酶制剂的发展及在奶牛业生产中的应用

酶制剂的发展及在奶牛业生产中的应用

（刘瑞玲 甘肃畜牧工程职业技术学院甘肃武威 733006）

摘要：人们根据酶能促进蛋白质、脂肪、淀粉、粗纤维分解的作用，深入研究找到一种能补充瘤胃微生物消化能力的物质—外源性酶制剂，来提高饲料利用率和改善奶牛生产性能。研究证明酶制剂有三种可能的作用机理：对反刍动物采食前的影响；瘤胃作用；瘤胃后作用，也可能是三种作用的综合，但未确定具体的作用模式。外源性酶制剂对动物采食量及产乳量的影响不大，但确有促进纤维消化，提高产奶量的积极效果，而且经济效益显著。

关键词：外源性酶制剂；产奶量；消化程度

(Gansu Polytechnic College of animal Husbandry and Engineering , Gansu Wuwei  733006)

Abstract: The people study to find a material to add the digest capacity of rumen micro-organisms - exogenous enzymes ,to improve the utilization rate of feed and improve the performance of dairy cattle,because enzyme has the role of promoting the decomposition of protein, fat, starch, crude fiber. This article describes three types of enzymes may be the mechanism: the impact of ruminant pre-feed; role of the rumen; after the rumen, it may be the role of the three comprehensive, but not been specific role model. There is little impact of exogenous enzyme preparation to animal feed intake and milk production, but there is the promotion of fiber digestion, the positive results of improving the milk yield and significant economic benefits.

Key words: exogenous enzyme preparation; milk production; the extent of digestion

    近年来，随着生产中高产奶牛数目的增多，奶牛的产奶量也在不断提高，在产奶量提高的同时，必须要增加饲料的投喂量，特别是精饲料的投喂量，但精饲料的大量投喂，会造成奶牛瘤胃内平衡失调，使各种生产性疾病出现多发趋势。人们想利用反刍动物瘤胃内的微生物，把利用率较低的粗饲料转变成可利用的形态，提高粗饲料的利用率。

    在瘤胃内栖息着大量的革兰氏阴性专性或兼性厌氧性细菌形成了自然界一种特有的微生物生态系统[1]，能对奶牛摄入的饲料，进行微生物消化。奶牛一般日粮的可消化干物质，约有70%～85%由瘤胃微生物所消化，生成挥发性脂肪酸（VFA）、乳酸、二氧化碳、甲烷、氨和微生物细胞。

    反刍动物对纤维素的消化能力，取决于多种因素：如饲料植物的种类、生长段；日粮内易消化的淀粉含量的多少；日粮内矿物质、抑制剂、生物活性物质的存在与否；饲养类型、饲料的加工调制方法；动物品种、生理状态、瘤胃内的PH值等等。然而，主要是是否给纤维素分解微生物创造适宜的条件和饲喂的粗饲料能被微生物利用的程度。

    虽然瘤胃微生物的作用非常大，但未达到最理想的效果，因此研究者深入研究找到一种补充瘤胃微生物消化能力的物质，并提出在畜牧业中广泛使用外源性酶制剂，将其加入饲料中，以辅助动物消化，提高动物的消化能力，改善饲料的利用率，扩大可利用饲料资源范围，改善养殖的生态环境。

    外源性酶制剂的种类非常多，目前已知的酶制剂有近百种，常用的有50余种。有关外源性酶制剂对反刍动物作用的研究，始于20世纪60年代，但酶制剂的作用效果不稳定，所以也未深入探讨酶制剂的作用机理。近年来发酵成本的降低，更高活性酶制剂的问世，促使研究者们重新开始了外源性酶制剂对反刍动物作用的研究。饲用酶制剂既能促进动物对营养物质的消化吸收，提高饲料利用率，促进动物生长，提高生产性能，又能防止某些疾病的发生，且无毒、无副作用、无残留。在抗生素限用或禁用的今天作为三大“绿色添加剂”（另两种为中草药添加剂和微生态制剂）之一的饲用酶制剂，其应用必将日渐广泛。

1酶

1.1酶的定义 

    酶是一类具有生物催化活性的蛋白质，具有催化效率高，对其所催化的底物具有特异性，存在于动植物、微生物体内，一切生物的新陈代谢都是在酶的作用下进行的。酶的作用是通过生化反应促进蛋白质、脂肪、淀粉、粗纤维的分解，因此，酶有提高饲料利用率和促进动物增重的作用。
1.2酶的分类 

