飼用酶制劑的研究現狀及展望

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酶制劑作為一種新型高效飼料添加劑，可以提高動物生產性能和減少排泄物的污染，同時也為開辟新的飼料資源、降低飼料生產成本提供了行之有效的途徑，并為飼料工業高效環保、節糧和可持續發展提供了保障和可能性。飼用酶制劑的研究開發和推廣使用，已成為生物技術在飼料工業中應用的重要領域。
　　飼用酶制劑的生產方法
　　目前在飼料中添加的酶制劑，都是由微生物發酵生產的，其常規工藝為：菌株選育、發酵培養、酶的提取。動植物中也存在各種酶，但從中提取酶成本極高，且生產受季節限制。而用微生物來生產酶制劑，其產量高、生產成本低，且不受季節限制。利用微生物來生產飼用酶制劑，有兩種方法，一是固體發酵，—是液體發酵。
　　與固體發酵培養方式相比，液體深層發酵具有如下優點：(1)液體懸浮狀態是許多微生物的最適生長環境。(2)在液態環境中，菌體、底物，產物(包括熱)易于擴散，使發酵在均質或擬均質條件下進行，便于檢測、控制，易擴大生產規模。(3)液體輸送方便，易于機械化操作。(4)產品易于提取精制。
　　但是，固體發酵也具有很多液體發酵所不具備的優點，主要表現為：(1)培養基簡單，多為便宜的天然基質。(2)基質的低含水量可大大減少生化反應器的體積，不需要廢水處理，較少環境污染，常不需要嚴格的無菌操作，后處理加工方便。(3)不一定連續通風，一般可由間歇通風或氣體擴散完成。(4)產物的產量可較高。(5)設備簡單，投資小，能耗低。
　　由于飼料工業附加值低，飼料用酶無需精制，因此，采用固態發酵更為合適。國內復合酶制劑的生產一般采用固態發酵，液態發酵主要用于植酸酶的生產或生產單酶制劑用于復配合酶制劑。
　　酶制劑的種類
　　消化酶動物體內能夠合成并分泌消化酶到消化道中消化營養物質，若需要強化動物內源酶作用，則需要使用外源的動物消化酶類似物。后者結構和性質可能不同于內源酶，但其作用卻相同，主要包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等。
　　淀粉酶主要包括。α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶以及支鏈淀粉酶，其作用是催化淀粉降解。一般在飼料中多用。α-淀粉酶是內切酶，它催化淀粉分子內部1、4苷鍵的隨機水解。而β-淀粉酶是外切酶。淀粉酶催化淀粉分解為寡糖、雙糖、糊精或葡萄糖和果糖。動物消化道和唾液中含有淀粉酶。
　　蛋白酶蛋白酶是催化分解肽鍵的一群酶的總稱。蛋白酶作用于蛋白質，將其降解為小分子的蛋白胨、肽和氨基酸。飼料中多用酸性和中性蛋白酶，蛋白酶按其作用方式也分為內切酶和外切酶，一般的微生物蛋白酶通常是內切酶和外切酶的混合物。動物體內的蛋白酶多存在于胃液和胰液中，分別為胃蛋白酶和胰蛋白酶，前者屬于酸性蛋白酶，后者屬于堿性蛋白酶。
　　脂肪酶降解甘油三脂(脂肪)為游離脂肪酸和甘油。動物體內的胃液和胰液等都含有多種脂肪酶。
　　非消化酶非消化酶通常是動物自身體內不能合成的酶，一般來源于微生物。主要用于分解動物自身不能消化的物質或降解抗營養因子或有毒有害物質等，主要包括纖維素酶、半纖維素酶、植酸酶、果膠酶等。
　　纖維素酶分解纖維素為纖維二糖、纖維三糖等多糖。β-葡萄糖苷酶則將纖維二糖、纖維三糖分解為葡萄糖。一般認為，纖維素酶為復合酶系。纖維素酶可破壞富含纖維的植物細胞壁，使被其包圍的淀粉、蛋白質和礦物質得以釋放并被消化利用，同時可將纖維部分降解成可消化吸收的還原糖，從而提高動物飼料干物質、蛋白質、粗纖維、淀粉和礦物質等的消化率。目前飼料加工者和營養學家正在豬禽日糧中利用多種纖維素酶來提高飼料的營養價值。
