酶制剂在动物生产中的研究进展

  作者：唐春祥 摘自：挑战集团技术部

[摘要] 饲用酶制剂既能改善饲料利用率和动物生产性能，且无毒、无副作用、无残留。本文阐述了酶制剂在动物饲料中使用的必要性，并系统论述了酶制剂在最近几年来在各种动物中应用的效果，以及如何合理选择和正确运用酶制剂。

[关键词] 酶；动物生产

[Abstract] Feed enzyme preparations improved feed utilization and animal performance. Feed enzyme preparations were nontoxic, no side effects, no residuas. This article expatiated the necessity of enzyme preparations in animal feed, the effects of enzyme preparations in animal feed , how to reasonly choose and correctly use enzyme preparations.

[Key words] enzyme; animal production

20世纪20～50年代，人们逐渐认识到酶制剂在动物营养中的作用，到80年代，由于生物技术和发酵工业的迅速发展使批量生产低成本的酶制剂成为可能。1984年，芬兰人将酿造用的发酵酶制剂加入以大麦为基础的日粮中，显著提高了日粮的营养价值，这标志着酶制剂在饲料工业中商品化应用的开始。此后，酶制剂在饲料中的应用研究全面展开，到2000年，全球65%家禽麦类日粮、10%猪麦类日粮及5%肉鸡玉米-豆粕日粮中添加了酶制剂，最近酶制剂在反刍动物日粮中的应用也受到广泛关注。在动物生产中应用饲用酶制剂既能提高饲料的消化率和利用率，提高畜禽及鱼类的生产性能，又能减少排泄物中氮、磷含量，保护水体和土壤免受污染，因而饲用酶制剂作为一类高效、无毒副作用的环保型“绿色”饲料添加剂在21世纪将有着十分广阔的应用前景。

1 酶及其特性

酶是由活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。生物体内各种化学反应，几乎都是由酶催化的。酶所催化的反应叫酶促反应，酶促反应中被酶作用的物质叫做底物，经反应生成的物质叫做产物。根据作用底物的不同，饲用酶制剂可分为蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶和植酸酶。根据动物自身能否分泌产生又可将饲用酶分为消化酶和非消化酶，消化酶是指动物自身能分泌的蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等；非消化酶是指动物自身不能分泌的酶，这些酶能消化分解动物自身不能消化的饲料成分，主要包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶和植酸酶。

1.1蛋白酶　是催化分解肽键的一群酶的总称。蛋白酶作用于蛋白质，将其降解为小分子的蛋白胨、肽和氨基酸。饲料中多用酸性和中性蛋白酶，蛋白酶按其作用方式也分为内切酶和外切酶，一般的微生物蛋白酶通常是内切酶和外切酶的混合物。动物体内的蛋白酶多存在于胃液和胰液中，分别为胃蛋白酶和胰蛋白酶，前者属于酸性蛋白酶，后者属于碱性蛋白酶。

1.2 淀粉酶　催化淀粉降解，主要包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶以及支链淀粉酶。一般在饲料中多用α-淀粉酶。α-淀粉酶是内切酶，它催化淀粉分子内部1、4苷键的随机水解。而β-淀粉酶是外切酶。淀粉酶催化淀粉分解为寡糖、双糖、糊精或葡萄糖和果糖。动物消化道和唾液中含有淀粉酶。

1.3 脂肪酶  降解甘油三脂(脂肪)为游离脂肪酸和甘油。动物体内的胃液和胰液等都含有多种脂肪酶。

1.4 β-葡聚糖酶  是一种内切酶，专一性作用于β-葡聚糖的1,3和1,4糖苷键，产生3～5个葡萄糖单位的低聚糖和葡萄糖。可以有效分解麦类和谷类植物胚乳细胞壁中的β-葡聚糖。

