植酸酶和木聚糖酶在畜禽飼料中的應用前景

來自鄉下的狼

1.前言 目前飼料的安全問題已成為眾人關注的焦點之一，飼料安全主要包括有三個方面，一是飼料對動物和人類健康的影響；二是在養殖過程中飼料對環境安全的影響；三是在生產飼料時對能源及飼料資源的消耗及安全的影響。從這三方面來看，酶制劑的使用對飼料安全，健康發展起著不可忽視的作用。 飼用酶制劑的真正發展和應用始于80年代，經過多年的研究和使用，酶制劑的效果現已毋庸置疑。合理應用酶制劑不但可以提高飼料消化率和利用率，提高畜禽生產性能，降低飼料成本，還能減少畜禽排泄物中氮、磷的排泄量，起到保護水體和土壤免受污染的作用。因而飼用酶制劑作為一類高效、無毒副作用和環保型“綠色”飼料添加劑，在21世紀有著十分廣闊的應用前景。 目前國內眾多飼料生產廠家使用酶制劑目的主要是：消除抗營養因子（如木聚糖酶和植酸酶），補充動物內源酶（如蛋白酶和淀粉酶），使某些養分容易吸收，提高飼料利用率。從而達到擴大可利用飼料資源、降低飼料成本和減輕畜禽糞便造成的環境污染，改善日糧風味，促進采食等一系列的目的。
         2．植酸酶和木聚糖酶的生產 飼用植酸酶主要是由微生物發酵制得，目前用于生產植酸酶的菌株已有數種，禾本植酸酶選用黑曲霉（A.niger）為產酶菌株，經基因改良、優化表達系統后獲得了更高效價的菌株。通過對該菌株的發酵可制得pH值范圍廣、活性高的酶制劑。木聚糖酶同樣由微生物發酵制得，微生物、細菌和真菌均可以產生木聚糖酶，禾本木聚糖酶是通過真菌發酵提取獲得的。 飼用酶制劑的生產流程主要有以下幾個步驟：首先是制種，其次是發酵，發酵后即可獲得粗酶液，對發酵液進行分離和干燥后制得成品酶制劑。禾本植酸酶在分離和干燥時采用了二步制粒法，即首先是通過噴霧干燥制成100~120目的粉末狀產品后，再采用制粒機進行二次制粒。該法制得的成品具有一定的緩釋作用，效果更優于其他方法制得的產品。
         3．植酸酶和木聚糖酶的作用機理 3.1植酸酶的作用機理 植酸（植酸鹽）的化學結構由一分子肌醇與六分子磷酸結合組成，其化學名稱為六磷酸肌醇。植酸鹽是磷在植物籽實中的主要存在形式，一般谷實類飼料中植酸磷占總磷的比例為50%~80%，其中玉米、豆粕中的植酸磷占總磷的比例分別為71%和58%（NRC，1994）。在單胃動物體內植酸磷消化率很低，大部分植物飼料中僅有30%的磷能被畜禽利用。因此，大量的未被消化的磷排出體外，造成磷的浪費和環境污染。 由于植酸具有很強的螯合能力，除了磷之外它還和飼料中許多陽離子（如Ca  2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Mn2+等）形成不溶性復合物（Cheryan,1983），影響這些離子的吸收。植酸還可以與蛋白質發生反應，生成植酸蛋白質復合物，降低蛋白質的利用率（何欣，1997）。因此當單胃動物的日糧中含有較多的植酸鹽時，不僅自身所含有的磷不能得到有效地利用，而且還會對其它營養成分的消化吸收造成較大的負面影響（李路勝等，2003）。 植酸酶屬于磷酸單酯水解酶，是磷酸酶的一種類型。植酸酶專一性的水解植酸中的磷酸酯鍵，將植酸分子中的磷酸基團逐個水解分離，最終產物為肌醇和無機磷酸。除了釋放植酸鹽中的磷之外，植酸酶的潛在營養價值還表現在釋放植酸螯合的其他礦物元素和微量元素，以及增加淀粉消化率（Knuckles等，1987），提高蛋白質利用率（Selle等，2000）。通常飼用植酸酶的最適PH在2~6之間，最適溫度為40℃~60℃。 3.2木聚糖酶的作用機理 木聚糖是半纖維素的一種，屬于非淀粉多糖（NSP），是由D-木糖主鏈和L-阿拉伯糖分枝所組成的聚合物。該物質主要存在于小麥、黑麥和黑小麥中，以黑麥中含量最高。M.D.Fleurg試驗測定，無殼大麥、六棱大麥和二棱大麥中的總木聚糖含量分別為4.07%、6.12%和5.61%。