飼料酶制劑的應(yīng)用要點(diǎn)與價(jià)值評(píng)定張鐵鷹

飼料酶制劑應(yīng)用要點(diǎn)與價(jià)值評(píng)定報(bào)告人：張鐵鷹博士

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所2009年10月研究方向：酶與抗?fàn)I養(yǎng)因子主要內(nèi)容我國(guó)飼料工業(yè)快速發(fā)展與飼用酶制劑的機(jī)遇和挑戰(zhàn)；酶制劑的應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)影響飼用酶制劑應(yīng)用效果的因素飼用酶制劑的選擇與價(jià)值評(píng)價(jià)飼用酶制劑的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)飼料養(yǎng)殖業(yè)所面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題我國(guó)飼料資源短缺據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2008年我國(guó)累計(jì)進(jìn)口大豆3743.6萬(wàn)噸，豆粕的價(jià)格也居高不下；玉米由出口國(guó)轉(zhuǎn)向進(jìn)口國(guó)，每年進(jìn)口月10萬(wàn)噸，但國(guó)內(nèi)玉米的價(jià)格卻一直居高不下；魚(yú)粉的進(jìn)口量在120萬(wàn)噸左右；2008年，我國(guó)蛋氨酸的進(jìn)口總量達(dá)到9.07萬(wàn)噸;隨著人口增長(zhǎng)和農(nóng)村人口對(duì)動(dòng)物性食品消費(fèi)水平的提高，我國(guó)蛋白質(zhì)飼料的自給率將不足50%；能量飼料的缺口將會(huì)進(jìn)一步加劇。養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)的污染問(wèn)題嚴(yán)重?fù)?jù)統(tǒng)計(jì)，畜禽的糞尿排泄量每天一頭牛為32kg、一頭豬為3.5kg、一只雞為0.15kg，全國(guó)畜禽糞便年產(chǎn)量約為17.3億噸。畜禽排泄物中氮等有機(jī)物對(duì)環(huán)境的污染也日趨突出，2000年時(shí)我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)畜禽糞便產(chǎn)生量已達(dá)到19億t左右，是工業(yè)固體廢物的2.4倍，部分地區(qū)甚至超過(guò)4倍。畜禽糞便中含有的氮和磷的量分別為1597萬(wàn)t和363萬(wàn)t，分別相當(dāng)于我國(guó)同期化肥用量的78.9%和57.4%。養(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境污染問(wèn)題已越來(lái)越受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注。氮是重要的污染源之一糞便中氮含量過(guò)高，未經(jīng)處理糞便中一部分氮會(huì)揮發(fā)到大氣中增加大氣氮的含量和惡臭氣味，嚴(yán)重時(shí)可構(gòu)成酸雨，危害植物。其余大部分氮被氧化成硝酸鹽經(jīng)地下水或地面水滲流到各種天然水體，從而造成廣泛的污染。糞便臭味污染亦日趨嚴(yán)重，養(yǎng)殖密度高，土壤、水和空氣受到了嚴(yán)重的污染。