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1、酶制剂的作用机理及其在生产中的应用前景刘邦民 山东农业大学动物科技学院（动物医学院）2012 级五班摘要：本文综述了饲用酶制剂的种类及不同种类的作用机理,包括 -葡聚糖酶、戊聚糖酶、淀粉酶、植酸酶等，并通过剖析酶制剂在实际生产中的生产状况及所面临的问题进行了简单总结。关键词： 酶制剂； -葡聚糖酶； 应用；肉仔鸡The Action Mechanism and Apply Prospect of Enzyme Preparation Summary: This essay expounded different species of enzyme preparations and the me
2、chanism of them,including -glucanase, pentosanase, amylase, phytase etc. It gave a conclusion according to analysing the situation and the problems that the production of enzyme preparation are facing in real life.Key words: Enzyme preparation; - glucanase; Broilers1 引言：家禽及猪饲料添加酶制剂以提高生产性能已经有许多年历史。但仅
3、在过去的 20 年里，人们对酶所作用的底物结构及化学性质才有更好的了解，这才使针对特定的底物来调制酶制剂成为可能。在生物技术方面，特别是发酵和微生物技术方面已有了突破性进展，这才是最近 10 年里能够生产足够物美价廉的饲用酶制剂成为现实，以保证在家禽口粮中的应用。家禽养殖业是饲料酶制剂最大的使用者。由于家禽业高度集约化的特性，能够更快吸取这些新技术。外源性酶制剂作为能够提高营养物质消化率和利用率的饲料添加剂已经被人们认可。养猪业使用酶制剂尤其是植酸酶也呈增长趋势。在乳仔猪饲粮中添加酶制剂的好处也逐渐被大家认可。2 酶制剂的作用机理2.1 降低消化道食糜粘度，提高营养物质消化吸收率构成植物细胞壁
4、的非淀粉多糖类物质，能够结合大量的水，增加消化道食糜的粘度，使营养物质和内源消化酶不能充分接触，降低了蛋白质、淀粉等营养物质的消化利用率。饲料中添加酶制剂，可以破坏食糜周围的水化膜，增加食糜与酶及小肠的接触面，提高营养物质的消化吸收率。 2.2 提高植酸磷的利用率 大多数植物饲料及谷物中60-80%的磷以植酸磷的形式存在，由于水产动物消化系统缺乏内源性植酸酶，无法利用饲料中植酸结合态磷，致使无效磷排入水体引起污染，而植酸酶的使用，可将植酸结合态磷转化为有效磷供动物机体使用，从而提高饲料中磷的利用率，减少粪磷对水环境的污染。 2.3 消除抗营养因子 植物性饲料原料中常常存在一些非淀粉糖、果胶、纤
5、维素聚合物，这些物质使动物消化道内容物的黏度增加，影响动物对有效营养成分的消化和吸收。酶制剂中多种酶特别是-葡聚糖酶、果胶酶和纤维素酶能够将这些物质分解为小分子物质，从而降低了消化道的黏度，有效消除这些抗营养因子的不良影响，饲料中抗营养因子广泛存在于各种饲料原料中，他们直接或间接地影响营养物质的消化吸收和代谢作用，而酶制剂可部分或全部消除这些抗营养因子的不良影响。2.4 补充内源酶的不足，激活内源酶的分泌 正常的成年动物，在适宜的生产条件下，能分泌足够的消化饲料中淀粉、蛋白质、脂类等养分的酶。但是幼年动物或动物处于高温、寒冷、转群、疾病等应激状态时， 动物分泌酶的能力较弱或者易出现消化机能紊乱
