酶制劑在飼料中應(yīng)用的現(xiàn)狀及展望

張開磊，王寶維

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)優(yōu)質(zhì)水禽研究所，山東 青島 266109）

酶制劑在飼料中應(yīng)用的現(xiàn)狀及展望

張開磊，王寶維*

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)優(yōu)質(zhì)水禽研究所，山東 青島 266109）

飼料原料短缺是制約我國(guó)飼料工業(yè)發(fā)展中最大因素。但可作飼料原料的非谷物飼料資源卻又很少或沒有被開發(fā)利用，白白被浪費(fèi)掉，還污染了環(huán)境。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，飼用酶制劑和微生物制劑的產(chǎn)量得到了快速增長(zhǎng)，飼料資源的質(zhì)量也有了顯著提高。文章綜述了我國(guó)非谷物飼料資源的應(yīng)用狀況、限制其利用的原因、酶制劑的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題及展望。

酶制劑；飼料；抗?fàn)I養(yǎng)因子；前景

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，飼用酶制劑和微生物制劑的產(chǎn)量得到快速增長(zhǎng)，質(zhì)量也有顯著提高，酶制劑可以提高飼料利用率、促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、改善生態(tài)環(huán)境和防治動(dòng)物疾病，避免了由于添加抗生素、激素和高銅等物質(zhì)產(chǎn)生的負(fù)面影響，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和積極的環(huán)保意義[1]。我國(guó)配合飼料中除一般玉米-豆粕型日糧，還有在玉米-豆粕型日糧基礎(chǔ)上加入10%～40%的大麥或小麥、次粉、麥麩、統(tǒng)糠、棉粕等非常規(guī)飼料原料，這使得飼用酶制劑在飼料工業(yè)中占有重要地位[2]。另外，外國(guó)低價(jià)格小麥、大麥產(chǎn)品的涌入，將進(jìn)一步刺激飼用酶制劑的市場(chǎng)需求。添加以降解纖維素、半纖維素和果膠為主的飼用酶制劑，消除抗?fàn)I養(yǎng)因子的抗?fàn)I養(yǎng)作用，其市場(chǎng)前景極為廣闊。

1 酶制劑的定義和分類

酶是一種具有催化反應(yīng)能力的特殊蛋白質(zhì)，是促進(jìn)生物化學(xué)反應(yīng)的高效物質(zhì)。飼用酶制劑是一種以酶為主要功能因子、通過特定生產(chǎn)工藝加工而成的飼料添加劑[3]。其中復(fù)合酶制劑是將兩種或兩種以上具有生物活性的消化酶混合而成的產(chǎn)品，是目前最常用的酶制劑飼料添加劑。按照飼用酶制劑功能可分為以降解多糖和生物大分子物質(zhì)為主，主要包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、糖化酶、纖維素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶，其主要功能是破壞植物細(xì)胞壁（植物細(xì)胞壁由蛋白質(zhì)、脂肪、多聚糖苷鍵連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)），使細(xì)胞內(nèi)容物充分釋放出來；以降解植酸、β-葡聚糖、果膠等抗?fàn)I養(yǎng)因子為主，主要包括植酸酶、β-葡聚糖酶、果膠酶，能降解細(xì)胞壁木聚糖和細(xì)胞間質(zhì)的果膠，提高飼料的利用率[4]。

2 我國(guó)非谷物飼料資源的應(yīng)用狀況

近年來，我國(guó)家畜數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)導(dǎo)致飼料缺口不斷加大。作為飼料主要來源的玉米和豆粕價(jià)格的大幅上漲直接導(dǎo)致了養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的下滑，作物秸稈、羽毛、甜菜渣、蔗渣、酒糟、水果皮殼以及屠宰后的下腳料等農(nóng)副產(chǎn)品因其價(jià)廉易得越來越受到養(yǎng)殖戶的重視，農(nóng)副產(chǎn)品在家畜飼養(yǎng)上的資源化利用由此也成為當(dāng)前動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的熱點(diǎn)。為解決我國(guó)糧食問題，必需處理好飼料用糧問題。開發(fā)非常規(guī)飼料資源為解決人畜爭(zhēng)糧問題提供了可行性。我國(guó)在工業(yè)化進(jìn)程中，產(chǎn)生了許多農(nóng)副產(chǎn)品，而這些農(nóng)副產(chǎn)品一直以來沒有得到很好的利用，造成了很大的浪費(fèi)以及環(huán)境污染。這些農(nóng)副產(chǎn)品中含有較豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以作為飼料原料。

