水產動物飼用酶制劑的研究現狀

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1、 酶制劑在水產飼料中的應用及分類

    隨著水產飼料業的發展，目前以抗生素、化學合成抗菌劑等為主的飼料添加劑，由于極易造成藥物在水產動物體內殘留，進而危害到人類健康，必將會退出市場。而酶制劑作為無藥物殘留、無毒副作用、不污染環境的環保型綠色飼料添加劑一定會越來越受到人們的重視，飼用酶制劑目前被認為是使用最安全的一種飼料添加劑。隨著技術的進步，酶制劑在酶活性和生產工藝及穩定化技術上的提高，生產成本的降低，飼用酶制劑將在解決水產動物飼料資源短缺、提高飼料利用率、減少環境污染、提高經濟效益上得到廣泛的應用。

    酶是一種由活細胞產生的蛋白質催化劑，在動物體內消化與新陳代謝過程中起著至關重要的作用。它可通過生化反應促進蛋白質、脂肪、淀粉和纖維素的分解，消除飼料中抗營養因子，增強魚體對飼料的轉化率，促進魚體生長。目前，蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、纖維素酶以及復合酶制劑已被大量應用于畜牧業養殖生產當中。

    動物的配合飼料中含有多種營養素，這些營養素多由生物高分子所組成，動物在消化利用這些營養物質之前，必須經酶解后才能利用。而酶具有嚴格的專一性和特異性，使用單一酶系的作用效果低于使用多酶系統，利用各種消化酶和非消化酶的協同作用，可最大限度地提高飼料中能量、蛋白質、纖維素等營養物質的利用率，而達到增重、降低耗料的目的。目前，世界上生產的飼用復合酶制劑由于其不同的功能特點，主要有以下幾類：

（1）以β一葡聚糖酶為主的飼用復合酶

    此類酶制劑主要用于北美、歐洲及以大麥為飼料主原料的國家。

（2）以蛋白酶、淀粉酶為主的飼用復合酶

    此類酶制劑主要用于補充動物內源酶的不足。

（3）以纖維素酶、果膠酶為主的飼用復合酶

    主要作用為破壞植物細胞壁，使細胞中營養物質釋放出來，供進一步消化吸收，并能消除飼料中的抗營養因子，降低腸胃道內容物的粘稠度，促進動物消化吸收。

（4）以纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、果膠酶為主的飼用復合酶

    此類復合酶綜合了以上2和3中的各酶系的共同作用，具有更強的助消化作用。

（5）以木聚糖酶、植酸酶、纖維素酶為主的飼用復合酶

    復合酶制劑在魚類餌料中的研究與應用結果顯示了明顯的輔助消化、降低餌料系數，改善水質以及減少肝臟和消化道疾病的效果。雖然肉食性魚類對蛋白質和脂類有較強的消化能力，但在高密度人工養殖條件下，其對人工餌料的消化能力有限。餌料中添加蛋白酶和脂肪降解酶能提高餌料中蛋白質及脂類的消化率，減少未消化物對水質的影響。淀粉是植物飼料中的主要成分，也是人工餌料中最常用的安全、經濟的粘結劑，而魚類(尤其是肉食性魚類)體內淀粉酶活性低，對淀粉的消化能力低，因而餌料中的淀粉不能被充分利用。這不僅造成養分的浪費，影響水質，還產生消化不良和肝臟疾病等現象，致使生長受阻，嚴重者導致死亡。在餌料中添加淀粉酶，能明顯的提高淀粉的消化率，減少對水質的污染，保證水產動物的健康