污染空氣畜禽糞便的堆積，會(huì)產(chǎn)生大量含氨、硫化氫、甲烷、吲哚、糞臭素等有毒有害氣體成分，這類惡臭氣體污染空氣，不僅對(duì)畜禽正常生長(zhǎng)造成不利，而且直接給臨近居民的精神和健康帶來(lái)不良影響。磷是另一重要污染源之一飼料中三分之二的磷是以植酸磷形式存在，很難被單胃動(dòng)物消化利用，大部分隨糞便排出體外。磷進(jìn)入水體后會(huì)直接導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化,使藻類和其他水生植物快速生長(zhǎng),消耗水中的氧,使水變黑、變臭,魚(yú)類和其他水生物大量死亡。藍(lán)藻可產(chǎn)生致癌毒素，對(duì)居民的身體健康產(chǎn)生巨大威脅。酶制劑的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)酶制劑的發(fā)展機(jī)遇開(kāi)發(fā)利用新的飼料資源對(duì)羽毛粉、血粉等動(dòng)物屠宰廢棄物進(jìn)行加工處理，提高其消化利用；消除非常規(guī)飼料原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高其在配方中的比例和利用率；提高常規(guī)飼料玉米、豆粕等養(yǎng)分的利用效率；在飼料中添加酶制劑已經(jīng)成為普遍，目前飼用酶制劑發(fā)展的真正黃金季節(jié)。飼料企業(yè)和養(yǎng)殖企業(yè)對(duì)酶制劑產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高，已經(jīng)完全由概念性的產(chǎn)品，向經(jīng)濟(jì)效益型產(chǎn)品轉(zhuǎn)變；對(duì)酶制劑產(chǎn)品的科技含量，性價(jià)比，提出了更高的要求；飼料企業(yè)一味以價(jià)格作為選擇酶制劑產(chǎn)品的主要標(biāo)準(zhǔn)，很大程度上限制了酶制劑行業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用效果的體現(xiàn)。酶制劑面臨的挑戰(zhàn)酶制劑的應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)提高畜禽消化道內(nèi)源酶活彌補(bǔ)幼齡畜禽消化道內(nèi)源酶不足，如蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等活性（仔豬和雛雞），降低幼畜腹瀉，改善其生產(chǎn)性能。雛雞（蛋雞和肉雞）過(guò)料現(xiàn)象，體重不達(dá)標(biāo)。張鐵鷹2002年以非淀粉多糖酶為主，增加飼料配方中次粉或麩皮小麥的用量以及雜粕的用量；關(guān)于內(nèi)源酶與外源酶之間的關(guān)系；內(nèi)源消化酶分泌需要消耗動(dòng)物大量的能量和蛋白，其中胰蛋白酶抑制劑是一個(gè)有力證據(jù)。72.84±2.95b不同日齡AA肉雞粗脂肪消化率21d粗脂肪消化率（%）79.32±2.2883.35±1.6142d56d日齡階段在肉雞飼料中脂肪添加比例較高，建議全期使用脂肪酶；使用中直接替代日糧中的油脂或者降低飼料的有效能值。破壞植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)加酶前釋放細(xì)胞壁內(nèi)養(yǎng)分幾種常用飼料中NSP的組成與含量（％DM）

