植物性饲料抗营养因子与饲用酶制剂的应用

luyafei414

　　饲料是畜牧生产的物质基础。现今的配合饲料中90%1,2上的组分为植物性饲料，但是，作为植物性饲料或多或少地存在着抗营养因子，给动物的健康生长带来很多负面影响。随着生物技术发展，饲用酶制剂在消除抗营养因子方面的应用越来越显示出良好的经济效益和社会效益。
　　l抗营养因子的概念、分类及作用
　　1.1抗营养因子的概念
　　所谓抗营养因子(Antinutritional factors.ANFs)是指植物代谢产生的并以不同机制对动物产生抗营养作用物质的总称。
　　抗营养因子广泛存在于植物界。同一种饲料中可以含有多种抗营养因子，同一抗营养因子也可能存在于多种饲料中。在植物性饲料原料中，含抗营养因子最多的是植物的籽实，豆科籽实及其饼粕、禾本科籽实及其糠麸都含有较多的抗营养因子。
　　1.2抗营养因子的分类及作用
　　已经发现的抗营养因子有数百种之多。但目前还没有统一的分类标准。根据其对饲料和动物的作用大致分为5类。
　　1.2.1抑制蛋白质消化的抗营养因子
　　①蛋白质抑制因子(Protease inhibitors，PI)包括胰蛋白酶抑制因子和胰凝乳蛋白酶抑制因子，自然界中已发现数百种蛋白酶抑制因子，在动物营养中最具有意义的是KTI(Kunitz trypsin inhibitors)和BBI(Bowmanbirk inhibitors)两类。主要作用是抑制蛋白酶活性，促进胰腺分泌，造成必需氨基酸内源性损失，降低饲料中的干物质、氮和氨基酸的表观消化率和真消化率;②植物凝聚素(Lectin)全称为植物性红细胞凝聚素(Phytohemagglutinin，PHA)，大多数植物凝聚素在肠道中不被蛋白酶水解，能与小肠黏膜紧密结合，降低肠道消化酶活性，影响营养物质消化吸收;作抗原，引起机体的变态反应;与淋巴细胞特异性结合，颉颃IgA，对免疫系统和器官有一定破坏作用;③多酚类化合物，如单宁(Tlannins)、棉酚和酚酸等。单宁的抗营养作用主要是与胰蛋白酶、脂酶等结合使酶失活，或与饲料蛋白质结合成不易被消化的螯合物，也极易与铁盐作用产生沉淀。另外，单宁分解的没食子酸有强烈刺激性和苦涩味，
　　影响适口性。棉酚是棉籽饼、粕中主要的抗营养因子，特别是游离棉酚(FG)的活性醛基和活性羟基产生较大毒性而引起多种危害，刺激胃肠黏膜引起胃肠炎，进入血液后损害心、肝、肾等实质器官;在体内与蛋白质和铁等结合，使一些功能蛋白酶失活，或易导致缺铁性贫血等。
　　1.2.2降低能量利用率的抗营养因子
　　①非淀粉多糖(Non—starch polysaccharides， NSP)是植物的结构多糖的总称，分为不溶性非淀粉多糖(纤维素)和水溶性非淀粉多糖(半纤维素和果胶)，其中水溶性非淀粉多糖(sohble 130n-starch oolysaccharides.SNSP)具有较强的抗营养作用。从动物营养的角度而言，NSP主要指半纤维素中的卢一葡聚糖和阿拉伯木聚糖，饲料中其含量最高，抗营养作用也最明显;②α一淀粉酶抑制因子是一种分子质量13 000-50 000的蛋白质，能降低淀粉酶的活性，也能抑制细菌、真菌和昆虫的淀粉酶活性。
　　1 2.3 降低矿物质利用率的抗营养因子
　　①植酸(Phytic acid)又称肌醇六磷酸，几乎都是以复盐的形式存在，称为植酸盐，其中植酸磷约占植物饲料总磷量的60%-85%，这种磷很少能被单胃动物利用，玉米中只有总磷的10%-20%、豆饼中磷的25%-35%能被猪利用，大多数植物饲料中磷仅有1/3能被家禽有效利用。由于植酸在很宽的pH范围均带负电荷，对Ca2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Fe2+、Mg2+ C02+等金属离子有较强的螫合特性，大大降低了一些必要矿物元素(尤其锌和铁)的生物学酶价;②硫葡萄糖苷，其本身没有抗营养作用，但降解产物中的噁唑烷硫酮(OZT)和异硫氰酸酯(ITC)是主要的抗营养因子，能与碘离子竞争而浓缩在甲状腺中，导致甲状腺肿大，ITC还严重影响饼粕的适口性。
