饲用酶制剂的开发应用及发展现状

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饲用酶制剂的开发应用及发展现状

文章来源：中国饲料行业信息网　作者：李富伟　更新时间：2009-10-21

　　饲用酶制剂是随着饲料工业和酶制剂工业的不断发展而出现的一种新型饲料添加剂，20世纪70年代就已经开始商品化生产，经过这些年探索和研究，现已得到了广大养殖业经营者较为广泛的认同和使用，发展速度异常迅猛。饲用酶制剂对提高饲料的转化率、拓宽饲料原料的应用范围和比例、节约饲料资源、降低饲料成本和养殖成本，改善饲养环境等起着的重要作用。随着我国畜牧业的不断发展，国家对饲料安全的日益重视，酶制剂作为一类高效、无毒副作用和环保的饲料添加剂在我国畜禽养殖业中的应用势必更加广阔。

　　1 饲用酶制剂的分类

　　酶的降解作用具有高度的选择性和专一性，不同的单酶都有其相对应的降解底物，目前用在饲料工业上的单酶制剂约有20多种。根据酶制剂用途和特性不同对于目前商品饲用酶制剂采用了多种分类方法：①根据是否在动物体内大量分泌将饲用酶制剂分为外源酶和内源消化酶：外源酶包括植酸酶和非淀粉多糖酶，其中非淀粉多糖酶又包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、果胶酶、纤维素酶等;内源消化酶包括蛋白酶、淀粉酶、糖化酶和脂肪酶等;②根据产品中所含酶的种类，饲用酶制剂一般可分为饲用单酶和饲用复合酶。一般来说，复合酶制剂比单一酶制剂效果更完善，但并不意味着单一酶制剂就没有使用优势。复合酶制剂生产方式有多种：一般现在市场上复合酶制剂多以各种单酶混合而成;还有以产多酶菌种进行发酵生产，并配以适当的其它所需单酶;③根据酶作用的日粮底物不同，饲用酶制剂大致可以分为以下几类：低粘度日粮用酶制剂、高粘度日粮用酶制剂以及高纤维日粮用酶制剂。

　　2 饲用酶制剂的作用效果

　　2.1 改善动物的生产性能

　　动物自身可以合成各种酶，但不同动物或不同生长时期，体内各种酶的分泌能力也不同。例如单胃动物几乎不能产生降解非淀粉多糖的酶，有针对性添加一些非淀粉多糖复合酶可以适当消除非淀粉多糖的抗营养作用。仔猪断奶阶段，体内淀粉酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶含量较低，高温、寒冷、转群和疾病等应激状态时，动物分泌酶的能力较弱或者易出现消化机能紊乱、内源消化酶分泌减少，因此在日粮中添加外源性消化酶，有助于改善消化道内环境，平衡内源酶的分泌，补充内源酶的不足。并且还可以提高饲料的利用率，改善动物的消化能力，减少应激条件下生产能力的下降。

　　2.2 改善日粮品质

　　某些饲料中含有的抗营养因子(如植酸、α-半乳糖苷等)，植物细胞壁中含有的木聚糖、纤维素、β-葡聚糖、甘露聚糖、果胶等难以消化的物质，不能被作为养分消化吸收，且干扰整个日粮其他营养的消化吸收和利用，阻碍动物内源消化酶与细胞内营养物质的作用，降低饲料中脂肪、淀粉和蛋白质营养价值，造成动物对这些饲料的利用率下降、生长不良以及产生粘粪、污染环境。而饲用酶制剂可以有效地降解这些抗营养因子，促进日粮消化吸收。

　　2.3 提高动物机体健康水平和免疫功能

　　非淀粉多糖在动物肠道内易形成粘性很大的食糜，成为后肠道微生物增殖的基质，引发机体疾病;同时大量有机物不被消化排泄，易恶化养殖环境，并引起动物应激反应。而饲料应用酶制剂后，可有效减少肠道的发酵和畜禽后肠道有害微生物的数量，消除食糜造成的这些危害，减少仔鸡下痢、仔猪腹泻等畜禽肠道疾病。同时酶解生成小分子(10个以下糖基)寡聚糖或寡糖类物质可竞争性结合动物肠道内外源性病原微生物，从而提高动物的健康。酶制剂在动物胃肠道应用产生的寡聚糖还可以显著激活动物巨噬细胞的活性，充当免疫刺激的辅助因子，调节机体免疫系统，提高抗体免疫应答能力，从而增加动物体液及细胞免疫能力。

　　2.4 降低环境污染

　　现代化的养殖业，废弃物及排泄物造成的环境污染是亟待解决的问题，如氮、磷造成的水体富营养化问题。而在饲粮中添加酶制剂则可以提高养分利用率，减少粪中有机物等的排泄量，减轻环境污染。尤其是植酸酶的应用，有效地提高了饲料中磷的利用率，降低饲料成本，改善畜禽生长性能，减少无机磷在饲料中的添加量，减少动物磷排放对环境的污染。此外，在黏性谷物的饲粮中添加非淀粉多糖酶，可降低食糜和排泄物黏度，改善禽蛋制品清洁度，同时避免垫料含水量过高和有害菌大量繁殖，从而改善养殖卫生环境。

