唐香山1,　周双德2,　张学文1

(1.湖南农业大学生物技术系,　湖南长沙　410128;　2.湖南长沙拓普生物技术有限公司)

　　在自然条件下,禽畜的消化能力和对饲料的利用有一定限度。在饲料中添加酶制剂,可以强化分解功能,提高消化效率,促进营养物质的吸收。现代营养学研究表明,单胃动物消化道内缺乏植酸酶、纤维素酶类和非淀粉多糖酶类。反刍动物使用非淀粉多糖酶类、淀粉酶和蛋白酶能明显提高瘤胃中碳水化合物、小肠中淀粉和蛋白质的消化利用率。断奶后的幼畜消化道内各种微生物区系还没有形成,各种消化酶类十分缺乏,添加外源酶制剂很有必要性。酶制剂的使用不仅具有很好的营养学作用,因其具有不产生残留、无毒、无副作用等优点,从而提高了畜产品的质量,减少了废弃物对环境的污染。

1　酶制剂应用现状

    酶作为添加剂、发酵剂最初只是用于食品工业上,20世纪50年代酶才作为饲料添加剂应用于畜牧业中。将酶添加于鸡饲料中,能使鸡的免疫力增强生产性能提高,减少疾病和环境污染。80年代,酶制剂开始在我国饲料工业饲料中运用。90年代初,广东省珠海市生产的饲用酶制剂开始进入市场,这是国内最早生产的商品用饲用酶制剂产品。2000年,我国饲用酶制剂的年销售量达到8000ｔ以上。饲用酶制剂作为一类高效、无毒、无副作用和环保型的“绿色”饲料添加剂在21世纪将有十分广阔的应用前景。我国配合饲料年产量约6500万ｔ,其中20%左右已加酶,用酶约10000ｔ。据国内市场潜力分析,2005年饲用复合酶制剂的市场容量预计达到20万ｔ。因此,饲用酶制剂在我国还有很大的市场空间和潜力。目前我国饲用酶制剂的市场已经初步形成,并逐步发展,各类酶制剂在国内有良好的发展势头和前景。

2　酶制剂的分类及作用机理

   饲用酶制剂包括单一酶制剂和复合酶制剂,现在使用的多为复合酶制剂。饲用复合酶由非内源消化酶和内源消化酶两大类组成。非内源消化酶包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、果胶酶、甘露聚糖酶等,内源消化酶则包括蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。饲用复合酶中各种酶的种类和比例与动物饲料组分有关,不同饲料配比所含抗营养因子的种类和比例不同,需要饲用酶制剂所含酶的种类和比例也不同。此外,也与动物种类、生长阶段有关,饲用酶制剂所含酶的种类和比例与动物种类、生长阶段相适应。因此,饲用复合酶制剂中各种酶的配比既和饲料化学成分的性质有关,也和动物消化系统的生理特点有关。一种好的饲用复合酶制剂产品,需要熟悉酶制剂生产工艺的微生物发酵专家和熟悉饲料成分及动物消化生理特点的饲料营养专家来共同设计。在饲料工业和养殖业中如何正确合理地应用饲用酶制剂,也需要动物营养和饲料科学的专家来共同指导。一般来说,复合酶制剂比单一酶制剂效果好,但并不意味着复合酶制剂中酶种类愈多愈好。复合酶制剂有两种,多数由几种单一酶混合调制而成,还有一种是由一种微生物产生含多种酶系的复合酶制剂,后者具有很好的发展前途,是饲用酶制剂发展的方向。一般情况下,添加以内源性消化酶为主的复合酶作用不太明显,添加以外源性酶为主的复合酶才有实际意义。外源性酶主要用于补充幼禽畜内源酶的不足,同时还能激活内源酶的分泌,有利于幼禽畜对淀粉和蛋白质的吸收和利用。

2.1　复合酶制剂

   由于酶具有严格的专一性和特异性,因此使用单一酶的效果要低于多酶体系,利用各种酶的协同作用最大限度地提高饲料中能量、蛋白质、纤维素等营养物质的利用率,从而达到增重、降低饲料消耗率的目的。复合酶制剂主要有:

2.1.1　以蛋白酶、淀粉酶为主的饲用复合酶。这一类酶制剂主要用于补充动物内源酶的不足。

2.1.2　以纤维素酶、果胶酶为主的饲用复合酶。此类复合酶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,供进一步消化吸收,并能消除饲料中的抗营养因子,降低肠胃道内容物的粘稠度,促进动物消化吸收。