飼料Feed總非淀粉多糖TNSP阿拉伯糖Arabinose木糖Xylose甘露糖Mannose半乳糖Galactose葡萄糖Glucose糖醛酸Uronicacids木質(zhì)素Klasonlignin小麥Wheat10.22.33.70.50.42.70.71.1大麥Barley15.82.55.00.40.37.51.23.3黑麥Rye12.72.84.40.60.53.70.61.6燕麥Oats20.01.56.50.30.59.70.95.6小麥麩Wheatbran38.28.714.90.40.911.02.35.8玉米

Maize10.31.82.40.20.43.70.70.6玉米皮Maizebran59.611.718.50.32.926.73.31.6豆粕Soybeanmeal19.62.51.71.04.95.93.63.0豆殼Soybeanbran58.74.77.55.03.330.17.52.0小麥與玉米的營(yíng)養(yǎng)與優(yōu)缺點(diǎn)比較

項(xiàng)目玉米(GB2級(jí))小麥(GB2級(jí))粗蛋白8.7％13.9％豬消化能3360kcal/kg3250kcal/kg賴氨酸0.24％0.30％蛋氨酸0.18％0.25％蘇氨酸0.31%0.34%維生素評(píng)價(jià)富含VA和VＥ富含Ｂ族和VＥ亞油酸1.92％0.93％有效磷0.1%0.21%粗脂肪3.60％1.70％增加麥類飼料的應(yīng)用比例豬日糧中使用小麥注意事項(xiàng)小麥替代玉米后在日糧中的使用比例：小豬1０％～2０％，中豬20％～40％，大豬40％～60％，懷孕母豬20～30%。由于小麥本身的纖維素含量就比較高，在大量添加小麥時(shí)可以減少或不使用麥麩。用小麥替代玉米后，降低豆粕的用量，做好氨基酸的不足和平衡問(wèn)題。小麥加工問(wèn)題：小麥日糧制粒后相對(duì)玉米而言結(jié)合緊密，制粒效果好。用作粉料時(shí)不能粉碎太細(xì)，過(guò)細(xì)的小麥因?yàn)樘扯绊懖墒沉?，在母豬階段還容易造成胃潰瘍等不良影響。小麥喂豬，一粒小麥粉碎成４～５個(gè)碎粒為宜。這樣既可獲得較高的消化率，又可獲得較高的飼料報(bào)酬，還會(huì)具有較好的飼料流動(dòng)性。另外應(yīng)該特別注意小麥原料本身的品質(zhì)，要特別注意小麥的霉變問(wèn)題。由于我們長(zhǎng)期都用玉米作為主要原料，所以在使用小麥時(shí)，應(yīng)該采用逐步加量過(guò)渡，邊觀察邊加量的方法，讓豬逐漸適應(yīng)新飼料，避免一次性換料帶來(lái)的應(yīng)激損失。提高磷等礦物質(zhì)的利用效率復(fù)合酶與植酸酶同時(shí)使用，Juanpere

等(2005)、Kim等(2005)和Cowieson

和Adeola(2005)研究均表明在玉米型的日糧中木聚糖酶等非淀粉多糖酶和植酸酶同時(shí)添加，二者具有在增加愛(ài)磷沉積方面具有明顯的協(xié)同效應(yīng)，且在小麥日糧中的效果更明顯。影響飼用酶制劑應(yīng)用效果的因素預(yù)混料中礦物元素對(duì)酶活性的影響在預(yù)混料中使用，先與有機(jī)載體混合后再與礦物元素和維生素混合，避免直接與礦物元素等或者過(guò)酸或過(guò)堿的物質(zhì)直接混合。氧化性較強(qiáng)的硫酸銅等一些含有結(jié)晶水的礦物元素；乳豬料中的酸化劑；肉雞或蛋雞飼料中的碳酸氫鈉；抗生素對(duì)酶的活性沒(méi)有影響。與配合飼料的混合均勻度粉狀酶制劑：飼喂粉狀飼料的產(chǎn)蛋雞，可能會(huì)出現(xiàn)采食不均勻現(xiàn)象。顆粒狀的酶制劑：飼料中注意混合均勻度和采食均勻度，盡量選擇添加量大，顆粒直徑小的產(chǎn)品。制粒溫度在60℃以內(nèi)不會(huì)對(duì)酶制劑的活性有影響，85℃條件下，通常損失較大；顆粒酶或者包衣酶很好地解決了貯存和制粒問(wèn)題，但還要考慮到酶活在進(jìn)入消化道內(nèi)的釋放情況。飼料制粒溫度畜禽飲水水中的消毒劑

不同濃度次氯酸鈉溶液對(duì)木聚糖酶活性的影響（25℃，12h）溫度、時(shí)間和水源對(duì)木聚糖酶活性的影響自來(lái)水中氯不同揮發(fā)時(shí)間對(duì)木聚糖酶活性的影響提示在利用消毒劑處理畜禽飲水時(shí)，一定要盡可能使消毒后水體中的消毒劑成分揮發(fā)徹底；酶本身是一種蛋白質(zhì)，其活性易受多種因素的影響（溫度、pH、底物、激活劑與抑制劑以及蛋白質(zhì)水解酶等）。溫度：37℃～41℃pH:2.0~7.0激活與抑制劑：存在大量的金屬離子蛋白質(zhì)水解酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶底物：植酸多數(shù)是以鈣鹽和鎂鹽的形式結(jié)合，并被多種植物組織所包裹，其它抗?fàn)I養(yǎng)因子被大量的養(yǎng)分所包裹。影響植酸酶活性消化道內(nèi)環(huán)境因素圖1不同pH下纖維素酶活性的表現(xiàn)圖2不同pH下木聚糖酶活性的表現(xiàn)

