飼用復合酶的現狀與發展

付文友 · 發表于 2009-5-5 17:09:12

本帖最后由付文友于 2009-5-5 17:19 編輯

飼用復合酶的現狀與發展

飼用復合酶是一類新型的活性飼料添加劑，其主要功能因子為蛋白酶、淀粉酶等消化性酶，以及纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、果膠酶等非消化性酶 (即非淀粉多糖水解酶) 。在飼料中添加后，能明顯提高動物的消化率和飼料轉化率；提高日增重，降低料肉比；增加動物營養攝入，縮短生長周期；并能擴大粗飼料的使用量，降低飼料成本；還有防病和減少環境污染等作用，無任何副作用，被譽為真正的綠色添加劑，投入產出比在1：10以上，是飼料添加劑領域最有發展前景的產品。
一、飼用復合酶的發展歷史
酶作為添加劑用于動物飼料是近50年的事。1958年美國華盛頓州立大學的Mc Ginness等人發現，用水浸泡谷物飼料能使21日齡的肉用仔雞增重提高10-15%。這個結果被認為與飼料本身酶的作用有關(谷物浸泡后，可刺激產生大量水解酶)。然而，這個時期的一些動物生理學家曾擔心，添加外源酶會破壞內源或者抑制內源酶的產生，加上當時人們對酶的制取及使用方法都不太清楚，試驗結果不穩定，沒有引起動物學家的注意。直到1975年，美國Kemin公司推出了商品飼用酶，使飼用酶的研究進入了相對穩定的階段。八十年代的大量研究表明，外源酶的添加不僅不會破壞或抑制內源酶，而且能促進動物的消化吸收，從而肯定了酶在飼料中的作用。1985年，芬蘭飼料酶國際有限公司(簡稱FFI)首次在以大麥為基礎的家禽飼料中添加β-葡聚糖酶。1988年，Cultor和SuomenRehu在飼用酶的應用研究上取得了突破性進展，首先證明了復合酶的效果明顯優于單一的β—葡聚糖酶；其次成功地將酶穩定化，確保酶在經過制粒過程后仍然保持高活力。接著FFI公司在飼料酶領域又有一系列的革新，于1989年開發了適用于以大麥為基礎日糧的仔豬飼用酶，1990年開發了適用于不同動物以及不同飼料的復合酶產品。1991年證明了飼用復合酶能減少污染和改善環境，建立了酶在豬和家禽體內的作用模式，1994年新系列的家禽酶問世。
我國飼用酶的研究可追溯到20世紀七十年代，曾進行過酶曲的生產并應用于飼料，但由于技術路線欠妥，加上當時飼料工業體系的尚未形成，國內外關于酶制劑的活性、穩定性、測試方法的研究都未成熟，飼用酶的研究沒能形成氣候。到了20世紀八十年代后期，國內飼料工業已有較大發展，科技進步，特別是生物技術迅速發展，使人們進一步認識到酶作為生物化學反應催化劑在動物飼養中的重要作用，引起了國內科技工作者的重視。改革開放后，國外飼用酶產品先后進入中國市場，如“八寶威”(美國)、“愛維生”(芬蘭)、“保安生”(芬蘭)，其獨特的優越性，開始為飼料界接受。從八十年代后期到九十年代，飼用復合酶的研究、開發、應用，在我國是同步進行的，并得到了高度重視。在“八五”國家科技攻關項目中列出了《飼用復合酶制劑的研究》、《植酸酶研究與開發》等課題，取得了可喜的進展。
二、飼用復合酶的作用
動物飼料中使用復合酶的主要目的是為了提高飼料和養殖企業的經濟效益，飼用復合酶應用于動物或飼料中有以下方面的作用：
1、
補充動物內源酶的不足，提高動物的消化能力
由于不同動物生理上的差異，不同動物消化道中的酶系不同，有些動物腸道內分泌的酶數量很有限，再加上飼料在消化道停留的時間很短，如雞4小時左右，魚4-7小時，所以飼料中的營養成分并不能完全被吸收利用，有相當大的部分作為糞便排出體外，如草魚，對魚粉的消化率為44%左右，對其中蛋白質的消化率為62%，添加復合酶能大大提高動物消化能力；幼年動物分泌的內源酶較少，而且酶系不全，在飼料中添加復合酶可彌補內源酶的不足；處于病理、應激狀態的動物，內源酶分泌發生障礙或分泌減少，需要在飼料中補充復合酶，才能使動物正常生長發育，提高抗病能力。
2、
提高飼料利用率和轉化率
由于植物細胞壁中含有大量的纖維素組成的微纖維埋在木質素、半纖維素和果膠的連續相之中，形成結構穩定且復雜的細胞壁結構，加工粉碎只能打碎部分細胞壁，還有相當多的植物細胞壁完整無損，營養物質包在其中難以被動物消化吸收，飼用復合酶產品中含有一些屬于動物自身不能合成的酶，如纖維素酶、半纖維素酶(包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶等)、果膠酶等非淀粉多糖水解酶，這些酶可以破解植物細胞壁，使營養物質更好地被吸收；分解纖維、半纖維素、果膠后可產生動物能利用的單糖，提高飼料的營養價值；飼用復合酶還能促進飼料中抗營養物質(如大麥中的β—葡聚糖、黑麥中的戊聚糖)的分解，減輕這些物質對動物消化系統的損害作用；半纖維素和果膠部分溶于水后，會產生粘性溶液，增加消化物的粘度，使營養物質和內源酶難以擴散，添加復合酶可降低食糜粘度、促進消化吸收。