6、，内源性消化酶分泌减少，因此，在日粮中添加外源性消化酶，可以补充内源性消化酶的不足，提高饲料的利用率，改善动物的消化能力，减少应激条件下的生产能力下降， 同时还可以促进内源酶的分泌。2.5 直接分解营养物质，提高饲料的利用效率动物饲料组分多为谷物类及饼粕类， 植物细胞壁的存在影响了养分的消化吸收。具有活性的各种酶能够有效地将饲料的一些大分子多聚体分解和消化成动物容易吸收的营养物质或分解成小片断营养物质，使其他消化酶进一步消化一些动物本身难以分解和吸收的大分子物质。2.6 改善肠道内微生物区系单胃动物体内不能分泌非淀粉多糖酶，日粮中的可溶性非淀粉多糖在肠道前段不能被消化。可溶性非淀粉多糖进入小肠
7、后段，被厌氧有害微生物所利用，导致有害微生物的大量增殖，从而引起畜禽生产性能的下降或疾病的发生。添加复合酶后，使非淀粉多糖在小肠前段被分解，从而阻止可溶性非淀粉多糖进入小肠后段，因而可以抑制后段有害微生物的繁殖，减少畜禽疾病的发生，提高畜禽的生产性能和健康水平。3 目前常用酶制剂的主要种类当前饲料工业常使用的酶制剂可分为四大类：作用于黏性谷物（小麦、大麦、黑小麦）的酶制剂；作用于非黏性谷物（玉米、高粱）的酶制剂；作用于非谷物（豆科作物、豆粕）的酶制剂；微生物植酸酶。如上所示，第一种和最后一种酶制剂是最主要的，其他两种正在合并。3.1 作用于黏性谷物的酶制剂这一类酶制剂典型的例子包括了应用于以小
8、麦为基础日粮的木聚糖酶和以大麦为基础日粮中的-葡聚糖酶。一般认为小麦和大麦的低营养价值和它们的可溶性非淀粉多糖含量有关。这些组分导致消化物的黏性增加和消化产物的扩散。黏性消化物可通过减少消化酶和目标底物之间的接触从而影响营养物质的消化率，从而促进了细菌在小肠上端的过度繁殖。表现出两个主要的后果，首先，为脂肪乳化作用所必需的胆汁盐被细菌分解，导致脂肪的消化率下降。其次，对总体的肠道健康有负面影响。现有的表观代谢能（AME）数据显示，添加木聚糖酶的使用效果取决于小麦最初的AME值。添加酶制剂后，一些劣质小麦添加酶制剂后效果显著，同时大多数的小麦使用效果适中或很小。而高品质小麦在AME上几乎没有增加
9、。3.2 作用于非黏性谷物的酶制剂家禽对非黏性谷物比如玉米和高粱死两种营养物质的利用率，通常认为是很高的。但最近的资料表明事实上并非如此。目前知道非黏性谷物的表观代谢能和淀粉的消化率存在相当大的差异，而通过添加含有显著活性的淀粉酶还有改善的空间。3.3 作用于非谷物类的酶制剂由于肉骨粉的使用受到限制，这为以大豆和植物性蛋白原料创造了一个巨大的商机。这种原料包括不同的油菜粕（双底菜粕、葵花粕、棕榈仁粕）和谷物豆科(羽扇豆)。这些原料大多会有明显潜力，但其使用量受到集中限制因素的限制，包括高纤维或非淀粉多糖（NSP）水平和导致地营养物质消化率。这些原料中的NSP（纤维）化学结构和糖类型方式不同。总
10、体来讲，当前酶在豆类和传统油籽饼粕型家禽饲粮中发回的效用有限。3.4 微生物植酸酶微生物植酸酶的作用底物为植酸（肌醇1,2,3,4,5,6,-六二氢化磷酸盐），是植物性原料中磷的主要存储器。但猪和家禽对植物性原料中只算林的利用率很低，导致集约化杨志忠大量的磷排放造成环境污染等问题。这些环境问题的出现加速了植酸酶在单位动物上的使用。微生物植酸酶在上世纪90年代中期进入中国市场，最近几年已经超过木聚糖酶成为足以成功的饲料酶制剂。对于植酸分子中的6个磷单位，只有23个能通过微生物植酸酶的作用被释放出来。在家禽和猪的研究报道中可利用磷的提高从20%到45%不等，大量植酸盐中磷的释放依赖于以下几个因素：
11、植酸酶的添加水平，饲粮的非植酸磷水平，饲粮的钙水平，特别是钙磷比，植酸酶的来源，植酸的来源，各种饲料添加剂（维生素D和有机酸）饲粮的植酸水平。3.5 复合酶玉米-豆粕日粮中各种养分和抗营养成分的种类及组成十分复杂。因而, 酶通常以复合酶的形式添加到畜禽日粮中。通过复合酶中各种酶之间的配合,使日粮养分利用率达到最大值。一些玉米 豆粕日粮中添加复合酶的应用效果见表1。从表1 中可以看出, 复合酶大多是以NSP 酶为主, 以蛋白酶和淀粉酶为辅的形式添加在玉米-豆粕日粮中。在玉米-豆粕型日粮中这些复合酶在一定范围内能够提高畜禽对养分的消化利用率和畜禽生产性能。但由于不同产品在酶活组成、活力、添加量及各