5種纖維素酶的最適pH均為值5.0，隨著環(huán)境pH遠(yuǎn)離5.0，活性均出現(xiàn)下降，X2的最適pH為5.5，其余4種木聚糖酶的最適pH為5.0，當(dāng)環(huán)境的pH遠(yuǎn)離最適pH時(shí)活性出現(xiàn)下降，但是下降的幅度不同。動(dòng)物消化道內(nèi)的pH環(huán)境對(duì)酶活性的影響不同pH下黑曲霉植酸酶活性隨時(shí)間的變化與最適pH接近條件下，初期酶活下降速度較快，隨后趨于穩(wěn)定，酶活受影響較小。遠(yuǎn)離最適pH條件下，對(duì)植酸酶活性的影響隨時(shí)間增加不同pH下植酸酶活性隨時(shí)間的變化規(guī)律

胃蛋白酶和胰酶對(duì)植酸酶活性的影響酶活隨著溫度有上升的趨勢(shì)，在50℃下10種酶制劑活性最高。X2最適溫度和pH為50℃和5.5，其余9種酶的最適條件均為50℃，pH5.0

。畜禽消化道內(nèi)的溫度對(duì)酶活性的影響不同日齡各段食糜中酶活保留率的比較

金屬離子對(duì)植酸酶活性的影響

為了維持畜禽快速地生長(zhǎng)發(fā)育，飼料中往往含有Ca2+、Mg2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+和Fe2+等礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素。

在中性pH條件下，Zn2+>>Fe2+>Mn2+>Fe3+>Ca2+>Mg2+

。將反應(yīng)體系的pH降低，各二價(jià)金屬離子對(duì)植酸酶的抑制作用均有降低趨勢(shì)。Davidetal(1999)不同金屬陽(yáng)離子對(duì)植酸酶活性的抑制強(qiáng)度日糧中礦物元素對(duì)植酸酶水解植酸的影響

通過(guò)模擬28日齡肉仔雞嗉囊、胃、小腸中pH條件、金屬離子和底物，研究了2價(jià)金屬離子（Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+和Mg2+）對(duì)植酸酶水解植酸磷釋放無(wú)機(jī)磷的影響。參照28日齡肉仔雞飼料中金屬離子和總植酸磷含量及植酸酶添加量。