1.5 木聚糖酶  指能专一降解半纤维素木聚糖为低聚木糖和木糖的一组酶的总称，主要包括三类：⑴ β-1,4-D-内切木聚糖酶(EC 3.2.1.8)，从木聚糖主链的内部切割β-1 ,4 糖苷键，使木聚糖溶液的粘度迅速降低；⑵ β-1,4-D-外切木聚糖酶(EC 3.2.1.92)，以单个木糖为切割单位作用于木聚糖的非还原性末端，使反应体系的还原性不断增加；⑶ β-木糖苷酶 (EC 3.2.1.37)，切割低聚木糖和木二糖，有助于木聚糖彻底降解为木糖。

1.6 果胶酶  是分解果胶的酶的通称，也是一个多酶复合物，它通常包括原果胶酶、果胶甲酯水解酶、果胶酸酶三种酶。这三种酶的联合作用使果胶质得以完全分解。

1.7 β-甘露聚糖酶  是一种半纤维素酶，以内切方式降解β-1，4糖苷键，降解产物的非还原末端为甘露糖，其作用底物包括葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖及β-甘露聚糖等。

1.8 纤维素酶  是降解纤维素β-1，4-葡萄糖苷键的一类酶的总称，因此纤维素酶又有纤维素酶复合物之称。通常认为主要包括C1酶、CX酶和β-葡萄糖苷酶。C1酶属于葡聚糖内切酶,内切β-1,4-糖苷键,产生小分子纤维素；Cx酶属于葡聚糖外切酶,又叫纤维二糖水解酶每步获得一个纤维二糖分子；BG酶属于葡萄糖苷酶，主要将纤维二糖、纤维三糖水解为葡萄糖。

1.9 植酸酶  催化植酸（肌醇六磷酸）及植酸盐水解成肌醇与磷酸（或磷酸盐）的一类酶的总称。可将植酸酶分为两类即3-植酸酶（EC3.1.3.8）和 6-植酸酶（EC3.1.3.26）。3-植酸酶从植酸或植酸盐3-位开始将六磷酸肌醇依次降解为五、四、三、二、一-磷酸肌醇及正磷酸。6-植酸酶从6-位开始将植酸降解，最终产物都是单磷酸肌醇（2-磷酸肌醇）和正磷酸。

2 饲料添加酶制剂的必要性

2.1 动物因素

2.1.1 动物对饲料的消化  饲料中的营养物质一般不能直接进入体内，必须经过消化道内一系列消化过程，将大分子有机物质（蛋白质、淀粉和脂肪等）分解为简单的，在生理条件下可溶解的小分子物质（氨基酸、葡萄糖和脂肪酸等），才能被吸收（杨凤，2001）。动物对饲料的消化包括物理性消化、化学性消化（主要是酶的消化）和微生物消化。物理性消化主要靠动物口腔内牙齿和消化道管壁的肌肉运动把饲料撕碎、磨烂、压扁，有利于在消化道内形成多水的食糜，为胃肠中的化学性消化(主要是酶的消化)、微生物消化作好准备；化学性消化，主要是酶的消化（杨凤，2001）。微生物消化其实质也是酶的消化。因此，在动物对饲料的消化过程中，酶起着非常重要的作用，动物的消化离不开酶。

2.1.2 幼龄动物消化道发育不完善，体内消化酶分泌不足  由于消化器官不发达，特别是肠胃还不发达，消化机能不完善，仔猪出生时胃内仅有凝乳酶，胃蛋白酶很少，由于胃底腺部缺乏游离盐酸，胃蛋白酶没有活性，不能很好地消化蛋白质，特别是植物性蛋白质（高海燕等，2006）。哺乳仔猪胃肠消化酶活性随日龄增长而增长，Efird等（1982）和Lindemann等（1986）试验表明，仔猪胃粘膜蛋白酶在出生后两周内活性很低，随后迅速升高。而早期断奶对大多数消化酶活性的增长有抑制作用，仔猪断奶后消化酶活性降低，需两周时间才能恢复或超过同龄哺乳仔猪的酶活性(脂肪酶除外)（张振斌等，2000）。断奶后2周内消化酶分泌不足是断奶仔猪生长阻滞的主要因素之一（呙于明等，2001）。