2.1.3　以β-葡聚糖酶为主的饲用复合酶。此类酶制剂主要是北美、欧洲及以大麦为饲料主原料的国家应用。

2.2　酶制剂作用机理

2.2.1　酶通过参加生化反应促进蛋白质、脂肪、纤维素、淀粉以及其他营养物质的吸收和利用。它能打破细胞壁,使胞内原生质暴露出来,由内源酶进一步降解,所以除了细胞壁被降解供能外,还提高了胞内物质的消化率,从而有效地提高了饲料的有效能值;补充了内源酶的不足;消除了抗营养因子(拮抗因子);还具有维持小肠绒毛形态完整,促进营养物质的吸收利用。

2.2.2　向饲料中添加酶制剂可以补充动物体内某些消化酶的不足,促进营养物质的消化吸收,促进生长发育,防止疾病尤其是胃肠道疾病的发生。产业化养殖禽畜,尤其是幼龄动物,因其消化器官分泌的酶系和酶量不足,对饲料的消化能力差,极易引起消化不良、腹泻与消瘦等疾病。因此在未成熟动物的饲料中添加消化酶就显得尤为重要。

3　酶制剂应用存在的问题及其对策

    目前,在饲料中添加的酶制剂都是由微生物生产的。利用微生物来生产酶制剂的两种方法,一是固体发酵,二是液体发酵。目前国产复合酶大多为固体发酵,生产的复合酶质量不稳定,发酵水平和酶蛋白的产量也较低。另外我国饲料厂颗粒饲料制粒温度普遍较高,制粒后复合酶的各种酶活性都有不同程度的降低,影响了酶制剂的效果,采用稳定化或包被处理可以使酶的热稳定性有所提高。因此,如何减少在生产加工、贮存过程中对酶活性的影响是目前需要解决的重要问题之一。目前国内市场植酸酶生产成本、价格偏高,微生物发酵产植酸酶的酶活力不高,也是制约其广泛应用的原因之一。针对上述问题,今后酶制剂的研究应要集中在以下几个方面:(1)酶制剂的最佳添加量;(2)扩大酶的来源;(3)深入研究酶产生效益的机理模式;(4)提高酶的质量;(5)研究低成本酶制剂;(6)控制酶制剂分解过程的终产物;(7)研究不同酶的最佳作用位点;(8)集多种酶于同一微生物生产,由于饲料成分复杂,添加复合酶效果比单一酶好。采用固体发酵生产的酶制剂,都是复合酶,以一种酶为主,还含有其他几种酶,活力较高。如果采用基因工程方法,构筑基因工程菌,使两种以上高活力的酶的基因在同一种菌表达。如可采用将高产活力蛋白酶、果胶酶、α-半乳糖苷酶的基因构筑在同一菌中,生产的酶用在以豆饼为主要蛋白源的饲料中。将纤维素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、植酸酶这些单胃动物体内不能分泌的酶的基因构筑在一起,来产生复合酶,这样可以极大地降低成本,促进酶制剂广泛应用。

4　酶制剂发展前景

   我国各地主要粮食作物差异较大,酶制剂对潜在饲料资源的利用和新饲料资源的开发有较大的作用。由此人们迫切需要发展酶制剂等环保节能型绿色饲料添加剂。我国政府也正积极通过禁止在饲料中使用抗生素、激素等方式来保障饲料和食品的安全,维护生态平衡。预计未来10年内,随着科技水平不断提高,生产成本的下降,饲用酶的产销量必然大幅度提高。饲用酶制剂在生产中的普遍应用虽然还面临着许多问题,但随着生物技术特别是基因工程技术和生产技术的提高,都将逐一解决。随着人们生活水平的提高及环境意识的增强,饲用酶制剂以其不产生残留、无抗药性、不污染环境等优势将会进一步被推广应用。饲用酶制剂既能提高饲料的消化率和利用率,提高禽畜及鱼类的生产性能,又能减少禽畜排泄物中的氮、磷的排泄量,保护水体和土壤免受污染,因而饲用酶制剂作为一类高效、无毒副作用和环保型的“绿色”饲料添加剂,在21世纪将有着十分广阔的应用前景。