嗉囊pH條件下金屬離子對(duì)植酸酶水解植酸磷產(chǎn)生無(wú)機(jī)磷的影響

鈣離子對(duì)植酸酶的影響鎂離子對(duì)植酸酶的影響鐵離子對(duì)植酸酶的影響銅離子對(duì)植酸酶的影響鋅離子對(duì)植酸酶的影響錳離子對(duì)植酸酶的影響結(jié)果分析1在模擬嗉囊pH為4.45的條件下，Ca2+、Mg2+、Cu2+、Mn2+均對(duì)植酸酶水解植酸產(chǎn)生無(wú)機(jī)磷有激活作用，其中Ca2+、Mg2+的激活作用較大，Mg2+在初期即對(duì)植酸酶有較大的激活作用，25min時(shí)可達(dá)155%；Cu2+、Mn2+雖然有一定的激活作用，但作用不如Ca2+、Mg2+的作用明顯。而Fe2+和Zn2+則未表現(xiàn)明顯的激活或抑制作用。胃pH條件下金屬離子對(duì)植酸酶水解植酸磷產(chǎn)生無(wú)機(jī)磷的影響鈣離子對(duì)植酸酶的影響鎂離子對(duì)植酸酶的影響鐵離子對(duì)植酸酶的影響銅離子對(duì)植酸酶的影響錳離子對(duì)植酸酶的影響鋅離子對(duì)植酸酶的影響在模擬胃pH為3.22的條件下，Ca2+、Mg2+依然對(duì)植酸酶水解植酸產(chǎn)生無(wú)機(jī)磷有較大的激活作用，其中Ca2+的作用較大，在15min時(shí)可達(dá)359%，隨著時(shí)間的增加激活作用逐漸減少;Mg2+也表現(xiàn)出一定的激活作用;其他離子則因?yàn)閜H的降低表現(xiàn)出較大的差異，F(xiàn)e2+、Mn2+表現(xiàn)出一定的抑制作用;Cu2+、Zn2+則表現(xiàn)為前期抑制，后期激活，隨著時(shí)間的增加而表現(xiàn)出不同的作用。結(jié)果分析2小腸pH條件下金屬離子對(duì)植酸酶水解植酸磷產(chǎn)生無(wú)機(jī)磷的影響鈣離子對(duì)植酸酶的影響鎂離子對(duì)植酸酶的影響鐵離子對(duì)植酸酶的影響銅離子對(duì)植酸酶的影響錳離子對(duì)植酸酶的影響鋅離子對(duì)植酸酶的影響在模擬小腸pH為5.93的條件下，Ca2+對(duì)植酸酶水解植酸產(chǎn)生無(wú)機(jī)磷的量具有強(qiáng)烈的抑制作用;Fe2+、Cu2+、Zn2+也均對(duì)植酸酶有抑制作用，其中Zn2+的抑制作用較大。Mg2+、Mn2+則表現(xiàn)出一定的激活作用，其中Mg2+的激活作用較明顯。結(jié)果分析3飼用酶制劑受消化道內(nèi)環(huán)境的影響較大，這可能是制約酶制劑發(fā)揮其作用效果的主要因素之一。從pH和蛋白質(zhì)水解酶對(duì)酶活性影響的角度來(lái)講，飼用酶作用位點(diǎn)應(yīng)在酸性pH的消化道部位。日糧中的礦物元素對(duì)酶制劑的活性也有較大的影響。綜合考慮需要篩選酶制劑的酶活組合時(shí)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)考慮其在畜禽消化道內(nèi)的穩(wěn)定性。如何提高酶制劑的活性在畜禽消化道內(nèi)的活性存留是非常值得研究問(wèn)題？小結(jié)解決問(wèn)題的方向提高微生物酶作用的最適pH范圍（Tomschy等，2002）；提高微生物酶抗蛋白酶水解的能力（Wyss等，1999）；找到微生物酶的適宜作用位點(diǎn)，通過(guò)包被處理實(shí)施分布定點(diǎn)釋放，避開(kāi)消化道內(nèi)不利因素的影響是提高微生物酶蛋白活性和作用效果的關(guān)鍵。21日齡植酸酶不同釋放模式對(duì)磷體外消化率的影響42日齡植酸酶不同釋放模式對(duì)磷體外消化率的影響飼用酶制劑的選擇與價(jià)值評(píng)價(jià)注意測(cè)定方法－－用統(tǒng)一的酶活測(cè)定方法進(jìn)行評(píng)價(jià)和選擇。1.酶活測(cè)定酶樣品CMC濾紙燕麥木聚糖樺木木聚糖C1C2C3C4C5X1X2X3X4X52499.572179.318852.971903.87735.002892.901890.921251.29187.6177.1316.6633.2270.4731.188.4021.2920.6221.898.404.269132.862596.494949.022483.961172.2370230.2498038.6335037.6512531.001341.254256.381649.202613.851650.47429.1433477.4560085.8324197.247270.28684.72用CMC為底物測(cè)定的纖維素酶活性遠(yuǎn)高于濾紙，以燕麥木聚糖為底物測(cè)定的木聚糖酶活性也高于樺木木聚糖，10種酶制劑均含有纖維素酶和木聚糖酶。不同測(cè)定底物對(duì)纖維素酶和木聚糖酶活性影響