安永义等（1999）研究表明，0～3 周Avain 商品代肉仔鸡公雏胰腺和肠道的消化酶活性(活性单位/ kg 体重)基本上随着日龄的升高而上升，在胰腺，淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶和脂肪酶活性均在10，7，21和10日龄达到峰值，在肠道，淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶和脂肪酶活性均在10 日龄达到峰值。Noy等(1995)研究表明，21日龄肉仔鸡十二指肠胰蛋白酶活性是4日龄的50倍。从4日龄到21日龄，小肠氮消化率从78％ 提高到92％ 。21日龄淀粉酶活性是4日龄的100倍，淀粉的消化率从4日龄的82％上升到21日龄的89％ 。从消化道酶的分泌情况看，肉仔鸡早期消化酶分泌不足可能是其生长的限制因素（安永义等，1999；呙于明等，2001）。

2.2 饲料因素  植物饲料细胞壁主要由非淀粉多糖糖(non-starch po1ysacchafides，NSP)组成。非淀粉多糖是除淀粉以外的多糖类物质， NSP实际上包括纤维素、半纤维素和果胶，按溶解性通常又可将之分为可溶性NSP和不溶性NSP。其中可溶性NSP包括阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖、果胶多糖等，在动物消化道增加食糜黏度，影响脂肪、淀粉和蛋白质等养分的消化吸收，是目前影响饲料消化利用的最主要因素（Bedford等，1991；Flores等，1994）。纤维素是细胞的骨架，是含量较为稳定的结构多糖。半纤维素包括β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖等。果胶包括鼠李半乳醛缩聚糖I、Ⅱ、阿拉怕聚糖、半乳聚糖及阿拉伯半乳聚糖等。非反刍动物体内不能分泌纤维素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、果胶酶等，利用微生物生产的外源多糖酶添加到饲料中可以帮助畜禽消化利用这些非淀粉多糖（呙于明等，2001）。

3 饲料酶制剂的使用效果

3.1 在猪饲料中的应用效果  添加复合酶制剂能显著提高能量、干物质、蛋白质和粗纤维的消化率，从而提高生长猪的日增重和降低料肉比（顾宪红等，2004）。随着复合酶添加量的增加，显著提高(P<0.05)生长猪的日增重和养分消化率，显著降低(P<0.05)料肉比 ( 余有贵，贺建华，2005)。Bass等(1996)研究表明，在猪饲料中使用Biofeed酶制剂，使粗蛋白消化率提高9.0%，而干物质消化率提高了11.3%。冯定远(1997)在玉米-豆粕-麸皮型日粮中添加玉米-豆粕型复合酶，以32kg生长猪做试验，粗纤维消化率提高48.9%，粗蛋白消化率提高16.5%，干物质消化率提高了11.30%。徐建雄等（2001）研究了玉米-豆粕型仔猪日粮中添加非淀粉多糖酶对仔猪早期生长性能和消化性能的影响。试验结果表明，添加非淀粉多糖酶使断奶仔猪蛋白质消化率提高9.67%(P<0.05)，有机物消化率提高15.40%(P<0.05)；添加非淀粉多糖酶对仔猪断奶前的生长无明显影响，但对断奶后0～14天的生长有显著的促进作用，可提高仔猪日增重10.40%(P<0.05)，提高窝重17.65%(P<0.05)。