3、
緩解飼料資源短缺，開發新飼料資源
解決飼料資源短缺不外乎開源和節流兩種方法。開源即開發新飼料資源，尤其是非常規飼料資源，節流即提高現有常規飼料資源的利用率，飼用復合酶在這兩個領域內均大有用武之地。
4、
節約蛋白資源，降低飼料成本
應用飼用復合酶，可在家畜飼料中使用價廉的蛋白質飼料原料，而不影響生產性能。仔豬或雛雞的蛋白質需求量大，但由于消化道發育不完全，蛋白質消化能力不強，在其日糧中常需使用優質蛋白質飼料，如魚粉或乳制品，使用純植物蛋白飼料往往易導致消化不良。使用復合酶后，可提高無魚粉飼料的消化率，避免消化不良和生長速度降低，并可節約動物蛋白質資源，降低飼料成本。
5、
減少飼料加工環節，提高經濟效益
在幼畜飼料中，常對某些飼料進行加熱、研磨、壓片與膨化等加工處理，以提高飼料的消化率與適口性。使用復合酶后可減少或不使用這些常用的加工環節，降低加工費用。
6、
減少環境污染
使用復合酶可大大減少畜禽排泄物中的有機物，從而大幅度減少它們對土壤和水體的污染。環保意識的加強和一些國家法律上的限制，從客觀上促進了飼料和養殖業廣泛應用飼用復合酶。
三、飼用復合酶的生產方式與產品類型
1、
生產方式
①復配法
是國外普遍采用的生產方式。先通過液體大罐法分別生產單一種酶，然后根據需要復配一種或幾種其它酶。再加一定的載體或稀釋劑稀釋而成。液體生產法自動化程度高，但生產條件要求嚴格，設備投資大。產品制作成本高。這種方式目前還不適合中國國情。
②固體發酵法
是國內復合酶的主要生產形式，它是接種高產酶菌株在麩皮、蔗渣、秸桿粉等固體基質上通過淺盤或通風發酵，將發酵基物直接干燥而成，具有投資少、生產成本低等優點，但存在勞動強度較大，對生產技術管理要求很高(否則容易出現生產不穩定現象)等缺點。
它有如下幾種方式及特點：
a.發酵時，采用單一菌株發酵。發酵容易控制。但酶組成單一，功能不強
b.發酵時，也采用單一菌株發酵，再復配一定種類、一定量的純酶制劑。其酶組成有所改善，但成本高，增大投入。
c.采用兩個以上菌株分別發酵，再按一定比例將它們復配而成。特點是酶組成較全面，但由于復配系數大，彼此稀釋后酶活性下降多，功能也不強。
d.多菌株混合固體發酵法
是將不同的高產酶菌株同時接種發酵，在發酵時，讓每一個菌株最大產酶性能發揮出來，生產出的酶不僅組成全面、活性高、功能強，而且成本也較低，應用效果好。但有很高的技術難度。國內僅有與華農大合作的武漢萬達生物有限公司擁有這方面的成熟技術。
2、
飼用復合酶的產品類型
國內外飼用酶產品主要是復合酶，主要有以下類型：
①
以蛋白酶、淀粉酶為主的飼用復合酶。此類酶制劑主要用于補充動物內源酶的不足。
②
以β—葡聚糖酶為主的飼料復合酶。此類酶制劑主要用于以大麥、燕麥為主要原料的飼料，其主要作用是消除大麥中的β—葡聚糖等抗營養因子，在北美、歐洲應用廣泛。
③
以纖維素酶、果膠酶為主的飼用復合酶。這類酶主要由木霉、曲霉和青霉直接發酵而成，主要作用是破壞植物細胞壁，使細胞中的營養物質釋放出來，增加飼料的營養價值，并能降低胃腸道內容物的粘稠度，促進動物消化吸收。
④
以纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡聚糖酶、果膠酶為主的飼用復合酶。它綜合以上各酶系的共同作用，具有更強的助消化作用。武漢萬達生物工程有限公司生產的萬達福牌飼用復合酶屬此類型。
四、飼用復合酶的質量要求
1、
要求酶系全面
飼料品種較多，但是主要由植物性原料組成。它們含有蛋白質、淀粉、脂肪、纖維素、半纖維素、果膠質等多種成分，因此，一種強功能的飼用復合酶首先應適應飼料成分復雜性的要求，含有多種水解酶類，尤其是非淀粉多糖水解酶，如纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果膠酶等，因為動物缺少這些水解酶類，這些物質又是構成細胞壁的主要成分，是阻礙動物消化吸收營養物質的主要抗性因子。
2、
要求有較高的酶活性
理論上，一個酶分子可以一個一個地分解眾多個底物分子，但酶的作用效率隨催化時間延長和環境影響會逐步下降，且飼料在動物腸胃道的停留時間是有限的，因此，要求產品中酶有效含量較高。
3、
要求產品中酶能適應動物腸胃道環境
要求產品中各種酶能耐受胃液酸度在PH3，甚至PH3以下不受影響，并在37-40℃發揮作用(動物的消化溫度在此范圍內)
4、
要求有較高的熱穩定性
飼用酶在自身生產加工中要有較強抗逆性，而且要能耐受飼料制粒過程中的高溫過程和在較長時間內保持活力。
5、
要求有一定的細度
飼料酶在飼料中添加量較少，要預混均勻，顆粒大小要求在40目以下。
五、萬達福牌飼用復合酶的優勢
1.