2.1 農(nóng)業(yè)秸稈

秸稈是農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的生物資源。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，2009年我國(guó)主要秸稈產(chǎn)量約6.3億t，2010年全國(guó)秸稈理論資源量為8.4億t，可收集資源量約為7億t。龍芳羽利用微生物發(fā)酵農(nóng)業(yè)秸稈，使發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)提高200%[5]。

2.2 油菜籽餅粕

油菜是我國(guó)最主要的油料作物，己成為世界上發(fā)展最快的大宗油料，總產(chǎn)量?jī)H次于大豆。從20世紀(jì)70年代后期開始，我國(guó)的油菜種植面積和產(chǎn)量都己居世界第一位，單產(chǎn)也已超過世界平均水平，每年油菜籽制油后產(chǎn)生菜籽餅粕約600萬～700萬t[6]。

2.3 茶籽

茶籽包括油茶茶籽和茶葉茶籽。油茶是我國(guó)南方丘陵地區(qū)一種重要的油料作物，占全國(guó)木本食用油料作物的80%。我國(guó)油茶林面積約400萬km2，是世界上油茶品種最多、分布最廣、產(chǎn)量最多的國(guó)家[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)近年來年產(chǎn)油茶茶籽約55萬t，按機(jī)榨得油率70%計(jì)算，油茶餅粕年均產(chǎn)量約40萬t[7]。我國(guó)采摘茶園面積約為100萬公頃，茶葉茶籽產(chǎn)量約為44萬t，按機(jī)榨得油率70%計(jì)算，全國(guó)茶葉茶籽粕可達(dá)30萬t。我國(guó)油茶茶籽粕和茶葉茶籽粕產(chǎn)量約為70萬t，由此可見，我國(guó)潛在的可利用茶粕資源十分豐富[7]。

2.4 棉籽粕

我國(guó)是世界上主要的產(chǎn)棉大國(guó)，年產(chǎn)棉籽800余萬t，棉籽中含棉仁約50%～55%，棉仁中含油30%～35%，含蛋白質(zhì)35%～38%，提煉油后的棉粕中含有豐富的蛋白質(zhì)。棉籽資源得到充分利用，每年都可得到優(yōu)質(zhì)棉籽蛋白約200余萬（t蛋白質(zhì)含量約50%），可部分替代豆粕和魚粉，緩解我國(guó)蛋白質(zhì)飼料的供需矛盾，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[8]。

2.5 玉米胚芽粕

玉米胚芽粕是以玉米胚芽為原料，經(jīng)壓榨或浸提取油后的副產(chǎn)品，除極個(gè)別品種屬于蛋白質(zhì)飼料外，大部分產(chǎn)品屬于能量飼料。玉米胚芽粕中含粗蛋白質(zhì)18%～20%，粗脂肪1%～2%，粗纖維11%～12%，氨基酸組成與玉米蛋白飼料的水平相似，因此，研究其在畜禽日糧中的飼用效果有一定的實(shí)際意義。我國(guó)年產(chǎn)玉米1.39億t，每年都會(huì)生產(chǎn)出大量的玉米胚芽粕[9]。

2.6 菌糠

菌糠是指以棉籽殼、鋸木屑、稻草、玉米芯、甘蔗渣及多種農(nóng)作物秸稈、工業(yè)廢物（如酒糟、醋糟、造紙廠廢液及制藥廠黃漿液等）為主要原料栽培食用菌后的廢棄培養(yǎng)料。我國(guó)食用菌總產(chǎn)量從1978年的6萬t到2007的1 682萬t，約占世界食用菌總產(chǎn)量的70%以上[10]。然而，大多數(shù)食用菌的絕對(duì)生物學(xué)效率約為10%，即干培養(yǎng)料1 kg能產(chǎn)出干菇重約0.1 kg，所以90%的干培養(yǎng)料仍然存在于菌糠當(dāng)中，因此我國(guó)有巨大的菌糠資源[10]。