1.2.1内源性酶

   指动物消化器官能分泌，并通过自身生理作用调节的酶，如：唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰脂肪酶等。

1.2.2外源性酶

    指动物机体不能分泌的酶，参与生物代谢的酶有数千种，作为饲料添加剂的主要是助消化的水解酶，品种约20～30种，饲用外源性酶制剂可分为两大类；复合酶制剂和单一酶。单一酶主要是植酸酶。复合酶制剂大多由非淀粉多糖酶（NSP酶）构成。NSP酶包括纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶。半纤维素酶主要包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶等。植物性饲料中都含有纤维素、β-葡聚糖、木聚糖、果胶等非淀粉多糖，在动物消化吸收过程中起反营养作用，为了最大程度地发酵难消化的碳水化合物，使易消化碳水化合物在瘤胃中的酵解程度降到最低，最大程度地利用非蛋白氮（NPN）合成微生物蛋白，并使优质蛋白质在瘤胃中被分解的程度降到最低，对反刍动物使用酶制剂很有必要。

1.3酶的来源 

    酶制剂产品有几百种，但这些产品主要来自4种微生物（枯草杆菌、嗜酸乳杆菌、乳杆菌和粪链球菌）和3种真菌（米曲霉、里氏木霉和Sccharomyces cerevisiae）[2] 。

    自然情况下，活细胞能产生具有生物催化作用的酶，催化特殊的生化反应，在反刍动物饲料添加剂中，酶制剂用于催化底物（如饲料原料）的降解反应，使底物被消化成具有最基本的化学组成（如单糖、AA、FA），这些小分子物质随后被瘤胃微生物或宿主动物本身利用。

    实际上，复杂饲料（干草、谷物）的完全消化，需要上百种酶的共同作用。市面上反刍动物酶制剂，主要是具有降解植物细胞壁的纤维素酶和木聚糖酶。纤维素和半纤维素降解需要更多酶的共同作用，酶制剂中各种单一酶的相对比例和活性不同，就会影响其降解细胞壁的效果，甚至在同一种微生物中，由于所选择的菌株不同，生长的底物不同和培养条件不同，所产生酶的类型和活性变化很大。商品酶制剂的活性多样性或许是有利的，这样，一种产品就可能对多种底物发挥作用。但是，这对控制酶制剂的质量，以及解释酶制剂的研究结果带来了一定的困难。对反刍动物来说，酶制剂产品用粗酶的提取物混合，得到一种、两种或更多种特定的酶活水平，从而使产品有一定的标准，通常这些产品只规定一种酶的标准活性，而未规定其他酶的标准活性。实际上，其他酶活或许会影响整个酶制剂的有效性，但很少被测定。复合酶制剂是利用各种酶的协同作用，发挥其综合效应。

1.4酶制剂的作用机理[3]

    最初认为，外源酶可能通过降解未进入消化道的饲料或通过提高瘤胃或瘤胃后消化道的消化率来促进反刍动物对饲料营养的吸收。实际上这些可能的作用方式是相互联系的。用酶制剂预处理饲料使其降解释放一些简单的可溶性碳水化合物或消除一些影响内源微生物消化的结构性障碍物。在瘤胃中，外源酶可以直接作用于瘤胃内容物或通过协同影响瘤胃微生物来间接促进消化活动。外源酶可以在后消化道中保持活性，在瘤胃后的肠道中消化纤维物质或通过降低肠道中的粘性来间接促进营养物质的吸收。外源酶可以在粪便中保持酶活，有利于粪便的降解。在反刍动物中，使用酶制剂的最终目的是提高饲料的营养价值，减少废物的产生。

1.4.1采食前的影响

    饲料原料在未被动物采食前，外源性酶制剂可以释放其中的还原性糖。糖的释放程度取决于饲料和酶的类型。

1.4.2瘤胃作用

1.4.2.1直接水解作用

    外源性酶制剂在瘤胃内保留活性，对摄入的饲料直接水解而提高消化率。在安装瘤胃瘘管和十二指肠瘘管的牛所做的试验中，证实了这种作用。

1.4.2.2与瘤胃微生物的协同作用

    外源性酶制剂与瘤胃微生物有协同作用，是能提高瘤胃对纤维消化的可行机制。已经鉴定出的分解植物性多聚糖细胞壁的酶有21种之多，这些酶均产自具有正常功能的瘤胃微生物。研究表明，米曲霉的浸提物能增加瘤胃细菌的数量，与瘤胃微生物浸提液协同提高从干草中释放的可溶性糖量。