3.2 在家禽饲料中的应用效果  一般来说，酶制剂在家禽饲料中的应用效果优于猪饲料。对于家禽，加酶饲料先进入嗉囊，酶可以在嗉囊pH约为6的条件下消化饲料一段时间，再进入肌胃的酸性环境中；而对于猪，加酶饲料直接进入不利于酶活（酸性蛋白酶除外）的胃酸性环境中。同时家禽小肠较短，食糜在小肠停留的时间较短，肠道微生物活动较弱，食糜中的NSP基本没有被消化；而猪的消化道较长，食糜存留时间长，后肠道微生物发育较完善，对NSP有一定的消化作用。另外，家禽消化道食糜水分含量低（80%），猪消化道食糜水分含量高（90%），猪肠道中食糜的黏性比家禽肠道的黏性低，导致添加复合酶降低黏性的效应不如家禽明显（汪儆，2005）

Eustace等（2005）在2-5周龄肉鸡高纤维（87g/kg和63g/kg）日粮中添加酶制剂，结果表明，添加酶制剂组增重和采食量显著（P<0.05）高于对照组（粗纤维含量36.4g/kg），粗蛋白、粗脂肪和粗纤维的表观消化率显著（P<0.05）高于对照组；酶制剂降低了肉鸡的生产成本。习海波等（2006）研究发现，在低能量日粮中添加0.015％ 的溢多利浓缩微丸酶可显著提高2～7周龄肉仔鸡日增重和期末体重（P<0.05），极显著提高小肠内淀粉酶活性（P<0.05）。王修启等（2004）研究表明，在小麦基础日粮添加木聚糖酶可使蛋鸡平均产蛋率提高6.17 %( P < 0.01)，平均蛋重提高5.24 %( P < 0.01)，料蛋比降低11.3 %( P < 0.01)。钱利纯等（2005）在番鸭高米糠粕日粮中添加酶制，结果表明：添加0.1％酶制剂使番鸭日增重提高10.83％(P<0.01)，饲料利用率提高10.35％(P<0.01)，肝重率提高16.87％(P<0.01)，腹脂率降低10.38％(P>0.05)。添加酶制剂有利于番鸭羽毛生长，防止啄羽，试验第2、第3周加酶组啄羽率比对照组均下降50％。杨桂芹等(2005) ，研究表明：在雏鹅饲粮中添加纤维素酶制剂能显著提高粗纤维、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、干物质、粗蛋白质的表观利用率，其中以2000U/g和4000U/g组最为显著，粗纤维表观利用率提高了43.18%，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、干物质、粗蛋白质分别提高了35.43%、46.51%、8.08%、18.92%。

3.3 在反刍动物中的应用效果  传统反刍动物营养理论观点认为，瘤胃内微生物所产生的酶足以用来降解日粮中的纤维及其它饲料养分。同时认为添加在反刍动物日粮中的外源酶易受瘤胃内蛋白质分解菌破坏(卢庆萍等，2002)。但20世纪90年代中期以后，发现纤维素酶、木聚糖酶等并不为瘤胃或小肠中蛋白酶所水解（Hristov等，1998），而且添加复合酶往往能取得明显的效果（Beauchemin等，1996），故复合酶在反刍动物中的推广应用和作用机制研究愈来愈多（Feng等，1996；Beauchemin等，1999；Lewis等，1999；Yang等，2000）。

大量研究表明，在反刍动物日粮中添加纤维素酶，可增加产奶量(Nussio et al., 1997；张建文等，1998；Rode et al., 1999；Schingoethe et al., 1999；Kung et al., 2000；朱世海等，2004)和日增重(Beauchemin et al., 1999；Iwaasa et al., 1997；McAllister et al.,1999；杨俊奎等，2003)。生产性能的增加是由于饲料消化率提高的结果。大量研究报道反刍动物使用酶制剂能提高饲料干物质和纤维的消化率(张建文等，1998；Krause et al., 1998；Rode et al., 1999；Yang et al., 1999；Beauchemin et al., 2000；Kung et al., 2000).