　 3 饲用酶制剂在饲料配方中的使用

　　3.1 直接添加法

　　在饲料原有配方中直接加入酶制剂，以提高饲料品质，改善饲喂效果。但这种方法适用于养殖行情好，客户对饲料价格不敏感，需要使用高档料来提高动物生长性能，缩短出栏时间。这种方法未能将酶制剂对饲料品质的提高以量的形式进行表达。

　　3.2 配方参数调整法

　　降低动物的营养标准，按降低后的参数进行配方调整，从而起到降低成本的作用。这是目前在使用酶制剂时，配方师为发挥酶制剂的作用经常使用的一种方法，操作简单方便，但此方法不足之处是加酶饲料本身并未能直接降低动物实际的营养需求，将酶制剂与动物的营养需求联系在一起缺乏直接的科学理论依据，仅仅是数值发生了相对变化。

　　3.3 原料替换法

　　将在日粮中添加的酶制剂作为一种含有能量、蛋白、氨基酸及矿物元素的原料，参与饲料配方设计调整。此种方法优点是真正从概念上将酶制剂赋予了潜在营养价值，且在饲料配方制作时将酶制剂的潜在营养价值参与配方计算。但不足之处在于酶的潜在营养价值不是固定值，而是受配方中使用其它原料的品种和比例影响，当其它原料变化时，酶的潜在营养价值理论上也应该是变化的值，这样不断变化的值在实际配方中使用显得不方便。同时，配方时酶制剂的使用量往往要求是一个固定值，而并非是一种使用比例可变的原料，一旦饲料中酶的添加量发生变化后，即使饲料中其它原料种类和比例都已经确定，赋予酶本身的潜在营养价值也发生了改变。

　　3.4 养分折算法

　　确定出饲料中加酶后对各种原料的养分利用率的提高值，将此提高值折算成该原料含有的营养，在原料成本不变的情况下，按提高了营养值的原料进行配方设计。理论上这种方法更加科学合理，能准确表达加酶后使饲料原料的养分利用率提高，并将提高的养分值以额外方式加到原料的营养成分值中，并按加酶后营养值提高这一理论逻辑原理进行配方配制，精准表达出加酶饲料的效果。

4 饲用酶制剂评定方法

　　4.1 酶活性检测

　　伴随着酶制剂工业的不断发展，饲用酶制剂的规范化程度也逐步得到了提高，国家相继对植酸酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶等制定了检测标准，其它一些没有统一检测标准的酶制剂产品行业内研究人员也都根据实际情况制定了各种检测方法，这些方法的制定为酶制剂产品的质量控制提供了有力的支持。但是酶制剂作为一种生物质产品对外界的条件比较敏感，测定的温度、pH值、时间等条件只要稍有不同就可能对酶活测定结果产生很大差异，正因如此，如果酶活测定方法没有进行统一，会致使饲用酶制剂使用者很难评估酶的实际作用效果。

　　4.2 酶活损失判定

　　酶制剂在使用的过程中会遇到很多会造成酶活损失的情况，比如饲料制粒的高温、饲料中存在的酶抑制剂以及动物胃肠道环境等。针对这些情况酶制剂必须具有良好的热稳定性、储存稳定性和耐受性，以避免在饲料加工、储存和体内消化过程中失活。饲用酶制剂稳定性评估通常是在模拟饲料加工参数、饲料储存和动物胃肠道的条件下设定一定的温度、湿度和时间梯度，体外评定温湿度、酸碱度和储存时间等对酶活性的影响，即测定酶经过不同条件处理后酶活的存留率。因此判断一个酶制剂产品质量不能仅仅从测定酶活性这一个方面，还必须综合考虑到酶制剂使用过程中酶活损失的可能性。

　　4.3 体外消化试验

　　体外消化试验即是在实验室模拟某些动物体消化道环境，用待测酶制剂进行体外消化饲料等动物食品，并测定消化前后各营养成分﹙干物质、蛋白质、氨基酸、有机物质、淀粉及纤维素等﹚的消化率，以判定酶制剂的消化效果。进行体外消化试验有一定的难度，因为动物消化道内环境是一个动态变化的复杂环境，它受到很多因素﹙包括动物种类、动物生理阶段、动物机体状态、日粮类型等﹚的影响。体外试验不能反映体内的真实情况，与体内试验不能完全吻合，但具有一定的参考价值。

　　4.4 动物生产试验

　　动物生产试验是判定一种饲料产品质量最为直观的方法，任何饲料产品只有在动物生产试验中表现出显著的生产效果才最能代表这个产品所具有的实际价值。饲用酶制剂最为一种功能性添加剂对饲料的影响和动物生产效率的提高是有限的，再加上动物生产试验本身受外界因素影响较大，所以要把酶制剂的动物生产试验做出理想的效果也是具有一定的难度。大部分资料显示，饲用酶制剂在各种动物试验上都表现较为理想的应用效果。

