飼用酶制劑的研究現(xiàn)狀及展望

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酶制劑作為一種新型高效飼料添加劑，可以提高動物生產(chǎn)性能和減少排泄物的污染，同時也為開辟新的飼料資源、降低飼料生產(chǎn)成本提供了行之有效的途徑，并為飼料工業(yè)高效環(huán)保、節(jié)糧和可持續(xù)發(fā)展提供了保障和可能性。飼用酶制劑的研究開發(fā)和推廣使用，已成為生物技術(shù)在飼料工業(yè)中應(yīng)用的重要領(lǐng)域。
　　飼用酶制劑的生產(chǎn)方法
　　目前在飼料中添加的酶制劑，都是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，其常規(guī)工藝為：菌株選育、發(fā)酵培養(yǎng)、酶的提取。動植物中也存在各種酶，但從中提取酶成本極高，且生產(chǎn)受季節(jié)限制。而用微生物來生產(chǎn)酶制劑，其產(chǎn)量高、生產(chǎn)成本低，且不受季節(jié)限制。利用微生物來生產(chǎn)飼用酶制劑，有兩種方法，一是固體發(fā)酵，—是液體發(fā)酵。
　　與固體發(fā)酵培養(yǎng)方式相比，液體深層發(fā)酵具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)液體懸浮狀態(tài)是許多微生物的最適生長環(huán)境。(2)在液態(tài)環(huán)境中，菌體、底物，產(chǎn)物(包括熱)易于擴(kuò)散，使發(fā)酵在均質(zhì)或擬均質(zhì)條件下進(jìn)行，便于檢測、控制，易擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。(3)液體輸送方便，易于機(jī)械化操作。(4)產(chǎn)品易于提取精制。
　　但是，固體發(fā)酵也具有很多液體發(fā)酵所不具備的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：(1)培養(yǎng)基簡單，多為便宜的天然基質(zhì)。(2)基質(zhì)的低含水量可大大減少生化反應(yīng)器的體積，不需要廢水處理，較少環(huán)境污染，常不需要嚴(yán)格的無菌操作，后處理加工方便。(3)不一定連續(xù)通風(fēng)，一般可由間歇通風(fēng)或氣體擴(kuò)散完成。(4)產(chǎn)物的產(chǎn)量可較高。(5)設(shè)備簡單，投資小，能耗低。
　　由于飼料工業(yè)附加值低，飼料用酶無需精制，因此，采用固態(tài)發(fā)酵更為合適。國內(nèi)復(fù)合酶制劑的生產(chǎn)一般采用固態(tài)發(fā)酵，液態(tài)發(fā)酵主要用于植酸酶的生產(chǎn)或生產(chǎn)單酶制劑用于復(fù)配合酶制劑。
　　酶制劑的種類
　　消化酶動物體內(nèi)能夠合成并分泌消化酶到消化道中消化營養(yǎng)物質(zhì)，若需要強(qiáng)化動物內(nèi)源酶作用，則需要使用外源的動物消化酶類似物。后者結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可能不同于內(nèi)源酶，但其作用卻相同，主要包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等。
　　淀粉酶主要包括。α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶以及支鏈淀粉酶，其作用是催化淀粉降解。一般在飼料中多用。α-淀粉酶是內(nèi)切酶，它催化淀粉分子內(nèi)部1、4苷鍵的隨機(jī)水解。而β-淀粉酶是外切酶。淀粉酶催化淀粉分解為寡糖、雙糖、糊精或葡萄糖和果糖。動物消化道和唾液中含有淀粉酶。
　　蛋白酶蛋白酶是催化分解肽鍵的一群酶的總稱。蛋白酶作用于蛋白質(zhì)，將其降解為小分子的蛋白胨、肽和氨基酸。飼料中多用酸性和中性蛋白酶，蛋白酶按其作用方式也分為內(nèi)切酶和外切酶，一般的微生物蛋白酶通常是內(nèi)切酶和外切酶的混合物。動物體內(nèi)的蛋白酶多存在于胃液和胰液中，分別為胃蛋白酶和胰蛋白酶，前者屬于酸性蛋白酶，后者屬于堿性蛋白酶。
　　脂肪酶降解甘油三脂(脂肪)為游離脂肪酸和甘油。動物體內(nèi)的胃液和胰液等都含有多種脂肪酶。
　　非消化酶非消化酶通常是動物自身體內(nèi)不能合成的酶，一般來源于微生物。主要用于分解動物自身不能消化的物質(zhì)或降解抗?fàn)I養(yǎng)因子或有毒有害物質(zhì)等，主要包括纖維素酶、半纖維素酶、植酸酶、果膠酶等。
　　纖維素酶分解纖維素為纖維二糖、纖維三糖等多糖。β-葡萄糖苷酶則將纖維二糖、纖維三糖分解為葡萄糖。一般認(rèn)為，纖維素酶為復(fù)合酶系。纖維素酶可破壞富含纖維的植物細(xì)胞壁，使被其包圍的淀粉、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)得以釋放并被消化利用，同時可將纖維部分降解成可消化吸收的還原糖，從而提高動物飼料干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、粗纖維、淀粉和礦物質(zhì)等的消化率。目前飼料加工者和營養(yǎng)學(xué)家正在豬禽日糧中利用多種纖維素酶來提高飼料的營養(yǎng)價值。
