影響飼用酶制劑應(yīng)用效果的探討

來自鄉(xiāng)下的狼

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1975年美國飼料工業(yè)首次將微生物酶作為添加劑應(yīng)用于配合飼料中，20世紀80年代國外配合飼料中已普遍使用酶制劑，90年代初開始引入我國。酶制劑是由微生物產(chǎn)生的生物制品，使用酶制劑的基本目的在于提高日糧消化率，改善動物生產(chǎn)性能。隨著抗菌素在飼料中的限制使用，抗菌素的促生長將有可能由酶制劑取代。2001年全國飼用酶制劑的銷售量估計約為9000t，配合飼料產(chǎn)量約為6200萬t，如果在全部配合飼料中按0.1%添加飼用酶制劑，則需要 6.2萬t的飼用酶制劑。由此計算，我國尚有85%的飼用酶制劑市場有待開發(fā)。酶制劑作為微生態(tài)制劑，其使用效果受到動物種類、年齡、生理狀態(tài)、日糧原料組成及其配比、酶制劑的酶譜及其活性和添加水平、飼料加工儲藏條件等諸多因素的影響，所以有關(guān)酶制劑使用效果的報道常常不一致。本文著重就目前影響酶制劑應(yīng)用效果的因素作一些探討。 　　1．酶制劑 　　1.1種類和活性 　　飼用酶制劑包括單一酶制劑和復(fù)合酶制劑，現(xiàn)在使用的多為復(fù)合酶制劑。一般來說，復(fù)合酶制劑比單一酶制劑效果好，但并不意味著復(fù)合酶制劑中酶種愈多愈好。復(fù)合酶制劑有兩種，多數(shù)由幾種單一酶混合調(diào)制而成，還有一種是由一種微生物產(chǎn)生含多種酶系的復(fù)合酶制劑，后者具有很好的發(fā)展前途，是飼用酶制劑發(fā)展的方向（謝占玲等，1998）。一般情況下，添加以內(nèi)源性消化酶為主的復(fù)合酶作用不太明顯，添加以外源性酶為主的復(fù)合酶才有實際意義 （萬明春，2001）。外源性酶主要用于補充幼畜禽內(nèi)源酶的不足，同時還能激活內(nèi)源酶的分泌，有利于幼畜禽對淀粉和蛋白質(zhì)的吸收和利用（汪儆， 2001）。 　　目前，飼用酶制劑的品質(zhì)都用酶的活性指標來衡量。不同酶制劑公司所使用的酶活單位可能不一致。酶活力并非愈高愈好，大量試驗證明，酶活力過高不僅會造成產(chǎn)品的浪費，而且會引起飼養(yǎng)效果的下降，這可能與酶作用產(chǎn)物的反饋抑制有關(guān)（張力等，2000）。 　　1.2菌種 　　飼用酶制劑是由微生物如細菌、酵母和真菌通過發(fā)酵生產(chǎn)的生物制品（Guus等，2001），不同菌種發(fā)酵生產(chǎn)的酶耐熱性能不同 （汪儆，2001）。目前用于飼料工業(yè)的大多數(shù)酶菌種來自真菌類，很少來自細菌類。據(jù)報道，細菌類酶制劑比真菌類酶制劑具有更多的優(yōu)點。如細菌木聚糖酶，來源于枯草桿菌，近中性pH值，熱穩(wěn)定性好于真菌類木聚糖酶（見表1），對木聚糖酶抑制劑不敏感，對不溶性木聚糖有較高活性（Belfeed公司， 2002）。同時飼用酶可分為外切酶和內(nèi)切酶，據(jù)Belfeed公司（2002）報道，內(nèi)切酶分解能力大于外切酶。 　　1.3水分活度 　　在一定溫度下，飼用復(fù)合酶添加劑及配合飼料中水分含量與水分活度的關(guān)系由水的吸附等溫線表示。雖然這種關(guān)系不是一個直線關(guān)系，但總的趨勢是，樣品水分含量越高，水分活度越大。在較高的水分活度下，酶蛋白的變性會顯著地增強。例如，當樣品水分含量降為10%時，直至溫度提高到 60℃，脂酶才開始失活；而水分含量提高到23%時，在常溫下便出現(xiàn)明顯的失活現(xiàn)象。對于大多數(shù)酶制劑，在接近中性的pH和較低溫度下將水分活度降到 0.3以下，能防止因酶蛋白變性和微生物生長引起的變質(zhì)，從而保持較高的酶活力。 　　1.4添加水平 　　據(jù)報道，同一日糧隨酶制劑添加量的增加，改善作用也更趨明顯，但單位酶的改善作用效果下降。