2.7 酒糟

2010年我國(guó)啤酒產(chǎn)量達(dá)3 000萬t，而啤酒糟達(dá)750萬（t濕糟）[11]。啤酒糟具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，其營(yíng)養(yǎng)成分為蛋白質(zhì)24%～28%，脂肪8%～11%，纖維55%～61%，糖1%～3%，灰分3%～5%[12]。我國(guó)年產(chǎn)白酒400～600萬t，而發(fā)酵丟糟達(dá)1 500～2 100萬t，丟糟量大而集中，如果不及時(shí)加以處理，就會(huì)腐敗變質(zhì)，不僅浪費(fèi)了寶貴的資源，還會(huì)嚴(yán)重污染周圍的環(huán)境。白酒糟含有豐富的蛋白質(zhì)和18種氨基酸，還含有豐富的磷、鉀等無機(jī)元素及維生素[13]。此外，還存在由微生物菌體產(chǎn)生的核糖核酸及嘌呤等微量有益成分。黃酒糟是黃酒釀造中的主要副產(chǎn)物，約含有30%的蛋白質(zhì)，氨基酸種類齊全。我國(guó)有黃酒生產(chǎn)企業(yè)500多家，2010年全國(guó)黃酒產(chǎn)量為134萬t。黃酒的平均出糟率約為20%～30%，數(shù)量相當(dāng)可觀[14]。

2.8 其他

近年來，我國(guó)玉米年產(chǎn)量已達(dá)到1.2億t，預(yù)計(jì)2010年玉米年產(chǎn)量將達(dá)到1.5億t。在玉米的消費(fèi)中，工業(yè)消費(fèi)占消費(fèi)總量的80%，并呈不斷上升的趨勢(shì)。玉米生產(chǎn)加工中會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，估算玉米須的年產(chǎn)量為750萬t、玉米為1 500萬t、玉米苞葉為1 000萬t[15]。由此可見，要提高玉米加工產(chǎn)業(yè)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益，就要不斷提高玉米加工綜合利用與整體開發(fā)的技術(shù)水平，其中加大對(duì)玉米加工副產(chǎn)物的深度開發(fā)利用尤為重要。

3 限制非谷物飼料資源利用的原因

抗?fàn)I養(yǎng)因子是限制非谷物資源利用的主要原因。而非淀粉多糖是主要的抗?fàn)I養(yǎng)因子。非淀粉多糖（NSP）是植物組織中除淀粉以外所有碳水化合物的總稱，包含纖維素、半纖維素、果膠等結(jié)構(gòu)多糖和抗性淀粉，主要存在于植物細(xì)胞壁中，是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分[16]。

NSP在動(dòng)物生產(chǎn)中表現(xiàn)的抗?fàn)I養(yǎng)作用主要包括降低飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，影響日糧的轉(zhuǎn)化效率和動(dòng)物生產(chǎn)性能；引起動(dòng)物消化道形態(tài)和生理變化，一些水溶性NSP可使動(dòng)物消化器官增大或變重；與某些消化道中的生理活性物質(zhì)結(jié)合，例如消化酶、膽汁鹽、脂類、膽固醇等，降低消化酶的活性，造成消化不良；與消化道后段微生物區(qū)系相互作用，造成厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生大量的生孢梭菌等分泌某些毒素，抑制動(dòng)物生長(zhǎng)；產(chǎn)生黏性糞便，影響畜舍和周圍環(huán)境，產(chǎn)蛋雞還會(huì)污染蛋品等。NSP可影響消化道的分泌功能，Ikegami等試驗(yàn)顯示，隨著樹膠（一種阿拉伯聚糖）喂量升高，大鼠胰酶分泌量顯著增加，胰臟、膽囊的重量顯著增加[17]。Zebrowska等報(bào)道，日糧中添加可溶性NSP和不可溶性NSP均能使豬胰液和膽汁分泌量增加，其中可溶性NSP將分泌量分別提高81%和40%，提高幅度遠(yuǎn)高于不可溶性NSP作用[18]?？扇苄訬SP可抑制一些內(nèi)源性消化酶的活性，降低養(yǎng)分消化率。Choct等報(bào)道，可溶性NSP含量高的低能小麥降低了肉仔雞消化道食糜中淀粉酶的活性。β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖直接與腸道中胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶結(jié)合，降低消化酶活性，但酶制劑的添加則可以很好的解決這些問題[19]。