2、 酶制劑的作用機理

（1）直接分解營養底物，提高代謝水平，降低餌料系數

    具有生物活性的酶制劑，能有效地將飼料中一些大分子多聚體分解和消化成水產動物容易吸收的營養物質或分解成小片段營養物質，供其它消化酶進一步消化，一些水產動物本身難以分解和吸收的大分子物質，通過添加酶制劑促進飼料中營養物質的分解和消化，提高飼料的利用率。在草魚飼料中添加0.1％酶制劑，試驗組草魚的生長速度比對照組提高了6.6％，餌料系數降低了0.29；試驗組的魚體粗蛋白質含量比對照組略高，而粗脂肪略低，試驗組的每千克魚飼料成本比對照組降低8.93％。該酶制劑使草魚對無機鹽轉化利用率提高，對各種營養物質的吸收均衡有效，表明該酶制劑能促進魚體內各種生化反應，提高魚體內蛋白質轉化率。閻有利等(1992)在鯉魚基礎飼料中加入纖維素酶0.1％，飼養27 d，試驗組較對照組增重率提高11.96％，飼料系數下降16.36％，飼料成本降低14.63％。葉元土等(1995)利用自豬胃粘膜、胰臟中分離出的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，按一定比例組成復合酶制劑，將其按0.5％、1.0％的比例分別加入到鯉基礎飼料中，使鯉魚尾增重率提高12.3％～27.5％，飼料系數降低18.70％～10.89％，而且對鯉魚品質無顯著不良影響。試驗者認為其作用機理是外源性酶參與了鯉魚對飼料的消化過程，增強了魚體對飼料的轉化率，從而促進魚體的生長速度。

（2）補充外源消化酶，激活內源消化酶分泌，提高飼料利用率

    在畜禽飼料中添加外源酶對動物內源酶活性影響的研究較多。奚剛等(1999)在豬、雞飼料中添加外源酶的試驗結果表明，外源酶能促進內源消化酶分泌，提高飼料利用率。水產動物消化系統不如畜禽完善，內源酶分泌不如畜禽完全。魚類消化道中不含木聚糖酶和纖維素酶，而淀粉酶的活性也很低。盡管魚蝦對蛋白質有較高的消化吸收率，但內源蛋白酶還不能完全發揮作用．加入外源性蛋白酶后．可彌補內源性蛋白酶的不足(特別是幼體)，提高蛋白質吸收率10％左右，可起到節約蛋白質的目的。糖類物質是廉價的飼料原料，盡管水產動物對淀粉的消化吸收率很低，但為了保證其安全性和降低成本，在飼料中的添加量仍達到20％～50％。加入淀粉酶和糖化酶后，可以補充水產動物嚴重缺乏的淀粉酶，將淀粉的消化吸收率從20％～40％提高到80％以上，從而起到增加飼料能量、提高飼料利用率、減少蛋白質作為能量消耗的作用，進而達到降低飼料成本的目的。因此，外源性消化酶對水產動物來說非常重要。外源性消化酶還可刺激水產動物內源性消化酶的更多分泌，并提高食糜中內源性消化酶的活性，加速營養物質的消化和吸收，從而提高飼料的利用率。喬秀亭等(2002)研究了酶制劑對鯉魚消化酶活性的影響，添加復合酶制劑后，各試驗組腸道和肝胰臟的蛋白酶與淀粉酶活性均比對照組有所提高，減少了蛋白質作為能量的消耗，起到間接節約蛋白質的作用。仲軍等(1995)關于對蝦的試驗表明，外源酶系可以通過對動物自身內源酶原的激活，增強內源酶的作用，促進肝胰臟的消化作用，提高飼料的總消化率和蛋白質消化率。