木聚糖的抗營養特性主要表現在增加食糜粘度，影響動物消化道對營養物質的吸收。Fenlger（1998）指出，木聚糖可以在動物腸道形成高粘性物質，延緩營養物質與消化液的混和速度，阻滯營養物質向腸道粘膜表面絨毛的擴散（Llegami，1990）。木聚糖的這種粘性主要是由連接在主鏈上的阿拉伯糖殘基分子引起的（Mares等，1973），低濃度的木聚糖直接與水分子結合使其粘稠度增加；高濃度的木聚糖則相互纏繞成網狀，極大增加了吸收的水的能力，甚至形成膠凝狀態，使粘度大大增加。 木聚糖酶主要作用是使木聚糖分解為小分子，降低其粘度，同時降低腸道內容物的粘性，從而提高內源消化酶的擴散速率，最終提高養分消化率（DeSilva等，1983）。此外，由于木聚糖是植物細胞壁的構成成份之一，經木聚糖酶降解后，打破了細胞壁的堅固結構，包裹在里面的養分由此釋放出來，提高了這部分養分的消化率。另一方面，木聚糖分解后食糜的粘性降低，腸道排空速度提高，小腸內的發酵程度降低，抑制了厭氧微生物菌落的生長，減少腸道疾病的發生率（Linderman等，1986）。
           4．植酸酶和木聚糖酶的應用
          4.1植酸酶的應用 植酸酶在多種動物飼料中均可運用，目前在雞飼料中的應用最為普遍。在日糧中添加一定量的植酸酶，可以降低生產成本，提高營養成份利用率，獲得一定的經濟效益。Kornegay等（1996）報道，添加939U/Kg植酸酶相當于添加1g/Kg無機磷。Namkung和Lesson(1999)試驗表明，使用1149U/Kg植酸酶替代日糧中0.1%的有效磷，肉仔雞體增重、采食量和增重耗料比與正常磷水平日糧相近。孫國榮等（2003）研究發現，在蛋雞日糧中不加無機磷（有效磷水平為0.1%）而以0.5%的酶制劑代替，可以比不加酶組提高40.24%的贏利。劉衛東等（2003）在蛋雞中加入不同量的植酸酶替代磷酸氫鈣，結果發現添加0.006%的植酸酶可以降低飼料成本，提高蛋雞的生產性能；添加0.004%的植酸酶時出現明顯的缺磷癥狀；添加0.008%的植酸酶對生產性能無不良影響但增加了飼料成本。 NathanR.等（2004）在小雞上的實驗證明，添加植酸酶可以提高鈣的生物學利用率，而且對不同鈣源的鈣利用率提高程度不同，平均每千克飼料中可釋放0.9g鈣。AgustinBrenes等（2003）報道，將植酸酶添加到低有效磷的飼料中，可以提高雛雞生產成績和鈣、磷、鋅的利用率。Qian等（1996）進一步證明，微生物植酸酶在不含磷或低無機磷的豬或禽飼料中更有效。Rama等（1999）研究發現在低鈣和低非植酸磷（分別為7.5和3.09g/Kg）雞日糧中補充植酸酶可以減少無機磷的使用，同時減少磷排放到環境中的數量。該作者在蛋雞上的實驗表明添加250U/Kg植酸可以取代玉米-大豆型蛋雞日糧中無機磷的添加，而不影響蛋雞生產性能。 植酸酶在豬飼料中的應用也有大量的研究，結果表明在哺乳母豬和懷孕母豬日糧中添加植酸酶可以提高磷的消化率（Lantzschetal,1995;Kemmeetal,1997;Grelaetal,2000），在生長豬上添加植酸酶可以增加鈣的消化率（Pallaufetal,1994;Kornegayetal,1996;O’Quinetal,1997）。A.W.Jomgbloed等（2004）實驗結果表明，在哺乳母豬飼料中添加10000U/Kg植酸酶可以顯著提高磷和鈉的消化率，在懷孕母豬飼料中添加750U/Kg或1000U/Kg植酸酶可顯著提高磷和灰分的消化率。Helander等（1994）報道，在生長豬日糧中添加1200U/Kg植酸酶可提高鎂的消化率。Kemme等（1998）報道在豬上補充500U/Kg植酸酶可增加10%~20%鈣表觀消化率。 以上的實驗結果均表明，飼用植酸酶的添加可以在不影響動物生產性能的同時為養殖業帶來一定的經濟效益。而不同動物不同生長階段，植酸酶的添加量不同，對營養成分利用率的改善程度也有差別。