底物對(duì)酶活性的影響圖4濾紙酶和羧甲基纖維素酶關(guān)系圖5燕麥木聚糖酶和樺木木聚糖酶的關(guān)系

用羧甲基纖維素鈉和濾紙測(cè)定的纖維素酶、用燕麥木聚糖和樺木木聚糖測(cè)定的木聚糖酶之間存在高度的相關(guān)性，當(dāng)比較不同酶間活性時(shí)，可以用其中的一種底物即可。2.檢測(cè)預(yù)選酶消化道內(nèi)環(huán)境pH的敏感性，檢測(cè)所預(yù)選用酶制劑產(chǎn)品在不同pH條件下的活性表現(xiàn)；3.檢測(cè)與選用的酶制劑產(chǎn)品對(duì)抵抗胃蛋白酶、胰蛋白酶等蛋白質(zhì)水解酶的抵抗情況；4.檢測(cè)顆粒酶或者包衣酶在水中的酶活釋放情況。酶制劑產(chǎn)品選擇的原則

飼料養(yǎng)分消化率（能量、蛋白和礦物質(zhì)）；生產(chǎn)性能（日增重和采食量），肉雞試驗(yàn)中在21日齡前很難做出較明顯的差異；控制好試驗(yàn)動(dòng)物的體重，最好保持一致，試驗(yàn)結(jié)果的誤差小；體重直接影響動(dòng)物的采食量，進(jìn)而影響到消化率。2.動(dòng)物試驗(yàn)發(fā)展和建立統(tǒng)一的酶制劑評(píng)定方法

動(dòng)物試驗(yàn)試驗(yàn)：缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的操作程序（雞，豬）、耗時(shí)、費(fèi)力、外界因素（氣候、環(huán)境、人）影響較大。

體外消化模擬技術(shù)：重演性好、快捷、省時(shí)。3.體外消化模擬系統(tǒng)嗉囊和胃消化室

小腸消化室

評(píng)定不同劑量植酸酶作用效果的可行性不同劑量植酸酶對(duì)日糧磷體外消化率的影響不同劑量植酸酶對(duì)日糧有效磷釋放量的影響日糧磷體外消化率和有效磷釋放量與肉仔雞日增重、采食量和磷回腸消化率的相關(guān)性磷回腸消化率（%）

R2磷體外消化率y=0.4319x-3.74920.962有效磷釋放量y=9.6517x-4.22760.976日增重（g/d）

磷體外消化率y=0.2299x+4.72660.971有效磷釋放量y=5.0976x+4.60510.970日采食量（g/d）磷體外消化率y=0.2657x+4.1220.990有效磷釋放量y=5.8839x+14.0060.987日糧磷體外消化率和有效磷釋放量與

脛骨指標(biāo)的相關(guān)性

脛骨灰分沉積量（g）R2磷體外消化率y=0.008x-0.10390.903有效磷釋放量y=0.177x-0.10680.898脛骨磷沉積量（mg）磷體外消化率y=1.2906x-13.6710.866有效磷釋放量y=28.532x-14.0630.859脛骨灰分中磷含量（%）

磷體外消化率y=0.0191x+15.1620.986有效磷釋放量y=0.4229x+15.1520.984不同植酸酶產(chǎn)品對(duì)日糧磷體外消化率的影響評(píng)定不同植酸酶產(chǎn)品作用效果的可行性

不同植酸酶產(chǎn)品對(duì)日糧有效磷釋放量的影響磷體外消化率和有效磷釋放量與肉仔雞采食量和磷回腸表觀消化率的相關(guān)性磷回腸表觀消化率

R2磷體外消化率y=0.3174x+33.908