自1958 年研究以來,酶制劑在飼料工業中的應用已經有50 多年的歷史。飼用酶制劑不僅可提高飼料利用率、節約糧食,還可以部分代替抗生素和有機砷等物質,具有無毒、無害、無殘留等優點,符合綠色環保的要求,因此在提倡“綠色農業”的今天,隨著生物技術的不斷發展,酶制劑的應用前景也更為廣闊,為飼料工業向高效、無污染、無殘留的方向發展提供了可能。
1· 飼用酶制劑概述
目前,飼料中添加的酶制劑,都是由微生物產生的。動植物中也存在各種酶,但從中提取產量低、成本極高,且生產受季節等多種因素的限制,利用微生物生產則克服了上述缺點。酶作為動物機體活細胞產生的一種具有高效生物催化活性的蛋白質,在機體內將各種大分子營養物質分解成可供機體吸收利用的小分子營養物質。研究表明,飼料中外源酶制劑的添加,不僅不會影響內源酶活性,還能加快營養物質的吸收利用,并進一步降低飼料成本。酶制劑作為一種新型高效的飼料添加劑,從最初的淀粉酶和蛋白酶到現在的植酸酶和非淀粉多糖復合酶等,從補充內源酶分泌的不足到消除飼料中各種抗營養因子和毒素等,飼用酶制劑的種類越來越多,其應用范圍也越來越廣。
目前,在動物飼料中添加的酶制劑主要分為兩大類,單酶制劑和復合酶制劑。單酶制劑又可分為內源性消化酶( 淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等) 和外源性消化酶( 植酸酶、非淀粉多糖酶等)。復合酶制劑由于具有不同的功能特點,分為以β -葡聚糖酶為主的飼用復合酶制劑,以蛋白酶和淀粉酶為主的飼用復合酶制劑,以纖維素酶、木聚糖酶和果膠酶為主的飼用復合酶制劑,以植酸酶為主的飼用復合酶制劑等幾大類。其中,以植酸酶和非淀粉多糖酶等應用較為廣泛。
酶制劑是一種特殊的飼料添加劑,具有營養性添加劑和非營養性添加劑兩方面的作用。研究表明,酶制劑在改善動物營養物質消化利用率、促進腸道健康、生理和免疫調控、脫毒解毒、抑菌殺菌、抗氧化等方面具有特殊作用。
2· 酶制劑在豬生產中的應用
2.1 纖維素酶在豬生產中的應用
豬的常規型飼料主要以玉米-豆粕( 豆餅) 型為主,然而這類籽實飼料的細胞壁主要是由非淀粉多糖( N S P,抗營養因子) 組成,導致豬胃腸道食糜粘度增加,消化道內食糜粘性上升引起營養物質吸收不良,營養物質的富集會使大量有害細菌增殖,對腸道黏膜上的絨毛與微絨毛的形態結構造成損傷,引起腹瀉,從而降低營養物質的吸收率。
單胃動物( 尤其是仔豬) 體內并不能分泌N S P 酶來降解細胞壁,進而影響動物機體對營養物質進行消化和吸收。
孫守田等在仔豬的玉米-豆粕型日糧中添加了0.15% 的復合纖維素酶,試驗結果表明,纖維素酶對仔豬的生長速度有很好的促進效果,同時還能減輕斷乳仔豬的腹瀉問題。于桂陽等在28 日齡斷奶仔豬的玉米- 豆粕型日糧中添加了0.1% 的復合酶制劑,結果表明,仔豬平均日增重比對照組提高42.11%,飼料轉化率提高12.32%。李德發等在平均體重為19k g 的生長豬的小麥麩日糧中添加纖維素酶,結果發現,在試驗期0 ~ 2 周,平均日采食、平均日增重分別提高5%、6.2% ;3 ~ 4 周平均日增重提高了8.1% ;料重比降低6%。任繼平等研究魯梅克斯K -1 草粉日糧中添加纖維素酶對生長豬生長性能的影響時發現,纖維素酶能顯著提高生長豬的養分消化率和采食量。楊葉東等在15k g 左右的皮大長雜交生長豬日糧中添加0.1% 纖維素酶制劑,試驗結果表明,日增重比對照組提高15.64%,差異極顯著(P< 0.01)。
此外,有研究認為,飼糧中添加纖維素酶能夠提高豬胴體品質和肉品質。T h a c k e r 報道,在育肥豬的日糧( 以大麥為基礎) 中添加0.1% 的復合纖維素酶,其增重、飼料轉化率雖然沒有得到改善,但其腰部的瘦肉厚度卻得到了極顯著提高(P < 0.01)。這與何萬領等在肉雞上的試驗得出的結論一致。
2.2 植酸酶在豬生產中的應用
植酸廣泛存在于各種植物性飼料原料中,易與磷結合成植酸磷。植酸磷是一種典型的抗營養因子,不能被動物體吸收利用,不僅降低了飼料中磷的利用率,還可以絡合鈣、鐵、錳、鋅等金屬離子形成不溶物。植酸酶是一種動物本身不能生產但可以水解飼料原料中植酸及植酸鹽的一種酯酶。在飼料中添加植酸酶,可有效分解各種飼料原料中的植酸及植酸鹽,促進動物體對磷的吸收利用,消除植酸的抗營養作用,增加飼料養分消化率,同時減少動物糞便中磷的含量。
黃怡等將植酸酶和纖維素酶以1 ∶ 1 的比例混合,添加到20k g仔豬的玉米- 豆粕型日糧中,結果表明,復合酶制劑能提高斷奶仔豬的平均日增重,降低耗料增重比,提高飼料轉化率,還能提高斷奶仔豬對營養物質的消化率( 脂肪除外)。邊連全等研究發現,在日糧中添加500FTU/kg 微生物植酸酶的條件下,生長豬對小麥、稻谷和高粱中磷的表觀消化率分別為77.64%、74.26% 和64.38%, 分別提高27.64%、41.84%和47.87%。朱仁俊等在仔豬飼料中分別用植酸酶替代50% 和40% 的磷酸氫鈣后發現,替代50% 磷酸氫鈣比替代40% 的磷酸氫鈣可以獲得更佳的料肉比及日增重。