           4.2木聚糖酶的應用 近年來眾多研究表明，木聚糖酶能通過降解木聚糖而消除其抗營養作用，因此這一酶制劑在生產中的應用已越來越普遍。張志群等（1998）發現在肉雞飼料中添加木聚糖酶可以改善肉仔雞飼料轉化率，提高肉仔雞的增重。王金全等（2004）加入不同劑量木聚糖酶到不同小麥水平肉雞日糧中的實驗表明，木聚糖酶能顯著增加30%和40%小麥水平組肉雞平均日增重（P<0.05），隨酶添加劑量的增加，日增重有增加趨勢。該實驗還發現木聚糖酶的添加能明顯改善肉雞1~3周的飼料轉化率，日糧代謝能提高0.29%~6.69%。Chot等（1992）報道，在高比例小麥型蛋雞日糧中添加木聚糖酶，蛋雞的表觀代謝能、試驗期增重、飼料轉化率和蛋白質消化率，以及糞便形態都可得到明顯改善。此外該實驗還發現，在蛋雞養殖過程中，小麥+木聚糖酶型日糧的使用效果達到并超過了玉米型日糧。 木聚糖酶在豬的飼料中也有應用，有實驗表明豬采食小麥日糧后日增重與日糧中添加木聚糖酶數量呈顯著正相關，飼料轉化率也得到顯著改善；經濟效益分析表明，用小麥大量代替玉米，同進添加木聚糖酶，在養豬生產上既可提高生產性能又可提高獲得經濟效益（王修啟等，2001）。馮定遠（1997），白亮亮（1999）報道，在20Kg~60Kg生長育肥豬的次粉或小麥日糧中添加5%木聚糖酶制劑可提高日增重和飼料轉化率，降低腹瀉率，健康狀況明顯改善。Prokop等（1999）在仔豬中應用木聚糖可提高仔豬日增重，蛋白質消化率提高3%，纖維消化率提高17%（P<0.01），蛋白質沉積率提高9%（P<0.01）。由以上的實驗結果可以看出，木聚糖酶在養殖業的使用具有廣闊的前景。
         5.酶制劑在飼料應用中出現的問題和前景 由于目前養殖畜牧業的迅速發展，大宗飼料原料出現了一定的短缺現象，而且無機磷對環境的污染也不容小視，因此必須重視對植物磷的利用，以及合理開發利用我國資源豐富的麥類谷物和糠麩類飼料原料，其關鍵就在于酶制劑的應用。在飼料中添加適當的植酸酶可以提高植酸磷的利用，大大降低無機磷的用量，在保護環境的同時還可以節約飼料成本；木聚糖酶則可以降解木聚糖，消除麥類飼料中這一主要抗營養因子，增加其在飼料配方中的使用量。 由于國內的酶制劑普遍存在耐高溫能力較差，長期儲存時酶活不穩定，以及酶活性檢測困難的問題，因此限制了酶制劑在顆粒飼料等畜禽料中的應用。而在國外植酸酶已成為一種強制添加的非常規原料，目的是減少無機磷對環境的污染。現在國內外解決植酸酶耐高溫的主要措施是包膜技術，但包膜產品的性能不太穩定，并不能從根本上解決耐高溫的問題。 為了能更好的推動我國酶制劑事業的發展，為廣大飼料生產商帶來更高的效益，也為我國環境保護做出一定的貢獻，禾本公司一直致力于耐高溫、高效、儲存性好飼用酶制劑的研究，現已取得了一定的成績。目前禾本公司主要通過分子生物學的途徑，來尋找能從根本上解決植酸酶耐高溫問題的方法。即將推出的禾本植酸酶新產品在生產過程加入了蛋白質改造工藝，以期能使產品具有耐高溫性能。此外，針對酶活檢測困難的問題，禾本公司以強大的科技為依托，已成功的研制出一種快速檢測植酸酶活性的試劑盒，即將投放市場，使廣大用戶能更便宜快捷的測定酶活。 隨著生物工程技術的不斷發展，還可進一步研究出不同動物不同階段中各種酶的最佳添加量，另一方面也可以經過對產酶菌株的篩選或誘變以產生更適宜于飼料生產的酶制劑。總之，各種飼用酶制劑必將在未來的畜牧業發展中，發揮出其所具有的巨大潛力和作用，為我國的養殖業帶來新的生機與前景。

[ 本帖最后由 來自鄉下的狼 于 2007-12-24 15:53 編輯 ]

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酶制劑的應用現在越來越廣泛了！