（3）消除飼料中的抗營養因子，改善消化機能

    配合飼料中含有的植物性原料常存在一些非淀粉多糖、果膠、纖維素聚合物，對水產動物的消化吸收存在一定的抗營養作用。它們在腸道中部分溶解，從而使食糜粘度增大，導致養分溶出速度減緩，養分和內源消化酶擴散速度減慢，腸道機械混合食糜的能力減弱，飼料消化率降低。同時，可溶性非淀粉多糖還可使腸粘膜表面不動水層增厚，致使營養物質擴散受阻，影響水產動物對有效營養成分的消化和吸收。此外，糞便排出量因未消化物質的增多而增加，還會導致動物胃腸道中微生物繁殖增多，并對水產品品質造成不良影響。酶制劑中的多種酶，特別是β－葡聚糖酶、果糖酶和纖維素酶能將這些物質分解為小分子物質，從而降低消化道中物質的粘度，促進動物腸道的蠕動，有效地消除這些抗營養因子的不良影響，改善水產動物的消化機能。如纖維素酶由葡聚糖外切酶、葡聚糖內切酶以及β－葡聚糖酶3種具有高度協同作用的酶共同組成。它能將菜籽餅、棉籽粕、豆粕中的植物纖維分解成葡萄糖，破壞植物細胞壁，釋放內容物，從而綜合提高飼料利用率。余豐年等(2001)在以豆餅、菜籽餅為主的飼料中添加2400 IU/kg纖維素酶飼喂團頭魴，提高了魚體對飼料營養物質的利用率。周小秋等(2001)在含豆粕、菜粕、棉仁粕為主的飼料中添加酶制劑，提高了飼料利用率，降低了鯉魚消化道食糜的粘度，有利于營養物質的吸收利用。另外，豆粕等餅粕類飼料中含有多種抗營養因子，如胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素和α －半乳糖苷等。胰蛋白酶抑制因子和小腸液中胰蛋白酶結合，生成無活性的復合物，降低胰蛋白酶的活性，導致飼料蛋白質消化率下降。同時，由于和胰蛋白酶結合，動物體內蛋白質內源性消耗，造成體內含硫氨基酸丟失，加劇了由于豆粕中含硫氨基酸短缺引起的動物體內代謝紊亂，導致生長受阻或停滯。楊麗杰等(2000)報道，外源蛋白酶可在常溫下使大豆中的抗營養因子失活，提高其利用率。在豆科飼料中添加α －半乳糖苷酶，可增加豆科飼料中低聚糖的消化，減輕或消除消化紊亂。

    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p-1，4糖昔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昔酶三種。木聚糖酶耐熱性能較好，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(李蓮等，2003)。由于小麥、大麥、燕麥、黑麥等飼料原料中存在大量的非淀粉多糖，對動物消化吸收存在一定的抗營養作用。它在動物胃腸道中與營養物質的粘性結合降低了營養成分的吸收，與消化酶和膽汁酸結合而影響消化過程，會使糞便排出量因末消化物質的增多而增加，還會導致動物胃腸道中微生物繁殖的增多，并對畜禽產品品質造成不利影響。因而，在非淀粉多糖含量比較高的動物飼料中，添加多糖降解酶不僅可以將其轉化為營養性物質，還消除了其抗營養作用。對畜禽動物的研究證明，添加木聚糖酶后，可以降低腸道內容物的粘度，促進生長和提高飼料轉化效率；能夠提高內源性消化酶的活性，促進養分的消化吸收；能減少腸道微生物的數量，減少疾病，利于健康；能夠破壞植物細胞壁結構，減少糞便，降低污染。

（4）提高免疫抵抗力，增進水產動物健康

    在飼料中添加酶制劑可促使機體內多種激素水平升高，從而影響淋巴細胞和巨噬細胞的作用機能。酶制劑還可使飼料中的多糖降解產生寡聚糖及其衍生物。有的寡糖，如甘露寡糖，除具有防止致病菌在腸道上聚集、減輕病原菌對機體的毒害作用外，還參與免疫調節，提高免疫能力。另外，營養物質是動物機體產生免疫的決定因素之一，營養對細胞免疫、體液免疫、補體功能和白細胞吞噬作用都產生極大影響。添加酶制劑可使更多的養分釋放出來，從而加強機體免疫力劉文斌等(1997)對中華鱉做了添加酶制劑的試驗，3個試驗組的酶制劑含量分別為0.1％ 、0.2％ 和0.3％；結果表明，3個試驗組均比對照組成活率高，且隨酶制劑添加量的增加而升高，說明酶制劑可增強鱉體質，提高抗病力。分析原因可能是酶制劑中含有酶類和其它活性物質，能分解動物體內的有害物質，催化有害物質變為無害物質，從而增強體質。提高成活率。周嗣泉等(2000)在鱉飼料中添加了酶制劑，結果提高了鱉的成活率，尤其是幼鱉最為明顯，說明酶制劑有增強鱉抗病力的作用。