趙京楊等（2000）研究認為，酶制劑不同添加水平可不同程度地提高生長豬的日增重，降低生長豬的料肉比（見表2）。 　　從表2可見，隨著酶制劑添加水平的提高，生長豬的日增重和料肉比呈現(xiàn)較大幅度的變化，但是酶制劑添加水平由0.10%增加到 0.15%時，日增重和料肉比改善的幅度大大減緩（料肉比反而下降），0.10%酶制劑添加水平經(jīng)濟效益最高。因此，無論何種飼料原料，超量添加何種酶制劑經(jīng)濟上都是不合算的，在配制日糧時應(yīng)將酶制劑納入配方成本計算。 　　1.5載體 　　酶制劑的不同載體可能對酶的耐熱性能有影響（汪儆，2001）。理想的載體應(yīng)有助于酶與飼料中營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)合，降低營養(yǎng)小分子或內(nèi)源性酶的抑制作用，能將表現(xiàn)最適pH值改變到理想值，不利于微生物生長，不產(chǎn)生免疫反應(yīng)和凝血反應(yīng)等。至于選擇哪一種載體，要綜合考慮酶活和成本等各方面的因素。 　　1.6劑型 　　為了提高酶制劑的熱穩(wěn)定性，對顆粒酶制劑進行包被處理是減少飼料加工過程中酶制劑活性損失的一種非常有效地方法，但是采用包被處理來防止酶制劑被破壞會對其生物利用率產(chǎn)生很大的負面影響（Guss，2000）。Guss（2000）測試了飼喂肉用仔雞缺磷的玉米-豆粕型日糧中三組不同配方形式（粉末狀、顆粒狀和包被型）、不同添加水平（0、100、200、300FTU/kg，F(xiàn)TU為植酸酶單位）來源相似植酸酶的生物利用率 （如圖1）。由圖1可知，包被型植酸酶組日增重低于其它兩組。顆粒狀植酸酶和包被型植酸酶生物利用率不同的原因是包被型植酸酶在動物胃腸道中釋放的速度更慢。飼料消化后，酶因盡可能在胃腸道中變成生物活性物質(zhì)，因此時間是一個限制性因素。 　　2．飼料原料和日糧類型 　　飼料中存在不易被動物消化吸收的物質(zhì)和抗營養(yǎng)因子，是應(yīng)用酶制劑的基本前提。不同的酶制劑對底物的作用有明顯的對應(yīng)關(guān)系，日糧類型可分為小麥型、大麥型和玉米-豆粕型日糧。為了使飼料中添加酶制劑取得最大利益，必須根據(jù)飼料的具體組成成分選擇相應(yīng)的酶制劑。一般玉米-豆粕型日糧相對容易消化利用，而其它谷物及其副產(chǎn)品或其它非常規(guī)飼料原料一般都含有某些抗營養(yǎng)因子，不易被單胃動物利用。小麥、稻谷、米糠含有較多的戊聚糖，而大麥、黑麥等含有較多的β-葡聚糖。據(jù)報道，β-葡聚糖酶和戊聚糖酶添加在玉米-豆粕型含抗營養(yǎng)因子較少的日糧中，對動物的生產(chǎn)性能改善作用不明顯；添加在黑麥、大麥、小麥為主的日糧中或含非常規(guī)飼料原料較多的日糧中，對動物的生產(chǎn)性能改善作用較大（許梓榮等，2001）。豆類籽實為基礎(chǔ)的日糧中使用果膠酶效果較好。同一添加量隨日糧中非常規(guī)飼料原料含量的增加，改善作用更趨明顯。Willingham等（1959）研究表明，α-淀粉酶對改善大麥型日糧的利用是無效的。另外，在含有大量動物性蛋白（如進口魚粉、乳清粉、代乳粉）的仔豬料中，添加酶制劑就不如含有植物性蛋白的仔豬日糧效果明顯。目前，應(yīng)用效果最好的例子是在大麥為基礎(chǔ)家禽日糧中使用β-葡聚糖酶。 　　3．動物 　　3.1動物種類和年齡 　　酶制劑對動物生產(chǎn)性能的影響受動物種、品種、年齡以及生理階段等諸多因素的不同差異很大。一般來說，消化功能愈簡單的動物，酶制劑的應(yīng)用效果愈明顯，經(jīng)濟效益的潛力也就愈大。家禽的消化道較短，腸道后段的微生物較少，飼料中添加酶制劑的效果較好。許多研究認為，在飼料中添加淀粉酶、β-葡聚糖酶和戊聚糖酶，可使幼小的畜禽獲得效益，而且對雞的效果最為明顯，但對于其它酶系，支持這一論點的科學(xué)依據(jù)不足（Campbell和 Bedford，1992）。