4 酶制劑的作用

4.1 提高生產(chǎn)性能

酶在飼料中的主要作用是提高飼料中消化養(yǎng)分的比例，提高飼料的利用率。動(dòng)物飼料主要分為谷物類及粕類，植物細(xì)胞壁的存在影響了養(yǎng)分的消化吸收。豬、禽等自然分泌的酶無法分解細(xì)胞壁，所以只有在飼料中補(bǔ)加相應(yīng)的酶才能將其降解。玉米、大麥等谷類以及麥麩、餅粕等農(nóng)副產(chǎn)品，經(jīng)添加纖維素酶類、半纖維素酶和果膠酶，在幾組酶的協(xié)同作用下才能破壞植物的細(xì)胞壁，使其變得松軟，促使細(xì)胞壁及其細(xì)胞內(nèi)容物在動(dòng)物胃腸中消化吸收，從而提高飼料利用率[20]。木聚糖酶在家禽日糧中的應(yīng)用較為廣泛。研究表明，木聚糖酶能有效促進(jìn)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收消化，提高家禽生產(chǎn)性能。徐駿等報(bào)道，添加木聚糖酶0.05%使試驗(yàn)組仔雞增重提高，而料重比降低[21]。

4.2 消除飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)

抗?fàn)I養(yǎng)因子具有抗?fàn)I養(yǎng)作用。不同飼料成分含有不同的抗?fàn)I養(yǎng)因子?？?fàn)I養(yǎng)因子產(chǎn)生作用的方式包括抗?fàn)I養(yǎng)因子在畜禽胃腸道內(nèi)與養(yǎng)分結(jié)合形成復(fù)合物，從而阻止養(yǎng)分的吸收；另外抗?fàn)I養(yǎng)因子直接抑制對(duì)養(yǎng)分消化吸收具有促進(jìn)作用的內(nèi)源酶活性，飼料中的半纖維素和果膠溶于水后會(huì)產(chǎn)生黏性溶液，增加了消化道內(nèi)容物的黏稠度，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)源酶難以擴(kuò)散，縮短了飼料通過腸道的時(shí)間，影響了動(dòng)物的消化吸收。在復(fù)合酶的協(xié)同作用下，可將纖維素、果膠以及糖蛋白降解為單糖和寡糖，降低了腸道內(nèi)容物的黏稠度，減少了此類物質(zhì)對(duì)消化利用的阻礙，增加了養(yǎng)分的消化吸收。據(jù)報(bào)道，飼料中添加酶制劑還能激活內(nèi)源酶的分泌，從而提高飼料的消化利用率，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。木聚糖酶的添加也可以促進(jìn)纖維在反芻動(dòng)物瘤胃中的消化。高春生等報(bào)道，在草魚基礎(chǔ)飼料中添加木聚糖酶0.05%～0.2%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，草魚增重率提高，餌料系數(shù)降低，干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和粗纖維的消化率提高[22]。

4.3 拓寬飼料來源

農(nóng)作物秸稈在世界上的產(chǎn)量每年約有20～30億t。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，作物秸稈中約有65%～80%的干物質(zhì)能夠向動(dòng)物提供能量，而目前用作飼料的不足10%，絕大部分農(nóng)作物秸稈仍直接還田或作為燃料使用，既造成資源浪費(fèi)，又污染環(huán)境[23]。除了牛等少數(shù)草食家畜能消化秸稈中的纖維素之外，其他家畜都不能利用這部分能量，而且由于纖維素的存在，反而會(huì)影響其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化，從而降低飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。纖維素酶是分解纖維素的一類酶的總稱，其主要作用是降解畜禽消化道內(nèi)NSP，降低腸道內(nèi)容物黏性，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收，減少禽畜下痢，從而促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)和提高飼料利用率。農(nóng)物秸稈中含有較多的NSP，主要包括阿拉伯木聚糖、葡聚糖、半乳糖、果膠、纖維素等。因單胃動(dòng)物不能分解NSP，從而使其成為一種抗?fàn)I養(yǎng)因子。酶制劑可消除飼糧中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高飼料利用率，節(jié)約飼料資源。