1.4.2.3食糜流

   酶制剂能增加过瘤胃颗粒物质的通过率，通过率的增加与瘤胃食糜颗粒的快速变小和采食量的增加是一致的。

1.4.3瘤胃后酶制剂的作用

    直接向瘤胃添加大量酶制剂，会显著增加小肠中纤维酶的活性，添加物随瘤胃内容物的液态阶段流动，一部分纤维酶会逃过皱胃低PH值和胃蛋白酶的灭活作用。小肠中木聚糖酶活性的增加与小肠粘度的降低有关，因为十二指肠食糜粘度随着日粮谷物添加量增加而增加，酶的作用使底物粘度降低，可以改善饲喂谷物日粮的牛小肠对营养物质的吸收。酶制剂添加到饲料或者灌注到皱胃中，随着小肠内容物粘度的降低，同时可以提高总的肠道干物质消化率1.2%-1.5%。

1.4.4一些其他作用机制

1.4.4.1消除抗营养因子，降低消化道食糜黏度[4]

    酶制剂可降解半纤维素、果胶、葡聚糖溶解在水中产生的黏性，从而促进内源酶的扩散。增加养分消化吸收，并加强肠道吗内容物流动性，降低有害微生物附着的可能性。

1.4.4.2补充内源酶不足提高饲料利用率[5]

    在幼畜日粮中添加外源性淀粉酶、蛋白酶等，不但能补充内源酶不足，而且能激活内源酶的分泌，将淀粉分解成糊精、麦芽糖、糖和葡萄糖。蛋白质分解成多肽、寡肽和氨基酸，有利于其对淀粉和蛋白质的消化分解和吸收作用。

1.4.4.3 改善肠道菌群状态，增强免疫力，提高动物健康水平

    酶制剂降解非淀粉多糖后，产生的某些寡聚糖可防止有害菌在后肠道定植，减轻病原菌对机体的毒害，并且可促进部分有益菌微生物的增殖。

1.4.4.4消除SNSP（可溶性非淀粉多糖）对内源性消化酶的抑制作用

    SNSP可抑制一些内源性消化酶的活性，因而降低养分消化率[6]。于旭华（2002）[7]报道SNSP可抑制消化道中淀粉酶、二糖酶 和脂肪酶的活性，麦类日粮中加入NSP酶，降解SNSP，SNSP对消化道中上述内源性消化酶的抑制作用即可消除。

2饲用酶制剂在泌乳奶牛上的应用

     在过去，饲用酶制剂用于提高反刍动物饲料消化率是一个有争议的问题，然而，最近的许多研究表明，将饲用酶制剂添加到反刍动物日粮中，可以显著提高生产性能并减少营养物质的浪费。外源性酶制剂对奶牛产奶量影响的报道，始于20世纪90年代中期，近年来研究比较活跃。

    J.D.Sutton[8]等人做了在荷斯坦奶牛上应用纤维素酶产品对其消化过程和产奶量的影响试验，结果表明，酶制剂加入日粮或直接注入瘤胃会影响奶牛瘤胃的消化过程。刘华[9]等人于2000年在新疆呼图壁种牛场，在牛日粮中添加复合酶，复合酶制剂的投入产出效益也较理想。刘建昌[10]等人于2001年做了类似的试验，他们的结果都具有一致性，即在同等饲养管理条件下，饲喂酶制剂能够增强奶牛食欲，将体内大分子物质分解成易消化的小分子物质，提高饲料的消化率、利用率，相对增加奶牛的营养供给，从而提高泌乳性能。在不同地区，不同饲养条件下都有明显饲喂效果，而且一些酶制剂具有良好的保健和治疗效果，可以降低奶牛发病率，尤其是消化道疾病的发病率。例如，纤维素酶能直接分解纤维素，促进胃肠蠕动和营养物质的吸收，同时促进胃肠道正常菌群的平衡生长，从而达到治疗某些疾病的目的[4]。

    复合酶制剂的应用不但可以提高反刍动物对草料的利用率，产生更多的代谢能。同时在瘤胃功能正常状态下，粗饲料采食量提高8％～10％，粪便中氮减少30％，1周后下降70％左右，尿中氮含量下降58．9％。可以减轻对环境的污染[4] 。