但也有研究認為，添加β-葡聚糖酶和戊聚糖酶未必能改善豬的生產(chǎn)性能（Thacker，1993），各種效應(yīng)表明，在幼豬日糧中添加淀粉酶和蛋白酶有助于改善養(yǎng)分消化率（Lewis等，1995；Combs等，1995）。成年反芻動物由于其瘤胃微生物作用，添加酶制劑效果不明顯，但在幼年反芻動物和以青貯料為主的日糧中添加纖維素酶和少量淀粉酶可獲得滿意的效果。 　　動物年齡與使用酶制劑效果的差異更多地反映在使用某些內(nèi)源性酶上，由于幼齡動物（尤其是哺乳動物）的消化道分泌消化酶的量有限，對某些物理特性的飼料（如固體料）不易消化水解，適當補充一些外來酶可能是有好處的，而健康的成年動物一般沒有必要使用內(nèi)源性酶?？傊?，單胃動物應(yīng)用酶制劑效果明顯，反芻動物應(yīng)用效果不太明顯；幼齡動物應(yīng)用效果優(yōu)于成年動物。 　　3.2動物體消化道中pH值 　　酶制劑發(fā)揮作用的前提是必須有一定活力的酶能夠達到其在消化道中的作用部位，在胃中強酸性下保持活力不被胃蛋白酶所破壞。通常酶只在有限的pH范圍內(nèi)起作用，一般酶活性的最適pH接近于中性（6.5~8.0），但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH為1.5。在一定溫度下，pH值對酶活的影響還與酶在該環(huán)境中作用的時間有關(guān)。動物體消化道就象一個復(fù)雜的反應(yīng)器，一切營養(yǎng)大分子都要在這里被酶水解成小分子而吸收，在整個消化道里有一條適合于生化反應(yīng)進行的pH譜線。表3列出了家禽消化道中各部位pH值范圍。 　　外源酶進行催化作用的pH值范圍是否與消化道內(nèi)“pH譜”相適應(yīng)，是否引起可逆或不可逆變性都是需要考慮的因素。比如，胃蛋白酶在pH6~7時很快失活，而在pH1時十分穩(wěn)定。要完全保證pH穩(wěn)定性是不太可能的，但至少要保證酶能在消化道各部位發(fā)生作用。 　　4．加工工藝和使用方法 　　4.1加工工藝 　　由于酶是一種生物催化劑，如同其它蛋白質(zhì)一樣對溫度比較敏感（Guus等，2000），因此蛋白質(zhì)飼料加工過程對酶制劑的活性有重要影響。一般酶的最適溫度在35~40℃之間，最高不超過50℃。但膨化制粒過程中的溫度可達120~150℃以上，并伴有高濕（引起飼料中較高的水分活度）、高壓（改變酶蛋白的空間多維結(jié)構(gòu)而變性），在這樣的條件下，大多數(shù)酶制劑的活性都將損失殆盡。一般情況下，非淀粉多糖酶、木聚糖酶的熱穩(wěn)定性高于葡聚糖酶；植酸酶比非淀粉多糖酶更易受溫度的影響（George，2000）。 　　4.1.1制粒 　　制粒過程中的調(diào)質(zhì)、擠壓均容易使酶類具有催化活性的特殊蛋白質(zhì)變性失活。酶活性損失的程度明顯受到酶制劑的類型、鑒定制粒溫度的方法和酶復(fù)活的影響（Gadient等，1993）。據(jù)Cowan（1993）報道，未經(jīng)處理的β-葡聚糖酶經(jīng)70℃制粒后在飼料中的存活率僅為 10%；Inborr（1994）報道，由Trichoderma生產(chǎn)的β-葡聚糖酶在料溫為75℃時調(diào)質(zhì)30s，其存活率為64%，而再經(jīng)90℃的制粒其存活率僅為19%；Gadient報道，淀粉酶在80℃下活力明顯大幅度下降。植酸酶經(jīng)70~90℃制粒后活力下降也在50%以上 （Israelsen，1995）。表4列出了制粒后酶的活性變化（Overfield，1999）。據(jù)報道，采用以谷物為載體混合物進行預(yù)調(diào)質(zhì)和制粒溫度對酶穩(wěn)定性的影響試驗。