　　1 2.4抗维生素因子Antivitamin factors)
　　抗维生素因子是在化学结构上与某种维生素类似的化合物，如生大豆中的抗维生素D因子，高粱中的抗烟酸因子，以及颉颃维生素K的双香豆素等，它们在动物代谢过程中可以与该种维生素竞争并取而代之，从而干扰动物对维生素的利用，引起维生素缺乏症。
　　1.2.5其他抗营养因子
　　其他较为重要的抗营养因子有皂角苷、生物碱、产雌激素因子、抗原蛋白、草酸、组胺等。皂角苷能抑制胰凝乳蛋白酶和胆碱脂酶活性并有溶血作用;生物碱降低适口性，影响生长;产雌激素因子具有雌激素样作用，可引起动物的假发情、公畜雌性化以及母畜不孕、流产等;抗原蛋白主要干扰肠壁完整性和免疫反应等;草酸会影响矿质元素的消化吸收或引起腹泻等;组胺则可损伤肠道系统，造成肠道微生态系统紊乱和消化液分泌失调。
　　植物性饲料中的抗营养因子可降低饲料的营养价值和适口性，给动物的健康生长带来威胁。必须采取积极有效的措施消除饲料中的抗营养因子。其方法有：物理方法(机械加工、热处理)、化学方法(酸、碱处理，添加化合物)，生物方法(微生物发酵、酶制剂处理)及育种方法。但饲用酶制剂是消除抗营养因子的最有效技术。
　　2饲用酶制剂的来源、分类及作用
　　2.1饲用酶制剂的主要来源
　　当前生产用酶已达300多种，饲料用酶也有20多种，主要分动植物源酶、微生物源酶和克隆酶3类。20世纪60年代前，饲用酶基本上是从动植物中提取，产量低，成本高，应用有限;60年代后主要用微生物发酵法生产，降低了成本，扩大了酶产量。目前国内以固体表层发酵为主。克隆酶的生产是新技术。
　　2.2饲用酶制剂的种类及特点
　　饲用酶制剂分为单一酶制剂和复合酶制剂两大类。
　　2 2.1单一酶制剂
　　最具应用价值的单一酶制剂基本上分为5类。①非淀粉多糖酶(NsP酶)包括纤维素酶、半纤维素酶、口一葡聚糖酶和果胶酶等。这些酶的共同特点是提高非淀粉多糖的可消化性，降低或消除其抗营养作用，提高饲料的能量水平;②植酸酶(Phytase)是一种能降解植物性饲料中植酸及其盐类的磷酸脂酶，使之分解生成无机磷、肌醇以及与植酸结合的蛋白质、氨基酸、微量元素等，提高饲料中多种矿质元素和蛋白质、氨基酸的可利用性，减少单胃动物无机磷的添加量，降低动物粪便中植酸磷的排放;③淀粉酶(Amylase)包括α一淀粉酶，卢一淀粉酶和糖化酶等。α一淀粉酶作用于α一1，4一糖苷键，将淀粉水解为双糖，寡糖和糊精。α一淀粉酶作用于1，6一糖苷键(支链淀粉分支处)，将支链淀粉水解为双糖、寡糖和糊精。糖化酶水解线性的寡糖、双糖和糊精，生成葡萄糖和果糖;④蛋白酶(Protease)按其作用条件有酸性、中性、碱性之分。由于动物胃液呈酸陛，小肠液多为中性，所以饲料中大多添加酸性和中性蛋白酶，其主要作用是水解饲料蛋白质为氨基酸;⑤脂肪酶(Llpase)是水解脂肪分子中甘油酯键的一类酶的总称。目前应用很少。但微生物产生的脂肪酶通常在pH3.5-7.5时水解力最好，最适温度38-45℃，因此非常适用于饲料。
　　2.2.2复合酶制剂
　　复合酶制剂是由一种或几种单一酶制剂为主体，加上其他单一酶制剂混合而成，或由一种或几种微生物发酵获得。复合酶制剂可以同时降解饲料中多种需要降解的底物(多种抗营养因子和多种养分)，可最大限度地提高饲料的营养价值。国内外饲用复合酶制剂有以下几类。
　　①以蛋白酶、淀粉酶为主的饲用复合酶。主要用于补充动物内源酶的不足;②以口一葡聚糖酶为主的饲用复合酶。主要用于以大麦、燕麦为主原料的饲料，在北美、欧洲应用广泛;③以纤维素酶、果胶酶为主的饲用复合酶。由木霉、曲霉和青霉直接发酵而成，主要作用为破坏植物细胞壁，使细胞中的营养物质释放出来，并能降解饲料中的抗营养因子，降低胃肠道内容物的黏稠度，促进动物的消化吸收;④以纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡聚糖酶、果胶酶为主的饲用复合酶。此类酶综合各酶系的共同作用，具有更强的助消化作用。
　　3饲用酶制剂的作用机制