3.4 在水产动物中的应用效果  饲料酶在动物营养上的研究与应用，主要集中在畜禽生产上，在水生动物中的应用研究较少。

在鲤鱼饲料中添加酶制剂，能提高( P < 0. 05)鲤鱼存活率（周克勇等，2005），提高( P < 0. 05)生长性能（徐国武等，2000；周小秋，2001；周克勇等，2005），提高( P < 0. 05)饵料利用率（徐国武等，2000；周小秋，2001）。钟国防等（2005）研究表明，饲料中添加木聚糖酶、复合酶制剂能显著促进尼罗罗非鱼的生长；添加酶制剂实验组的超氧化物歧化酶活性、溶菌酶活力和抗活性氧能力均显著高于对照组(P<0.01)，添加酶制剂能够提高尼罗罗非鱼的非特异性免疫能力。余丰年等（2001）研究发现，纤维素酶能提高( P < 0. 05) 团头鲂平均增重率和饲料利用率。

4 酶制剂的合理选择和正确运用

目前在饲料中添加酶的研究和应用主要在两方面显示出效果：一是补充在特定条件下动物自身消化酶分泌不足，防止生产性能下降；二是添加动物体内缺乏的植物细胞壁物质分解酶和植酸酶等，扩大动物对饲料养分的利用范围，提高对非常规饲料的利用率。同时,酶制剂具有以下特性:(1)易变性,酶是蛋白质，会被过热、强酸、强碱等因素破坏；(2)专一性,任何一种酶只作用于一种或几种相关的化合物，这叫做酶对底物的专一性。因此要使复合酶的使用达到最佳效果,就必须从以下几个方面综合考虑

4.1需要使用酶制剂的动物  不同动物在不同生理阶段其消化生理存在差异，因此在使用酶制剂时要充分考虑特定动物的消化能力（胃酸分泌能力和内源消化酶活力）而决定是否需要添加消化酶。一般说来，幼龄动物消化道发育不完善，胃酸分泌能力弱，内源消化酶分泌不足，对营养物质的消化力弱，需要额外添加消化酶。而成年动物消化道发育完善，胃酸较多，内源消化酶分泌充足，能很好消化营养物质，添加消化酶的作用不如幼龄动物明显。

4.2饲料配方中原料的组成  根据酶的专一性,即任何一种酶只作用于一种或一类相关的化合物，因此应根据饲料中特定底物的含量来决定是否添加相应的酶及其添加量。一般来讲，饲料配方中植酸磷含量大于 0.15％时，使用植酸酶才有意义。常见饲料原料中非淀粉多糖的种类及含量见表1，常见饲料原料中总磷、植酸磷的含量及利用率见表2

表1  常见饲料原料中非淀粉多糖的种类及含量（%）

表2饲料原料中总磷、植酸磷的含量及利用率

以上两个方面主要是考虑选用何种酶制剂。要保证酶的效果，还必须考虑：

4.3 饲料的加工工艺  因酶是一种蛋白质，在高温条件下会失去活力。鱼饲料的制粒温度一般在90℃以上。因此，要考虑需要添加酶制剂的饲料是否会经过制粒等高温过程，从而考虑选用的酶是否耐高温以及采用何种添加方式。

4.4 酶活性的检测  很多人会认为，酶的活性越高越好。这种观点太片面。酶活性一般是这样定义的：在一定温度和pH条件下，1分钟将底物分解释放1μmol产物所需要的酶量为一个酶活单位，表示为U/g或U/ml。所以，在选择酶制剂时，一定要弄清其酶活定义的条件（温度、pH值）是否与使用对象动物的消化道生理条件一致或接近。如果酶活定义的条件与动物实际消化道生理条件相差太远，那这种高酶活是没有实际价值的。检测酶活时，检测条件一定要与动物的消化道生理条件一致或接近。

综上所述，要正确运用复合酶制剂，应该把握以下几点原则：

动物决定消化酶（蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶），配方决定非消化酶（β-葡聚糖酶、木聚糖酶、果胶酶、β-甘露聚糖酶、纤维素酶和植酸酶），工艺决定（添加）方式，肠道决定酶活（检测条件）。

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