（5）促進植酸磷的消化吸收，減輕環境污染

    在含有豆餅、菜籽粕等植物性原料的水產動物飼料中，植酸鹽的含量約占3％左右，其中植酸磷約占飼料總磷量的60％～80％。特別是植酸的存在，不僅使植酸磷無法利用，而且還能與鈣、鎂、氨基酸和淀粉等形成穩定的絡合物，難于消化。另外，魚類的消化道短，食物在其中的停留時間也短，消化不完全。據研究，無胃魚對植酸磷的平均消化率為8％，有胃魚稍高，如虹鱒為19％。因此，有大量的植酸磷被浪費，不僅使吸收的磷不足，而且需補充無機磷，從而造成水環境污染。近年來，許多研究表明。在水產動物飼料中添加植酸酶可大大降低排泄物中磷和其它營養素的濃度，減少對水體的污染，改善飼養環境。一般認為，添加植酸酶可使磷的利用率提高20％～50％。Riche等(1996)在虹鱒飼料中添加1000 IU/kg的植酸酶，結果可使豆粕中磷的利用率從25％增加到57％。Sugiura等(2001)報道：在以大豆粉為基礎原料的虹鱒飼料中添加植酸酶，魚類消耗1 kg飼料，在其糞便中磷的排泄量為0.32 g，比投喂商品魚飼料磷的排泄量減少了95％～98％。曾虹等(2001)在餅粕質量分數為5.0％的鯉魚飼料中添加1000 IU/kg的中性植酸磷。可以將鯉魚對飼料的磷利用率提高41％～59.4％，單位增重的磷排泄降低32.0％。在實踐中，可以預先用植酸酶處理飼料。

     Ijnar(1998)、Storebakkon(1998)在鮭魚試驗，Jouni(1998)、I'ana6(1998)、Ferster(1999)在虹蹲魚苗試驗，01iva-Teles(1998)在舌齒紗魚苗試驗中均證實，植酸酶對改善蛋白的營養價值和磷的利用率有明顯作用，大大降低了磷的排放量。
     Jouni(2000)用植酸酶處理的大豆飼喂大鮭魚，發現加或不加植酸酶對體重由0．25kg生長至2kg的大鮭魚體增重沒有影響，且骨灰分的含量也無明顯增加。這一結論能否表明植酸酶的作用效果與魚的大小、消化道發育程度、消化道內源植酸酶含量的多少有關，還有待進一步的研究證實。目前，國內外對植酸酶的研究報道，在畜禽方面較多，也比較深入，生產的植酸酶多為適應畜禽消化道特點的、最適PH在酸性范圍的植酸酶。魚的消化道與其它動物有較大區別：消化道較短，食物在消化道停留的時間短，酶的作用不完全；另外，魚分為有胃魚和無胃魚，它們對植酸的消化率不同，消化道內的酸堿度差別也很大。無胃魚對植酸酶的利用率為8％；有胃魚如虹蹲為19％；有胃魚胃液中分泌鹽酸，PH較低，適用酸性植酸酶，無胃魚消化道pH為6．8-7．3，而曲霉菌植酸酶的最適pH為2．5-5．5，因此，對于無胃魚，與有胃魚使用相同的植酸酶不會使植酸有效降解(吉紅，1999)。
     現階段對水產動物的研究，國外偏重于有胃魚，如虹蹲、鮭魚等，而對我國生產實踐中最常見的無胃魚如鯉魚及其它幾種家養魚則研究不夠充分。對于無胃魚，由于消化道PH值偏高，必需添加中性植酸酶，而適用于無胃魚的中性植酸酶，市場上雖已出現，但對其使用效果的研究遠不充分。在無胃魚中使用植酸酶的另一有效方法是預先用植酸酶處理餌料，既可以避免餌料加工過程中過高的溫度對酶活力的破壞，又可以防止魚消化道內過高的PH值對酶活力的破壞。余豐年等(2000)先在體外將豆粕用植酸酶進行處理，再加入到其余的飼料原料中，充分混合后進行分析，結果表明，在異育銀紉體外，植酸磷就已經在植酸酶的作用下發生了有效的降解，添加植酸酶促進了異育銀卿對飼料中營養物質的吸收，提高了增重率。