4.4 提高動(dòng)物幼崽的成活力

近年來，由于農(nóng)戶養(yǎng)殖成活率低、生長(zhǎng)速率慢，家庭式養(yǎng)殖的數(shù)量逐漸減少，在推廣企業(yè)+農(nóng)戶式的生產(chǎn)方式過程中遇到很大難度。酶制劑在飼料中的應(yīng)用能改善NSP引起的家禽消化、免疫器官發(fā)育不良，調(diào)節(jié)血液代謝激素的水平，最終提高家禽的生產(chǎn)性能和成活率。在小麥基礎(chǔ)日糧中添加木聚糖酶能使肉仔雞的脾臟、胸腺和法氏囊的相對(duì)重量提高，死淘率下降60%[24]。史寶軍等研究發(fā)現(xiàn)，在小麥型基礎(chǔ)日糧中添加木聚糖酶可以使肉雞日增重提高2.38%，料重比下降6.91%，成活率提高6.47%[25]。

5 存在問題

目前很多企業(yè)實(shí)現(xiàn)了飼料酶制劑的工業(yè)化，獲得了較高酶活力的菌株，但在粗放的工業(yè)條件下（如高溫、高壓、重金屬離子、氧化劑和極端pH等），天然酶常會(huì)遭到破壞，使酶的生產(chǎn)和使用受到極大限制。目前工業(yè)上直接利用酶制劑時(shí)還存在一些缺點(diǎn)，如穩(wěn)定性差、使用率低、不能在有機(jī)溶劑中使用及壽命不長(zhǎng)等，造成了使用酶的成本升高。其中，酶的穩(wěn)定性是現(xiàn)階段酶應(yīng)用中的一大難題。雖然國(guó)內(nèi)外有關(guān)飼料酶制劑應(yīng)用的研究報(bào)道很多，但添加水平和結(jié)論并不一致。對(duì)于不同酶活性的產(chǎn)品、不同動(dòng)物種類、不同生理階段以及不同飼料品種的適宜添加量并不明確，因此，在實(shí)際應(yīng)用中往往因用量不當(dāng)而影響應(yīng)用效果。飼料酶制劑大多是微生物制劑，對(duì)溫度、濕度、酸、堿等敏感，處理不當(dāng)易失活，而對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定化處理的研究還不夠，導(dǎo)致飼用效果不穩(wěn)定。我國(guó)大多采用固體發(fā)酵，由于目前固體發(fā)酵飼料用酶制劑生產(chǎn)工藝存在著一些無法克服的缺陷，造成產(chǎn)品質(zhì)量不如液體發(fā)酵穩(wěn)定，在生產(chǎn)中有時(shí)帶入雜菌，給應(yīng)用帶來一定的不利因素。飼料酶制劑要廣泛、經(jīng)濟(jì)、高效的應(yīng)用于飼料工業(yè)應(yīng)具備一定條件。因此，通過誘變篩選優(yōu)良菌種，使之產(chǎn)生的酶能耐高溫、有較寬的pH作用范圍等抗不良外界條件的性能，是可供選擇的一種好方法，也是一個(gè)迫切需要解決的問題。

6 展望

酶制劑尤其是黏性谷物酶已經(jīng)在食品、飼料、造紙等眾多工業(yè)領(lǐng)域充分顯示出了巨大的應(yīng)用潛力，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和研究手段的不斷豐富，必然會(huì)誕生一大批適合不同應(yīng)用領(lǐng)域要求的飼料酶制劑優(yōu)良新品種，為解決人類發(fā)展中可能遇到的能源、糧食、環(huán)境等諸多問題做出巨大貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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Present Situation and Expectation of
the Enzymes Application in Feed

ZHANG Kailei,WANG Baowei*
（Institute of High Quality Waterfowl,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,Shandong China）

Feedstuff shortage is the biggest constraint in the development of feed industry in our country.How?ever,a lot of raw material is wasted and polluted the environment at the same time.With the development of the biotechnology,the production of enzyme preparation and microbial agents got rapid growth with high quality.This paper reviewed the application status of the grain feed resources,the advantages and expectation of the enzyme preparation.

enzyme preparation;feed;antinutritional factors;prospect

TQ925；S816.8

A

1001-0084（2014）02-0026-05

2013-12-03

國(guó)家水禽產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-43-11）

張開磊（1988-），男，山東日照人，碩士研究生，研究方向?yàn)閯?dòng)物營(yíng)養(yǎng)與保健。

*通訊作者：教授，碩士生導(dǎo)師，E-mail:wangbw@qau.edu.cn。