　　半纖維素酶主要包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶和半乳聚糖酶等等。由于除纖維素外的其他非淀粉多糖(半纖維素和果膠等)都可部分溶于水，在消化道形成凝膠狀，使消化道內(nèi)容物具有較強(qiáng)黏性，因而影響營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收并導(dǎo)致不同程度拉稀，最終影響動物生長和飼料利用率。半纖維素酶的主要作用就是降解這些非淀粉多糖，降低腸道內(nèi)容物黏性和促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收，減少拉稀，從而促進(jìn)生長和提高飼料利用率。
　　植酸酶是降解飼料植酸及其鹽的酶。在豆科及谷物種子中植酸鹽磷占總磷50％~75％，其化學(xué)形式主要是肌醇六磷酸鈣鎂鹽。由于單胃動物不能或很少分泌植酸酶，而豆科和谷物飼料中或多或少存在的該酶活性(主要存在于種子外皮)因加工、儲藏等被破壞，造成這些飼料磷利用率很低(0％~4％)，并嚴(yán)重影響飼料中二價陽離子礦物質(zhì)元素利用，最終導(dǎo)致動物飼養(yǎng)成本增加，排泄過量磷并污染環(huán)境。
　　果膠酶果膠酶是分解果膠的酶的通稱，也是一個多酶復(fù)合物，它通常包括原果膠酶、果膠甲酯水解酶、果膠酸酶三種酶，這三種酶的聯(lián)合作用使果膠質(zhì)得以完全分解。天然的果膠質(zhì)在原果膠酶作用下，被轉(zhuǎn)化成水可溶性的果膠；果膠被果膠甲酯水解酶催化去掉甲酯基因，生成果膠酶；果膠酸酶切斷果膠酸中的。α-1，4-糖苷鍵，生成半乳糖醛酸，半乳糖醛釀進(jìn)入糖代謝途徑被分解放出能量。飼料工業(yè)中果膠酶多用于提高青貯飼料的品質(zhì)。
　　應(yīng)用酶制劑的注意事項(xiàng)
　　日糧類型
　　酶制劑的添加效率與動物日糧的組成有關(guān)。如玉米含量高的日糧使用酶制劑，對其改善營養(yǎng)價值效果不大，而對以大麥為主的日糧則可提高其代謝能量。同時使用酶制劑的日糧，必須含有足夠數(shù)量的營養(yǎng)物質(zhì)。如此，其利用率才因使用酶制削而得以改善。
　　針對不同的動物和其年齡合理應(yīng)用
　　一般來說，酶類飼料添加劑用于家畜比用于家禽效果要好，這是由它們各自生理?xiàng)l件所決定的。在動物年齡方面，酶類添加劑主要是用于消化機(jī)能不健全的幼齡動物以及消化機(jī)能減退的老齡動物和病弱動物。健康成年動物由于其消化機(jī)能比較旺盛，因此使用酶制劑的效果相對降低。
　　酶類添加的劑量酶制劑飼料添加劑用量太低，不能啟動相關(guān)的生化反應(yīng)，過量也不能提高反應(yīng)的速度和程度，并可能產(chǎn)生其他副作用，因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和使用說明確定酶制劑的適宜用量。特別應(yīng)注意植酸酶的使用劑量。合適的添加劑量，是保證植酸酶的作用效果和較好經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。目前研究表明，飼料中磷最高取代量為0.10％~0.12％。
　　注意飼料加工工藝和使用方法對酶活力的影響
　　飼料在生產(chǎn)過程中，由于粉碎、預(yù)混、制粒以及其他添加劑的影響，都可能使酶的活性受損甚至變性，因此使用酶制劑應(yīng)盡可能減少生產(chǎn)工藝對酶活性的影響。酶是蛋白質(zhì)，除了極個別酶可以在90℃左右高溫保持結(jié)構(gòu)和功效的穩(wěn)定，極大多數(shù)不具有耐受70℃以上高熱的性質(zhì)。沒有經(jīng)過特殊穩(wěn)定性處理的酶制劑很難經(jīng)受住制粒工藝而仍維持較高的活力，更不能適應(yīng)膨化工藝。對于必須制粒或膨化的飼料，宜采用后噴涂工藝技術(shù)將飼用酶(液態(tài))均勻添加到配合飼料中。使用酶制劑的飼料最好盡快使用，儲存期限一般不宜超過2個月。
　　酶制劑研究的方向
　　酶的穩(wěn)定性是酶應(yīng)用中的一個問題，對于飼料加工過程中溫度和擠壓對酶活性的影響，目前已經(jīng)提出幾種方法:冷壓制粒、載體吸附法、浸泡或濕拌料法、微囊包被技術(shù)、制粒后噴灑等，以提高酶活性和熱穩(wěn)定性。
　　微生物的生產(chǎn)屬于微生物發(fā)酵的范疇。而應(yīng)用屬于畜牧業(yè)的范疇，由于專業(yè)間的差異，給酶制劑的管理造成一定困難。目前我國對飼用酶制劑沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，酶活定義由企業(yè)自定，有的企業(yè)采用了或參考原輕工部的標(biāo)準(zhǔn)，采用這一標(biāo)準(zhǔn)綜合酶活一般在一萬左右。有的企業(yè)修改了這一標(biāo)準(zhǔn)，采用了更低的計(jì)量單位，同樣產(chǎn)品的酶活標(biāo)量可以高出十幾倍甚至幾十倍。因此給酶制劑的質(zhì)量評定、飼喂應(yīng)用帶來一定的困難，同時也不利于生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步優(yōu)化和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
　　研究開發(fā)對飼料抗?fàn)I養(yǎng)因子和飼料毒素有效的酶制劑。

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活性的最佳溫度和時間有待進(jìn)一步研究