3、 水產動物飼料中應用酶制劑的研究

（1）水產動物飼用酶制劑的研制

    畜禽飼料中添加的酶制劑應以木聚糖酶、β－葡聚糖酶、纖維素酶、淀粉酶作為主要酶系，而以酸性蛋白酶、脂肪酶等作為輔助酶系。水產動物消化系統不如畜禽完善，大部分養殖魚類無胃，只有消化道，并且消化道相對于畜禽很短，PH值一般呈中性或微堿性，因此，水產動物飼用酶制劑應以中性或堿性蛋白酶、淀粉酶、糖化酶為主，酸性蛋白酶、脂肪酶、木聚糖酶、β－葡聚糖酶、纖維素酶為輔的復合酶制劑。另外，根據水產動物品種、年齡、食性、生理消化特點和飼料特異性等具體條件研制與之相適應的專用復合酶制劑。不同食性的魚類其消化道內消化酶的組成也不同。內源性消化酶中淀粉酶的活性由高到低的順序是草食性>雜食性>肉食性魚類。鰻胃組織蛋白酶顯著高于腸組織蛋白酶，且前腸>中腸>后腸，腸組織淀粉酶活力前腸<中腸<后腸，這種趨勢與草魚、鯉中的結果一致。腸蛋白酶最適pH7.8；腸淀粉酶最適pH7.6；甲魚的胃、胰組織蛋白酶活性顯著高于腸組織蛋白酶活性，且胃>胰>前腸>中腸>后腸；胃、胰和腸組織蛋白酶最適PH分別為2.2、6.2、7.6；這與有胃魚消化特征相似。甲魚的蛋白質消化吸收在胃與前腸內，這與單胃哺乳動物極其類似，但一般單胃哺乳動物后腸內不進行蛋白質消化，似乎又有不同之處，這可解釋為兩棲動物的蛋白質消化特征。對蝦消化道的酶活力與體重成反比關系。就是說，個體較小的蝦消化道蛋白酶活力較強，而個體較大的蝦消化道蛋白酶活力較弱。其原因是處在生長旺盛階段的個體小的蝦，需要較多的蛋白質以維持生長，所以需要較強的酶活力以消化利用蛋白質；較大個體的蝦生長逐漸趨于相對穩定，所需的蛋白質相對減少，所以酶活力逐漸降低。在體長或者體重相同的情況下，蛋白酶活力雌蝦比雄蝦大。這就說明雌蝦的消化力較雄蝦強，利用蛋白質多，因而雌蝦的生長速度比雄蝦快。川合等人研究了鯉魚咽頭和食道部位的消化酶，發現在咽頭中有較弱的類胰蛋白酶及麥芽糖酶的活性，在食道部位有較強的淀粉酶、麥芽糖酶、類胰蛋白酶的活性。這一研究說明，像鯉魚這樣無胃魚食道部位的酶是起消化作用的。還說明麥芽糖酶和淀粉酶的活性最高部位是在腸的末端，而蔗糖酶的活性最高部位是在腸的中部。消化酶的作用力因魚的種類、組織、季節、成長階段的不同而有顯著差別。比御門等人對鯉魚、香魚、鰻鱺、虹鱒等各種消化酶的活力作了比較。結果胰蛋白酶的活力以虹鱒為最強，鯉魚和香魚的為虹鱒的1/2左右，鰻鱺的最弱，只不過是虹鱒的1/9。但是胃蛋白酶以鰻鱺的最強，大體是虹鱒的4倍，鯉魚和香魚幾乎沒有。淀粉酶以鯉魚最強，香魚次之，虹鱒的淀粉酶比鯉魚和香魚的都弱。這從鯉魚和虹鱒對淀粉消化率的差異充分看出，鯉魚對淀粉的消化率為46% ，而虹鱒魚對淀粉的消化率為26% ，但大大強于鰻鱺。而且在不同的生長階段，對于飼用酶的需求也存在一定的差異。幼體消化系統發育不完善，內源性消化酶分泌不足，在飼料中添加外源性消化酶，可以促進幼體水產動物對食物中蛋白質、脂肪和淀粉的消化，提高生長率。