12、种酶活耐热、耐酸和抗内源蛋白酶水解能力等方面的不同, 添加效果也存在一定差异。这说明在设计复合酶配方时, 除了充分考虑到日粮中抗营养因子的组成、畜禽种类与生长阶段外 , 还应掌握复合酶中各种单酶之间的比例和协同作用, 及其耐热、耐酸和抗内源蛋白酶水解能力等多种因素 , 才能够使复合酶达到最大应用效果。表1 复合酶对玉米-豆粕日粮养分消化率和畜禽生产性能的影响酶活种类 畜禽种类 实验结果 作者NSP酶和蛋白酶 肉仔鸡 料肉比和死亡率均有降低, 但对7 周龄体重 Mohamed 等, 1991无影响。 NSP 酶和蛋白酶 肉仔鸡 提高饲料转化率和母鸡的体增重( P 0. 05) 。NSP 酶、蛋白
13、酶和淀粉酶 肉仔鸡 肉仔鸡的采食量、增重和成活率显著提高 孙万岭等, 1996( P 0. 05)料肉比也有降低。NSP 酶、蛋白酶和淀粉酶 肉仔鸡 肉仔鸡的日增重提高4% 5%, 饲料转化率提高3%。 Pack 等, 1997NSP 酶、蛋白酶和淀粉酶 肉仔鸡 与正常能量和蛋白水平日粮相比, 低能低蛋白日 Fuentes 等, 1998粮中加酶肉仔鸡采食量和体增重无显著差异, 但饲料转化率有提高的趋势。NSP 酶、蛋白酶和淀粉酶 肉仔鸡 在低能粮中加酶后, 肉仔鸡生产性能与正常能量 Zanella 等, 1999水平日粮相近, 提高粗蛋白消化率( 2. 9%) 和15 种氨基酸消化率, 其中
14、5种氨基酸消化率显著提高( P 0. 05) 。NSP 酶、蛋白酶和淀粉酶 肉仔鸡 肉仔鸡淀粉酶和脂肪回肠末端消化率均提高1%, Wyatt 等, 1999不同玉米品种之间代谢能值的差异降低50%。植酸酶、酸性蛋白酶和纤 火鸡 酸性蛋白酶和纤维素酶促进植酸酶水解植酸, 提 Zyla 等, 1995维素酶 高无机磷的释放量4 酶制剂在生产中的应用前景4.1 酶制剂在饲料工业中的应用现状及其发展趋势4.1.1 酶制剂在饲料中的应用状况酶在动物饲料中应用的历史很短，知道1975年才出现商品用酶制剂，作为饲料添加剂较广泛的使用也是最近20多年的事。以英国为例，是用酶制剂的肉鸡饲料在1988年几乎为零，
15、而到1993年增加到95%，到目前已经基本全部使用酶制剂。过去几年中，在饲料工业中使用或具有应用前景的酶包括-葡聚糖酶、木聚糖酶、植酸酶、蛋白酶、半乳糖苷酶等，目前用于饲料工业的大多数酶来自于细菌和真菌类。最近已对不同的-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶和植酸酶等酶编码基因进行克隆，并在微生物、植物等体系中表达，使酶产量增加。4.1.2 酶制剂的开发与应用到目前为止，饲用酶制剂的开发与应用以木聚糖、-葡聚糖酶和植酸酶为重要的酶种，再适当辅助加入其他的内源酶和外源酶生产复合酶。所幸的是，目前这3种酶的工业化生产效率很高，尤其是通过基因工程等先进的生物技术，使酶制剂的生产效率大大提高。目前饲料工业使用的酶制剂产品主要有：单向饲用酶如甘露聚糖酶、植酸酶、-葡聚糖酶、戊聚糖酶等；复合酶（含有-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、半纤维素酶、-葡聚糖酶、戊聚糖酶、果胶酶、甘露聚糖酶等）；组合酶。4.2 饲用酶制剂开发和应用中存在的问题饲用酶制剂的开发和应用是生物技术在动物营养和饲料工业中应用最成功的例子，它在提高动物的生产性能、饲料利用效率，开发新的饲料资源，生产天然、无毒、无残留的畜产品以及环境保护等方面逐渐显示出巨大的潜力。饲用酶制剂的作用已逐渐被人们所认识。但是，饲用酶制剂的开发生产和实践应用仍有许多问题，它影
