養分的消化吸收能力，從而提高畜禽生產力和飼料轉化效率。選用適當的消化酶制劑彌補內源酶的不足，可以提高畜禽生產力和改善飼料利用效率。肉仔雞的食量遠大于蛋用雛雞，但兩者胰腺消化酶的分泌近似。肉仔雞在同樣的消化酶水平下要處理更多的食糜，日糧中補加外源性消化酶則顯得更重要，飼喂效果顯著。

溫度和酸堿度是影響酶作用效果的兩大環境因素，各種酶都具有各自最適宜（具有最大活性）的，甚至是維持其結構和性質穩定性的環境溫度和酸堿度。家禽和豬腸道酸堿度和溫度相差較大，適用于豬的酶制劑品種或酶活數量不一定適用于家禽。同一類酶（如蛋白酶）可有不同的來源和性質，如有植物、細菌和真菌來源，不同來源的同一類酶也可能有不同的環境適應性。因此在選擇畜禽酶制劑時應注意不同的酸堿性。

2、針對目標底物（日糧類型）選用酶制劑種類

由于酶作用的底物特異性，要使飼用酶制劑發揮優良的效果，在應用時必須考慮飼料原料特性。不同飼料原料的組成和化學結構都有特殊性。在小麥和黑麥中主要的非淀粉多糖是阿拉伯木聚糖；而在大麥和燕麥中除了阿拉伯木聚糖外主要是β-葡聚糖；豆科種子中主要是果膠。可見，用于小麥豆粕型飼料的酶應主要是木聚糖酶、果膠酶和纖維素酶，而用于大麥豆粕型飼糧的則主要是β-葡聚糖酶、果膠酶、木聚糖酶和纖維素酶。

植物飼料原料中的植酸相對上述碳水化合物而言比較簡單，它具有固定的化學結構和特性，在植酸酶的使用方面要考慮的因素也就簡單得多。

3、根據目標底物含量確定酶制劑的適宜用量

在日糧中使用非消化酶類的目的在于提高飼料中畜禽依靠內源酶不能消化物質的利用率或消除其抗營養作用。若底物過少，加酶就不會產生出明顯的改進效果；若底物量過多，添加的酶量或酶活性不充足，則所能降解的底物數量有限，效果也不佳。這就要求底物與酶制劑用量之間應有適宜的比例關系，根據目標底物含量，確定添加酶制劑的用量。

對飼用酶制劑中絕大數酶的活力大小的度量還沒有統一的標準。由于測定所選用的酸堿度、溫度和底物對酶活測定結果影響很大，表現出從酶活指標難以判斷酶制劑的質量優劣，具有相同酶活力的產品的使用效果差異較大。

4、確定酶制劑的營養改進值或營養當量，對日糧配方進行優化

使用酶制劑的方式有兩種：一是直接在根據經典的飼料營養參數設計的日糧中添加酶制劑，該方式簡單易行，會提高畜禽生產性能，但將增加飼料成本；二是根據酶制劑提高畜禽生產性能和改善飼料利用的程度，適當降低根據經典飼料營養參數設計的日糧營養水平或利用廉價飼料原料配制日糧，這樣可以做到在保持動物生產性能不下降的情況下降低飼料成本。第二種方式所能達到的完美程度依賴于配方技術人員對酶制劑和飼料原料信息的了解程度，如果酶制劑供應商能夠在充分科學實驗的基礎上提出某種酶制劑所能改進的飼料養分消化率的大小或相當的營養價值[可以稱作營養改進值（INV）或營養當量（NE）]，在制作配方時應用這些INV或NE對經典的飼料營養參數進行調整后再進行計算，就可以達到較高的精準度，實現真正的優化。上述技術信息也應是用戶考察和選擇酶制劑供應商的重要參考指標。

5、全面考慮日糧的營養平衡、商品屬性和經濟成本

酶制劑使用前后所能產生的飼喂效果的顯著差異常見于一些非常規日糧類型，譬如非淀粉多糖酶制劑應用于以麥類作業主要能量飼料的畜禽日糧中。在日糧類型發生較大變化時，只考慮酶制劑的INV或NE而力求降低日糧成本是不夠的或說是偏頗的，還應該全面考慮日糧的營養平衡，對因為日糧類型改變可能導致的某些營養虧缺應進行彌補。例如，以小麥作為主要能量飼料的日糧與玉米型日糧比較就更易出現生物素缺乏。商品屬性也賦予商品飼料重要的價值，飼料原料類型的改變有進也會有損用戶已經習慣和喜好的商品特點，如色澤等。彌補營養虧缺和商品屬性都會有成本增加。

6、適當的飼料加工工藝，保障酶制劑的應用效果

酶是蛋白質，除了極個別酶可以在90℃左右高溫保持結構和功效的穩定，極大多數不具有耐受70℃以上高熱的性質。沒有經過特殊穩定性處理的酶制劑很難經受住制粒工藝而仍維持較高的活力，更不能適應膨化工藝。對于必須制粒或膨化的飼料，宜采用后噴工藝技術將飼用酶（液態）均勻添加到配合飼料中。

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