技術上的創新與突破
國外飼用復合酶一般采用復配法生產，生產成本較高，國外產品進入中國價格更高，同時其酶系并不完全，國內飼用復合酶主要由微生物發酵法生產，從這些酶的生產菌株來看，一個菌株僅有某些酶活較高，都不能滿足飼料方面萬分復雜性的需要。
本研究采用了多菌種混合固體發酵法，保證了酶組成的多樣性，并由發酵基物直接干燥后，經后處理而成復合酶產品，去掉了酶的提取過程，生產周期短，成本低，而且對酶的破壞程度小。微生物在生長過程中分泌的維生素、未知生長因子等其它有益成分也保留下來。產品價格、酶活性與進口或國產同類產品相比都有明顯優勢。
2、技術水平
技術依托華中農業大學發酵工程室于八十年代初開始從事食品復合酶制劑的研究，并成功的用于豆奶粉、啤酒、醬油、果汁的生產，九十年代初已系統地轉入飼用復合酶的研究，取得較好的成果，有關菌株的研究獲國家教委科技進步二等獎。為使這一技術更好地服務于飼料業，現已在本公司投資批量生產萬達福牌系列飼用復合酶，生產的產品飼喂動物效果非常明顯。產品優于國內外同類產品，主要體現在：
⑴酶活力高于同類產品。例如：FFI公司肇慶分裝廠酶活力指標為：木聚糖酶12800u/g、淀粉酶240u/g、蛋白酶80 u/g、纖維素酶640 u/g、β-葡聚糖酶3200u/g、果膠酶1000 u/g，而萬達福牌系列產品對應的酶活力分別不低于為(木聚糖酶)15000 u/g、(淀粉酶)200 u/g、(蛋白酶)1500 u/g、(纖維素酶)800 u/g、(β-葡聚糖酶)5000 u/g、(果膠酶)2000 u/g。
⑵通過菌種誘變及培養條件的設計，提高了酶的熱穩定性。目前市場上的同類產品在飼料熱制粒過程中酶活力損失在50%以上，高的甚至達80%，我們的產品熱制粒過程中酶活力損失則小于40%。
⑶產品通過特殊的殺菌處理，殺滅了產品中的細菌和霉菌，而酶活不受影響，衛生達到食品級的要求。
⑷開發了系列產品，以滿足不同的動物種類及其不同生長期的需求。
六、飼用復合酶的發展趨勢與前景
飼用復合酶是飼料工業發展到一定階段的必然產物。目前飼用復合酶已經歷了從直接應用于飼料工業到根據飼料工業和養殖業的特點出發開發、生產專用復合酶產品的變化。下一步將以適合中國飼料工業發展的飼用復合酶產品開發為熱點，如現今我國仍以玉米—豆粕型日糧為主，但隨著種植業由糧食——經濟作物向糧食——飼料——經濟作物三元結構的轉變，飼用大麥、小麥、薯類等飼料作物種植面積將會增大。節糧型草食動物也會大大發展，與此相適應的飼用復合酶將應運而生。另外，產品的形式和后處理技術也將出現新的變化。目前國產飼用復合酶大都是粉劑，在飼料中直接添加，這樣的形式將會延續下去，但耐高溫后處理技術和定點釋放技術將更受重視。此外，液態飼用復合酶的開發也將成為今后發展趨勢。在飼用復合酶的應用對象方面，也將會向除豬、雞、鴨等以外的其它經濟動物全面拓展，其應用非常廣闊。