試驗結(jié)果表明，日糧添加酶經(jīng)75℃、85℃和95℃調(diào)質(zhì)制粒后，仔雞生產(chǎn)性能分別提高3.3%（P>0.05）、0.9% （P>0.05）、和5.8%（P>0.05）。 　　4.1.2膨化 　　通常膨化溫度可達120~150℃，在這樣的條件下大多數(shù)酶制劑將完全喪失其活性（Nissinen，1994）。 Israelsen報道，110℃條件下，植酸酶的活性存留率為零。Vanderpoel報道，110℃時β-葡聚糖酶和半纖維素酶的活力已經(jīng)無法側(cè)得。經(jīng)過對以大麥和小麥為主要原料的豬飼料進行上述膨化加工，其中熱敏性較高的植酸酶在經(jīng)過各個加工工序的相對活性如表5所示。 　　4.2使用方法 　　由于某些未經(jīng)耐高溫處理的酶制劑或飼料加工工序不規(guī)范（如調(diào)質(zhì)溫度過高、時間過長）都可能由于制粒膨化加工而影響畜禽飼養(yǎng)效果，因此早期有人提出最好的使用方法是在粉料（如蛋雞料和一些豬粉料）中加入酶制劑。隨著科技的發(fā)展，越來越多的研究人員從事酶制劑耐高溫技術(shù)研究和如何使用酶制劑。 　　4.2.1干粉添加 　　干粉添加是指將干酶制劑與預(yù)混料先預(yù)混合，然后添加到大料中。干酶制劑比液態(tài)酶具有較高的貯存穩(wěn)定性，試驗表明經(jīng)適當處理（包被處理和顆?；┑母擅钢苿┵A存50周其活性無損失，可與其它飼料組分如維生素、礦物質(zhì)混合生產(chǎn)預(yù)混料，或用于生產(chǎn)配合飼料而不損失酶的活性。且干酶制劑通常比液狀酶更易均勻混入飼料。但在目前使用急劇的預(yù)處理方法（如膨化）的情況下，干酶制劑不能承受這種物理條件（溫度大于80℃），會損失大部分活性，在這種情況下，可將液態(tài)酶噴到顆粒料中。 　　4.2.2液體添加 　　為了降低原料成本，充分利用飼料資源，提高飼料產(chǎn)品檔次，飼料廠越來越多地采用加長夾層調(diào)質(zhì)器，高溫瞬時調(diào)質(zhì)器、擠壓膨化等熱加工設(shè)備，飼料在調(diào)質(zhì)、制粒、擠壓和膨化過程中受溫度、壓力、摩擦力和水分的作用，維生素、酶制劑、藥物等添加劑中的有效成分遭到嚴重的破壞，造成飼料配方失真，如果把酶制劑等放置在制粒膨化后添加就可以很好地解決這一問題。液體添加工藝可分為： 　　4.2.2.1直接添加懸浮液或膠體 　　Kvanta（1987）報道，將含有少量生物活性的物質(zhì)（包括維生素、激素、酶、細菌等）結(jié)合到加工過的飼料中。將其先與一種惰性載體混合成泥狀，然后形成均勻的懸浮液，懸浮液再通過一種設(shè)備轉(zhuǎn)化為一種可作用于粒料的形態(tài)，形成均勻的一層薄膜，覆蓋于粒料的表面。Lavery （1996）也報道了一種添加某些成分到顆粒中的方法：將添加物質(zhì)與一種粘性膠體混合后，再與飼料顆?；旌?。這種覆蓋膠體的顆?；旧鲜蔷鶆虻模瑢旌蠙C的污染也很小，它的添加量約為每噸飼料2~40kg。這兩種添加方法比較適合于小批量生產(chǎn)飼料或農(nóng)場自行加工。 　　4.2.2.2噴霧添加液體 　　噴霧添加液體通常的方法是在制粒后噴涂液體，這一系統(tǒng)的應(yīng)用可以保證熱敏原料的活性不受破壞。應(yīng)用液體外涂技術(shù)的關(guān)鍵是使添加量較少物料混合均勻以及準確控制添加量。目前，國內(nèi)外研究飼料中液體后置添加（噴涂）技術(shù)的公司并不是很多，而且這些公司主要集中在歐美幾個工業(yè)發(fā)達國家，如德國的AmandusKahl公司，比利時的Schranwen公司，美國的Finnfeads國際公司、諾和諾德公司，丹麥的Sprout- Matador公司、Daniso公司、KOF&G公司，英國的BASF公司、ProMinent公司。