　　5 饲用酶制剂的发展现状

　　5.1 商品化程度快，市场存留空间较大

　　自从20世纪20～50年代饲用酶制剂就开始在畜禽养殖业中应用，但因酶制剂的生产成本昂贵，一直未能进行商品化生产，直到70年代由于转基因技术和发酵工业得到长足的进步，饲用酶制剂应用才进入了突飞猛进的发展阶段。2000年全国饲用酶制剂的销售量已达到6000t。到2005年我国饲用酶制剂的市场容量已达到2万t，而市场生产量大概只有8000t。按照我国配合饲料产量年产量1亿t计算，如果饲用酶制剂添加量按0.1%计，全国1/2 配合饲料添加饲用酶制剂，则需要5万t的饲用酶制剂，而我国目前饲用酶制剂市场生产量远未达到市场容量。因此，饲用酶制剂在我国还有很大的市场空间和潜力。

　　5.2 市场推广品种增加，木聚糖酶得到大力推广应用

　　自从植酸酶在饲料中得到成功推广应用以来，饲用酶制剂的应用效果已经越来越得到饲料用户的认可，并促使了整个饲用酶制剂行业得到了良性发展。随着对酶制剂研究的不断深入，人们对各种酶制剂作用机理和使用效果的认识也更加清楚，促使了更多酶制剂在饲料工业中的推广应用。木聚糖酶是近两年紧随植酸酶的推广发展起来的又一重要单酶，主要由β-1,4-D-内切木聚糖酶、β-1,4-D-外切木糖苷酶和α-L-阿拉伯糖苷酶、α-D-氨基酸醛酸酶等脱支链酶构成，属于水解酶类，专一降解木聚糖的酶。饲料中添加木聚糖酶可有效降解饲料中的木聚糖，消除饲料中的抗营养因子，降低动物肠道内食糜粘度，提高饲料利用率，改善动物生产性能，故木聚糖酶在饲料上的应用市场前景非常广阔。近几年随着木聚糖酶在饲料中的使用率不断提高，木聚糖酶的技术研究和生产能力也得到了快速发展。另外，甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶等也得到了很好的开发应用。

　　5.3 菌种发酵效率提高，生产总容量增加

　　近些年来，随着生物技术的不断进步，人们通过基因工程和蛋白质工程手段已经对酶制剂的基因进行了不断的研究，并培养出了很多活性强、酶活稳定、使用条件宽松的产酶菌种，使产酶菌种的发酵能力大大提高，发酵效率得到了不断提升。单位酶活力的升高，再加上酶制剂的生产工艺和菌种的发酵水平的提高，进一步推动了饲用酶制剂在饲料中的大范围使用。同时，随着市场用酶品种的增多和饲料用酶率的提高，有效的推动了整个饲用酶制剂发酵容量的增大，近两年国内几家大型饲用酶制剂生产企业都相继扩大自己的生产规模，以适应酶制剂市场需求量的不断增加。

　　5.4 国际市场份额加大，品牌影响力提高

　　20世纪90年代国内饲用酶制剂市场仍以使用一些国外品牌酶制剂为主，到本世纪初，随着酶制剂发酵水平的不断提高，生产成本的降低，国内许多酶制剂生产企业得到了迅速发展，形成了我国的自主品牌，不但占领了国内饲用酶制剂市场的大部分份额，而且在国际市场上也得到很好的推广，出口量逐年提高，饲用酶制剂现已成为少数几个出口创汇的饲料添加剂品种之一。植酸酶的成功应用并是很好的例子，2000年之前国内植酸酶市场还是以国外酶制剂厂商销售为主，到2002年之后国内酶制剂生产企业不但占领了国内绝大部分植酸酶市场，而且使中国一跃成为世界上最大的植酸酶生产和销售国家。目前许多发达国家，政府有严格的法律限制，防止环境的污染，尤其是对养殖场氮、磷的排放，且许多国家更是为了解决环境污染问题强制推荐在饲料中使用植酸酶等酶制剂，这也给我们国内一些品牌酶制剂产品扩大国际市场份额和影响力提供了很好的发展机会。

　　6 展望

　　随着人们生活水平的提高及环境意识的增强，饲用酶制剂以其无残留、无抗药性、不污染环境等优势将会进一步被推广应用，但饲用酶制剂的发展仍有许多问题有待解决。目前酶制剂在动物中应用的研究大多停留在定性方面，而对酶制剂的定量研究较少，尤其在酶制剂对动物生理上的影响研究甚少，许多酶制剂的作用机制及促生长机理还不太清楚，消化生理等方面也有待深入研究。饲用酶制剂仍需要加大科技投入，加强新菌种筛选、微生物发酵、基因改良和应用试验等研究工作，研制出更适合于饲料原料和市场特点的饲用酶制剂产品，以更好的推动饲用酶制剂的生产和广泛应用。

作者：中国农科院饲料研究所/李富伟

北京挑战生物技术有限公司/汤海鸥
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