3影响酶制剂使用的因素

3.1温度

    试验表明一定范围内的外界温度并不会影响酶活。但若温度在极高或极低情况下则可能发生变化，如在饲料制粒过程中添加酶，酶可能因高温而失活。所以必须提高酶制剂对饲料加工过程中高温的耐受性，一方面可通过基因工程技术筛选耐高温的菌株，另外可以采用产品的物理处理如包埋技术，也可采用液体酶制剂在饲料颗粒表面喷涂技术，近年来，固化酶技术是人们模拟体内酶的作用方式，将酶进行一定的固定，使之符合人类需要的新型酶制剂。同时，很多金属离子对酶活性有抑制作用，这就要求矿物元素预混料与酶制剂混合时要特别注意，而且使用的酶制剂不应破坏其他饲料添加剂及营养成份。各种复合酶制剂的使用均有严格规定，小型饲料场和规模化养殖场在选用适宜酶制剂进行饲料加工时，应充分了解其使用注意事项，不要因操作不当而使添加的酶制剂失活。

3.2添加量

    高酶水平与低或中酶水平相比，会导致更低的产奶量，还有试验表面，低酶水平可以提高DM消化率和吸收率，而高酶水平只能提高DM吸收率，过量使用酶制剂是可行的，但增加的使用成本不能从动物所提高的生产性能中补回来。另外，饲料经酶过度处理可能阻塞酶与底物的结合部位或阻止瘤胃微生物的吸附。

3.3底物（日粮种类）

    酶作为活细胞所产生的一种生物催化剂，要发挥最佳效果，必须有足够的底物浓度与其进行反应，这需要日粮中各种成分的含量与饲料添加酶制剂的种类相一致。所以作为底物浓度不同，会影响酶制剂的作用，用酶制剂处理干饲料、鲜饲料和青贮饲料表现不同的结果，用于复合饲料或仅用于精料结果也不一样。

3.4酶活

    温度、时间、底物浓度、酶浓度、生产反应、辅助因素、PH值以及一些别的因素都会对酶活产生综合影响。即使大多数饲用酶的商业来源都是来自真菌的木酶属类，但是其活力却显著不同。由于许多商业酶都是不同酶的复合物，它们必须一起作用才能将底物水解。为使饲养效果最佳化，必须根据饲料原料决定每一种酶的恰当用量及相互比例。酶与酶之间酶活的差异是导致奶产量在一种酶处理中增加而在另一种酶处理中不增加的原因。

3.5稳定性

    饲用酶制剂在不利储存的环境条件、饲料加工和饲喂过程中均容易变性失活。但酶制剂发挥作用的前提是必须有足够数量的活力酶能够到达消化道中指定作用部位发挥作用；因此必须保证选用的酶制剂能够适应较低PH值、在胃中强酸条件下保持活力并不被胃蛋白水解酶类所破坏，保证在一定的储存时间内和饲料加工(如高温制粒)过程中活性不受影响。

    因为酶本身是蛋白质，可能会被瘤胃微生物蛋白酶降解或者不能被小肠蛋白酶激活。一种果胶酶-纤维素酶复合酶制剂提高了新生断奶羔羊的瘤胃发酵功能，而建立了正常瘤胃微生物群系的成年羊却没有效果。吴建设等（2001）报道在奶牛日粮中添加瘤胃保护纤维素酶2次/d，显著提高3.5%FCM标准乳产量（2.07kg/d），显著降低乳体细胞数[11]。

3.6动物种类和年龄

    根据动物种类和不同生长阶段合理选择酶制剂。不同动物的不同生长阶段，所需添加酶制剂的种类因其生长特性而有差异，所以必须根据适宜的生理特点来选择适合的酶制剂，才能合理高效地发挥酶制剂的作用效果。幼龄动物的消化系统发育不完善，多种消化酶都分泌不足，是使用内源性消化酶制剂较理想的阶段。

3.7酶制剂与其它饲料添加剂的相互作用

    一般认为，非淀粉多糖酶可以降低小肠食糜的黏度，提高了各种营养物质的消化吸收率或减少各种营养物质在肠道内的富集，从而减少各种有害微生物在肠道内的增殖，而抗生素对肠道有害微生物也有较强的抑制作用。因此，抗生素与酶制剂在瘤胃中的作用效果可能有协调作用。

4目前国内饲用酶生产、研究中存在的问题[12]