我國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等也有相應(yīng)的報道，這些液體噴涂系統(tǒng)主要是酶噴涂系統(tǒng)。 　　5．儲存條件 　　飼料成品在儲存過程中由于受到各種因素如光、溫度、濕度等的影響，酶制劑活性會隨著貨架時間的延長，其活性會明顯地降低，尤其是在儲存條件比較惡劣的情況下更是如此。一般來說，水分對酶制劑的危害比高溫更嚴重，飼料發(fā)霉會使酶受到很大的威脅。因此，在使用時應(yīng)盡量縮短貯存時間或在貨架壽命期間保存在通風(fēng)、干燥、陰涼和避光處。朱建津等（2000）研究了飼料貯存過程中酸性蛋白酶和果膠酶的活性損失。結(jié)果表明，經(jīng)夏季高溫貯存后，酸性蛋白酶的活性分別是制粒后的60.8%、58.9%和53.8%；果膠酶的活性分別為66.8%、68.4%和75.4%。 　　此外，飼料中的重金屬離子、一碘醋酸、高鐵氰化物等可與酶的必需基團結(jié)合或發(fā)生反應(yīng)，從而使酶喪失活性。因此在飼料生產(chǎn)過程中一定要注意溫度、濕度、儲存條件、重金屬離子等因素對酶制劑的影響，以求達到酶制劑的最佳使用效果。 　　6．酶制劑活性測定方法 　　飼料中酶制劑活性的高低可通過實驗室檢測和動物飼養(yǎng)試驗來確定。實驗室可以通過模擬飼料加工及消化道內(nèi)各種因素對酶的作用后測定酶活來檢測酶制劑的活性，但測定飼料生產(chǎn)過程中的酶活性在實驗室很難進行，首先是酶在飼料中的活性很低；第二，定量分析法因酶制劑牢固地粘附于飼料上，往往難于完全將酶提取。因此，實驗室測定的酶活數(shù)據(jù)是不可靠的，容易造成誤導(dǎo)（Bedford等，1995）。動物飼養(yǎng)試驗則是將酶制劑添加到飼料中進行制粒膨化工序，然后進行對比試驗。酶制劑的優(yōu)劣最后要看飼養(yǎng)試驗對生產(chǎn)性能的測試結(jié)果（汪儆，2001）。 　　綜上所述，酶制劑在飼料中的應(yīng)用效果受諸多因素的影響，尤其是受飼料加工過程中高溫、高濕的影響最大。筆者認為今后改善飼用酶制劑應(yīng)用效果的主要途徑有： 　?、賰?yōu)化酶制劑配方設(shè)計，除植酸酶以外，幾乎所有的飼用酶制劑都是復(fù)合酶制劑。因此，在設(shè)計配方時需針對不同的日糧類型、動物種類和生理階段來設(shè)計酶制劑中各種單酶及其活力，同時需考慮酶制劑的合理添加量。 　?、诤Y選優(yōu)良菌種，目前許多研究主要集中于耐高溫菌種的篩選，但筆者認為還可以從菌種種類來入手。據(jù)報道，細菌類酶制劑作用效果好于真菌類；內(nèi)切酶應(yīng)用效果優(yōu)于外切酶。 　　③優(yōu)化加工工藝，目前這方面大量研究主要集中在酶制劑包被處理方面，包被型酶制劑固然可以保護酶制劑免遭制粒時高溫的影響，但是當溫度達到90℃后，包被型酶制劑也不能經(jīng)受住如此高的溫度，而且包被型酶制劑在動物體內(nèi)的生物利用率下降，影響其使用效果。因此，如何解決好酶制劑加工過程中的熱穩(wěn)定性問題成為當前酶制劑應(yīng)用中十分關(guān)鍵的問題，成為最近研究的一個熱點。目前動物營養(yǎng)學(xué)家把目光轉(zhuǎn)移到液體酶制劑的后噴涂技術(shù)上，其必將在未來發(fā)揮巨大的作用。因此，如果能夠很好地解決酶制劑的應(yīng)用問題將對飼料工業(yè)產(chǎn)生巨大的促進作用，從而使得酶制劑有可能替代抗生素等抗菌藥物的使用，提高畜禽的生產(chǎn)性能和健康水平，而且無毒、無害、無殘留，并能顯著地減少畜禽糞便中的氮、磷的排泄和對環(huán)境的污染，真正成為一種名副其實的安全、有效、不污染環(huán)境的綠色飼料添加劑。

wanglf69

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drl2107

學(xué)習(xí)下，現(xiàn)在正在研究酶制劑，準備在飼料中添加！