    總的來說，使用水產動物用復合酶制劑要綜合考慮動物的品種、食性、生長階段、消化酶的分泌特點進行復合，并通過嚴謹的動物生長試驗驗證，才能取得比較好的效果。

（2）水產動物飼用酶制劑的定量研究

    相對畜禽飼用酶制劑來說，酶制劑在水產動物中的應用研究不多，且大部分停留在定性方面，即添加酶制劑對水產動物有無促生長作用，能否提高飼料利用率，降低餌料系數，減少磷排出，而對酶制劑的定量研究較少。定量研究很重要，所有酶制劑都有一定適宜添加范圍，只有在其適宜添加范圍內才能使生長達到最佳狀態，過低過高效果都不好。劉文斌等(1997)報道，在幼鱉飼料中分別添加0.1％、0.2％、0.3％的國產復合酶制劑，觀測其生長效果。試驗結果表明：添加量為0.1％，其養殖效果最好，增重率比對照組提高75％，餌料系數降低14.5％；其次為添加量為0.2％ ，增重率比對照組提高20％，餌料系數降低5.9％；添加量0.3％，其養殖效果還不如對照組。這與劉文斌等(1999)對異育銀鯽的試驗結果一致，0.75％的酶制劑添加量比0．5％和1％的添加效果均好。分析其原因可能是：①外源酶添加量過高，可能會抑制內源酶分泌，內源酶分泌量減少，影響對飼料營養成分的消化吸收率；②外源酶添加量過高，降低食糜的粘度，縮短食糜在腸道中的滯留時間，加快營養成分的流失，減少動物對營養物質的消化吸收，使其生產性能下降。周小秋等(2001)在鯉魚餌料中添加酶制劑，結果表明，在日糧中添加500 g/t的酶制劑可顯著提高鯉魚生長速度和餌料利用率，但添加量超過700 g/t時，鯉魚的生長速度和餌料利用率顯著下降。韓慶等(2002)對黃顙魚的試驗表明，在日糧中添加0.15％酶制劑的效果好于添加0.1％和0.25％的。

4、目前酶制劑應用存在的問題

（1）水產動物飼用酶制劑穩定性

    目前在酶制劑的應用上存在飼料加工熱穩定性、儲存穩定性和水中穩定性的問題。

    酶是一種具有生物活性的蛋白質，和其它蛋白質一樣對溫度很敏感。一般飼用酶的適宜溫度為35～40 ℃。在水產動物飼料的制粒過程中，溫度在90℃左右，尤其在膨化飼料中，溫度能達到140 ℃，同時在高壓、高濕的條件下制粒，酶的活性受到很大的損失，甚至有些酶活性已近完全喪失。

    目前國產酶制劑在常溫存放中也有失活問題，儲存時間一般只有6-12個月，否則活性損失嚴重。

    水產用酶制劑的使用和畜禽類的區別在于，水產用酶制劑必須能在水中保持較長時間而不溶失。

（2）作用機理研究的深入和標準規范的制訂

    目前對酶制劑的作用機理還不是特別清楚，應該深入研究酶制劑對水產動物生理和內分泌的影響。飼料中添加酶制劑，與一般酶的應用方法不同。因酶反應與水產動物體內存在的酶系有關，反應極為復雜，添加哪種酶，加人多少，隨不同的水產動物、不同的原料種類及其配比而有不同的要求。因此，應重視應用試驗，通過試驗來決定添加酶的品種和酶活數量。相對國外酶制劑的活性來說，國產酶制劑的活性還很低。酶制劑活性的提高，關鍵靠技術進步，要提高發酵工藝，通過基因工程選擇合適菌種。酶產品活性的大幅度提高，必將會降低成本，從而促進酶制劑在我國大規模的推廣與應用。

        酶制劑活性測定沒有統一的標準，不利于學術交流和開展研究，限制了酶制劑的開發與應用。另外，在體外酶活性的測定不能完全反映水產動物體內酶的真實活性，因為影響酶制劑活性因素很多，諸如反應的底物、溫度、PH值等。因此，規范酶活定義和統一酶制劑測定標準對于開發飼用酶制劑是相當重要的。

林中漫步

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