　　3.1补充动物内源酶不足，激活内源酶的分泌
　　成年动物分泌的消化酶一般能满足机体需要。幼龄动物消化道和酶系统的发育不完善，不能适应其分解大分子营养物质的需要。断奶、健康状况不佳或应激状态时，动物消化道内酶细胞分泌量降低，为外源性消化酶发挥作用创造了条件。另外，饲料中添加酶还可以促进内源酶的分泌。
　　3.2降解饲料中抗营养因子，提高饲料转化率
　　酶是活细胞产生的一类具有特殊催化能力的高效生物催化剂，且一种酶只能催化一类特定底物。某些特定酶可以作用于饲料中的特定抗营养因子，使之被降解而失去抗营养作用。同时能全面促进日粮养分的分解消化和吸收利用，提高饲料转化率。
　　3.3分解植物细胞壁，促进营养物质的消化吸收
　　植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶等构成的复杂聚合物，是营养成分的保护层。大多数动物尤其单胃动物缺乏分解植物细胞壁的酶类，从而影响养分的充分利用。使用外源性NSP酶能较好地摧毁细胞壁，提高植物细胞内养分利用率。
　　3.4加强动物保健，提高机体免疫力
　　良好的营养水平与代谢能力是动物机体产生免
　　疫力的决定因素。酶制剂不仅改善了动物对日粮的消化率，而且还影响动物机体的代谢和激素水平。酶制剂在动物体内酶解产生的生理活性肽(如抗菌肽及抗病毒肽、神经活性肽、激素调节肽、免疫活性肽、调味肽、抗氧化肽、营养肽等)，对动物保健和免疫力的增强已越来越受到关注。饲用酶制剂已是取代抗生素的首选添加剂。
　　3.5降低氮磷等排泄量，减少环境污染
　　应用酶制剂可大大减少畜禽排泄物中的有机物、氮、磷等营养物质的排除量，大幅度减少其对土壤和水体的污染。另外，饲用酶制剂的应用可以扩大饲料资源。
　　4饲用酶制剂的选用
　　酶制剂具有高度的专一性和特异性，科学使用酶制剂是发挥其作用的关键。
　　4.1针对内源酶分泌不足，选择使用消化酶
　　一般来说，仔猪和家禽等分泌的内源酶种类、数量都难以满足消化代谢的需要，尤其当应激状态或疾病情况下更明显。研究表明，肉仔鸡胰腺和肠道内消化酶活性基本上随着日粮中外源酶添加量的升高而升高。4.2针对日粮类型中主要抗营养因子选用酶制剂
　　4.21低黏度日粮
　　比较典型的是玉米一豆粕型日粮，是我国畜牧生产的常规日粮，适宜选用的酶种为木聚糖酶、果胶酶和甘露聚糖酶的复合酶制剂。
　　4.2.2高黏度日粮
　　是指大麦、小麦、米糠含量较高的日粮，北美、欧洲国家应用广泛。这类日粮应选用β一葡聚糖酶和木聚糖酶的复合酶制剂。
　　4-2_3高纤维日粮
　　是指谷物、糟渣、糠麸含量较高的日粮。这类日粮应选用纤维素酶，同时辅以木聚糖酶、甘露聚糖酶等，以协同摧毁植物细胞壁。
　　4.2.4杂饼/粕日粮
　　是指棉、菜籽饼，粕等含量较高的日粮，富含粗纤维、果胶、甘露聚糖等多聚物，这类日粮应选用含纤维素酶、果胶酶和甘露聚糖酶的复合酶。
　　4.3针对目标底物的含量确定酶制剂的适宜用量
　　使用酶制剂的主要目的是提高饲料中依靠内源酶不能消化物质(目标底物)的利用率或消除其抗营养作用。若底物过少，加酶就不会产生明显效果;若底物过多，添加酶量或酶活性不足，则效果亦不
　　佳，这就要求目标底物与酶制剂用量之间应有适宜的比例关系。
　　4.4确定酶制剂的营养改进值(INT).对日粮配方进行优化
　　使用酶制剂方式有两种，一是直接添加在常规配合饲料中，简单易行但会增加饲料成本;二是根据酶制剂提高生产性能和改善饲料利用的程度，适当降低常规配合饲料中的营养参数或利用廉价饲料原料配制日粮。只有在充分科学实验的基础上提出各种酶制剂所能改进的饲料养分消化率的大小或相对营养价值(称为“营养改进值(INN)”)，并以此对常规饲料营养参数进行优化调整，才能在保持生产陛能不下降的情况下降低饲料成本。
　　4.5针对动物的特异性选用酶制剂
　　不同种类的动物消化系统和酶系统不同，同一动物的不同生理阶段也有差异，对酶制剂的反应也就各异。酶制剂使用效果受动物因素的影响较明显。

donghaijun2009

好文章齐共享，感谢楼主。

朱习春

好文章，谢谢