　　半纖維素酶主要包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶和半乳聚糖酶等等。由于除纖維素外的其他非淀粉多糖(半纖維素和果膠等)都可部分溶于水，在消化道形成凝膠狀，使消化道內容物具有較強黏性，因而影響營養物質消化吸收并導致不同程度拉稀，最終影響動物生長和飼料利用率。半纖維素酶的主要作用就是降解這些非淀粉多糖，降低腸道內容物黏性和促進營養物質消化吸收，減少拉稀，從而促進生長和提高飼料利用率。
　　植酸酶是降解飼料植酸及其鹽的酶。在豆科及谷物種子中植酸鹽磷占總磷50％~75％，其化學形式主要是肌醇六磷酸鈣鎂鹽。由于單胃動物不能或很少分泌植酸酶，而豆科和谷物飼料中或多或少存在的該酶活性(主要存在于種子外皮)因加工、儲藏等被破壞，造成這些飼料磷利用率很低(0％~4％)，并嚴重影響飼料中二價陽離子礦物質元素利用，最終導致動物飼養成本增加，排泄過量磷并污染環境。
　　果膠酶果膠酶是分解果膠的酶的通稱，也是一個多酶復合物，它通常包括原果膠酶、果膠甲酯水解酶、果膠酸酶三種酶，這三種酶的聯合作用使果膠質得以完全分解。天然的果膠質在原果膠酶作用下，被轉化成水可溶性的果膠；果膠被果膠甲酯水解酶催化去掉甲酯基因，生成果膠酶；果膠酸酶切斷果膠酸中的。α-1，4-糖苷鍵，生成半乳糖醛酸，半乳糖醛釀進入糖代謝途徑被分解放出能量。飼料工業中果膠酶多用于提高青貯飼料的品質。
　　應用酶制劑的注意事項
　　日糧類型
　　酶制劑的添加效率與動物日糧的組成有關。如玉米含量高的日糧使用酶制劑，對其改善營養價值效果不大，而對以大麥為主的日糧則可提高其代謝能量。同時使用酶制劑的日糧，必須含有足夠數量的營養物質。如此，其利用率才因使用酶制削而得以改善。
　　針對不同的動物和其年齡合理應用
　　一般來說，酶類飼料添加劑用于家畜比用于家禽效果要好，這是由它們各自生理條件所決定的。在動物年齡方面，酶類添加劑主要是用于消化機能不健全的幼齡動物以及消化機能減退的老齡動物和病弱動物。健康成年動物由于其消化機能比較旺盛，因此使用酶制劑的效果相對降低。
　　酶類添加的劑量酶制劑飼料添加劑用量太低，不能啟動相關的生化反應，過量也不能提高反應的速度和程度，并可能產生其他副作用，因此，應根據實際情況和使用說明確定酶制劑的適宜用量。特別應注意植酸酶的使用劑量。合適的添加劑量，是保證植酸酶的作用效果和較好經濟性的關鍵。目前研究表明，飼料中磷最高取代量為0.10％~0.12％。
　　注意飼料加工工藝和使用方法對酶活力的影響
　　飼料在生產過程中，由于粉碎、預混、制粒以及其他添加劑的影響，都可能使酶的活性受損甚至變性，因此使用酶制劑應盡可能減少生產工藝對酶活性的影響。酶是蛋白質，除了極個別酶可以在90℃左右高溫保持結構和功效的穩定，極大多數不具有耐受70℃以上高熱的性質。沒有經過特殊穩定性處理的酶制劑很難經受住制粒工藝而仍維持較高的活力，更不能適應膨化工藝。對于必須制粒或膨化的飼料，宜采用后噴涂工藝技術將飼用酶(液態)均勻添加到配合飼料中。使用酶制劑的飼料最好盡快使用，儲存期限一般不宜超過2個月。
　　酶制劑研究的方向
　　酶的穩定性是酶應用中的一個問題，對于飼料加工過程中溫度和擠壓對酶活性的影響，目前已經提出幾種方法:冷壓制粒、載體吸附法、浸泡或濕拌料法、微囊包被技術、制粒后噴灑等，以提高酶活性和熱穩定性。
　　微生物的生產屬于微生物發酵的范疇。而應用屬于畜牧業的范疇，由于專業間的差異，給酶制劑的管理造成一定困難。目前我國對飼用酶制劑沒有一個統一的標準，酶活定義由企業自定，有的企業采用了或參考原輕工部的標準，采用這一標準綜合酶活一般在一萬左右。有的企業修改了這一標準，采用了更低的計量單位，同樣產品的酶活標量可以高出十幾倍甚至幾十倍。因此給酶制劑的質量評定、飼喂應用帶來一定的困難，同時也不利于生產工藝的進一步優化和產品質量的提高。
　　研究開發對飼料抗營養因子和飼料毒素有效的酶制劑。

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活性的最佳溫度和時間有待進一步研究