2.3 復合蛋白酶在養豬生產中的應用
早期的飼用酶制劑,都是為了彌補幼齡、斷奶或處于應激狀態的動物體內消化酶分泌不足而添加的,通常為動物體內所能分泌產生的α- 淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶。
研究發現,在仔豬日糧中添加含有蛋白酶的復合酶制劑,可以改善仔豬生長發育、提高飼料轉化率、降低腹瀉率和死亡率。C a m p b e l l 研究表明,在生長豬日糧中添加復合蛋白酶制劑,可顯著提高豬對營養物質的消化率。吳天星等研究酸性蛋白酶和甲酸鈣復合作用對斷奶仔豬生產性能的影響,結果發現,斷奶仔豬日增重提高23.0% (P < 0.01)、采食量提高17.2% (P < 0.01),料重比降低5.0% (P < 0.05), 腹瀉率降低88.8% (P < 0.01) ;且飼料中干物質、粗蛋白、鈣和磷等成分的表觀消化率分別提高了22.5%、24.5%、21.1%、27.9%。楊全明將α- 淀粉酶和蛋白酶為主的外源酶添加到仔豬日糧中,發現對仔豬內臟器官重量與小腸長度無顯著影響,但是可以提高蛋白酶的活性,小腸消化液的蛋白酶活性提高了31.5% ~ 48.2%,食糜和糞中的氨基酸平均消化率分別為85.9% 和79.5%,兩者差異極顯著(P < 0.01)。高玉紅等研究也表明,在飼料中添加以蛋白酶等為主的復合酶制劑,可以提高斷奶仔豬的生產性能和營養物質的消化率。
3· 影響飼用酶制劑作用的因素
3.1 豬飼料組分對酶制劑活性的影響
酶制劑作為一種蛋白質類生物大分子,其活性受到諸多因素的影響。飼料成分復雜,其中很多物質會影響酶制劑的活性,如植物凝集素和Cu2+、Hg2+、Ag +、Fe2+ 等金屬離子對酶活會有負效應,Z n2+、Mg2+、C a2+ 等金屬離子反而對酶制劑有激活作用,因此,在飼料酶制劑的保存及分級預混合過程中,盡量避開對酶制劑有不利影響的因素。如不同的日糧類型由于植物細胞壁的結構和組成不同,添加不同的酶制劑效果較好,我國常規日糧玉米中主要抗營養因子為木聚糖;豆科種子中還有果膠質和α- 半乳糖,小麥和黑麥中主要的非淀粉為阿拉伯木聚糖;谷物、麥麩和雜餅粕中的纖維素含量高。因此,制定合理的酶制劑配方就顯得更為重要,尤其是飼料資源豐富的地區。
3.2 飼料加工工藝對酶制劑活性的影響
穩定性是影響飼用酶制劑產品質量的最關鍵因素。影響酶穩定性的因素很多,主要包括水分活度、飼料顆粒化過程高溫、高壓、高濕的外界環境的影響及消化道內p H。顆粒飼料制粒前,必須經過調質,原料要經過高溫、高濕和擠壓的綜合作用。調質的過程可能使酶活性受到影響。高溫可加快酶制劑與底物的反應速度,亦可引起酶蛋白分子中一些疏水鍵斷裂,改變分子構象,使酶喪失活性。對此,飼料生產中一般采用包被液體酶后噴涂或使用篩選出的耐高溫菌種發酵生產的耐高溫酶制劑等幾種方法減少酶制劑在飼料加工過程中的失活,以達到理想效果。
3.3 豬的品種和日齡對酶使用效果的影響
豬的品種和日齡不同,消化系統差異較大。對酶制劑的作用效果影響也不同。如地方豬和三元雜交豬營養需求不同,酶制劑的使用方案不一樣;仔豬、生長豬、育肥豬日齡不同,其體內消化酶分泌的種類和數量各異,日糧配方和酶制劑的選取也不一致。在乳仔豬階段,由于消化液中內源性消化酶的含量低,因此需額外補加一些內源性的消化酶來促進乳仔豬對飼料養分的消化;而到了生長育肥豬階段,只需添加豬體內不能分泌的植酸酶或非淀粉多糖酶即可。
3.4 豬胃腸道溫度及p H 對酶制劑活性的影響
酶制劑作為蛋白質生物大分子,其活性受到溫度、p H 等諸多因素的影響。豬消化道的正常溫度為40 ℃ 左右, 胃部p H2.5 ~ 3.5, 小腸p H5 ~ 7,大腸p H 呈中性。飼用酶的作用條件必須與動物消化道的生理條件相適應,與消化道的p H范圍相吻合,才能發揮最佳的作用效果。如植酸酶的最適p H 范圍為2.5 ~ 5.5,主要在豬胃部發生作用;非淀粉多糖酶的p H 為5 ~ 7,主要在豬小腸中發揮作用。
我國是飼料使用大國,最大限度地發揮酶制劑的生物催化效用,提高現有飼料資源的利用率,積極拓展各種非常規飼料原料在豬料中的應用,已成為當務之急。飼用酶作為一種新型高效、安全、綠色的生物催化劑,在解決飼料資源匱乏、畜牧業可持續發展等方面具有良好潛力,具有廣闊的應用前景。隨著科研工作的深入,飼用酶制劑將在畜牧業中發揮越來越重要的作用。
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