4.1饲用酶的分析测定尚未形成统一的规范，给行业管理带来困难

4.1.1酶活定义混乱，绝大多少生产企业的酶活定义不采用国际标准，单位酶活的定量偏低。

4.1.2酶反应温度和PH值选择不合理。对于饲用酶，测定条件必需符合动物体内的温度和PH值。

4.1.3不注意酶作用底物的选择。目前采用的酶分析方法，都是通过测定由酶分解产生的小分子产物来计算样品中的酶活，酶分解底物产生的产物量其检测限都很低，所以底物一定要纯，低聚合度的小分子含量应尽可能低，

4.2技术水平低，生产规模小

    我国拥有的生产菌种，绝大部分是采用传统的物理化学诱变筛选获得的，发酵活力普遍较低。

4.3研究资金投入少，实验设备落后

5酶制剂在奶牛业中的应用需要解决的问题及前景

    目前，国内外对酶制剂在家禽和猪饲料中应用研究已经相当深入和广泛，并已形成了猪和家禽的饲料酶制剂工业。但就奶牛而言，外源性酶制剂对奶牛生产性能具有促进作用已经得到证实，但遗憾的是至今还缺乏试验结果的一致性，酶制剂作用程度还需要进一步提高，由于其消化道及其中的微生物组成的复杂性，使得酶制剂在奶牛业中的应用研究和开发还处于初步阶段，还需大量的试验研究，来根据不同的日粮确定最适宜添加量。试验之间的比较非常困难，因为很多酶制剂产品没有一个确定的定义，且使用方法也影响动物生产性能。反刍动物的商业化外源酶制剂很少，有一些也是刚刚入市，加上瘤胃消化道的特点，未来对研究者的挑战是阐明外源性酶制剂的作用模式，这种作用模式可以是一个，也可以是多种模式的组合，只有这样才能使外源性酶制剂能更好的改善饲料效率，提高生长和奶产量。

    随着科学技术的发展，通过DNA重组技术提高外源酶作用效果及开发新的酶制剂；采用基因编码调控技术将瘤胃中能分泌纤维素降解酶的厌氧菌转变为特殊的工业化做生物生产产品以及采用基因编码表达技术从植物中研制开发与瘤胃微生物分泌的酶具有相同作用的酶制剂，以降低酶制剂的价格将指日可待。酶作为饲料添加剂的研究及应用发展很快，范围也越来越广。酶制剂由单一型转向复合型，多种酶搭配使用，起到互补作用，效果更加显著。进一步开发活性强、价位低的专用酶制剂是发展的一个趋势。饲用酶制剂将在今后的奶牛业生产上扮演重要角色，酶制剂在奶牛业的应用将会更有效的提高饲料利用率及其生产性能，发展反刍动物饲料酶制剂工业前景广阔。

参考文献：

[1]郝正里等.反刍动物营养学[M].第1版，甘肃民族出版社，2000:1～42

[2]英国 M.R.Bedford G.G. Partridge 主编,中国饲料工业协会信息中心 编译.酶制剂在动物营养中的作用[M]. 中国农业科学技术出版社,2004:209～222.

[3]呼和等.外源酶在反刍动物营养中应用研究进展[J].内蒙古畜牧科学.2003（2）：14～19

[4]井长伟.纤维素酶及其在反刍动物应用中的研究进展[J].河北畜牧兽医.2005,21(6):38～39

[5]赵燕飞，汪以真.饲用酶制剂及其应用中应注意的问题[J].饲料研究.2004（2）：25～27

[6]汪儆.饲用酶制剂的作用机制[J].饲料工业.2001，22（11）：1～3

[7]于旭华、冯定远.影响酶制剂在饲料中应用的因素[J].饲料工业2002（3）：25～27

[8]J.D.Sutton，P.H.Phipps等.Effect of method of Application of o Fibrolytic Enzyme product on Digestive processes and milk production in Holstein-Friesion cows .J.Dairy sci.86:546～556

[9]刘华、张桂芬等.复合酶制剂对奶牛产奶性能的影响[J].草食家畜.2001（3）：39～41

[10]刘建昌，林洁荣等.添加纤维酶制剂对奶牛产奶性能的影响[J].中国畜牧杂志.2001（3）：31～32

[11]吴建设、王若军.瘤胃保护外源性纤维素酶在奶牛日粮中的应用效果研究[J].饲料工业.2001，22（7）：41～42

[12]乔玉锋等.饲用酶制剂的应用及存在的问题[J].中国饲料.2001（7）：28～29

作者简介:刘瑞玲（1980－），女，汉，甘肃人，硕士，主要从事动物营养与饲料科学研究，甘肃畜牧工程职业技术学院畜牧系任教。

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