酶制劑在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

■柴仙琦 冷向軍 張 民 劉國鋒 唐 鵬

（1.上海海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點實驗室，上海201306；2.湖南尤特爾生化有限公司，湖南岳陽414009）

養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展對飼料行業(yè)提出了更高的要求，飼料資源也呈現(xiàn)出日益緊缺的趨勢。一方面，如何開發(fā)新的飼料資源；另一方面，如何提高現(xiàn)有資源的利用率，是飼料行業(yè)所面臨的重大問題。利用發(fā)酵工程和基因工程等生物技術(shù)手段研發(fā)出的酶制劑，能夠提高飼料的利用率，在一定程度上緩解飼料資源緊缺的狀況。近年來，生物技術(shù)的發(fā)展帶動著酶制劑快速發(fā)展。飼用酶制劑是從生物中提取的具有酶特性的一類物質(zhì)，主要是從動物、植物、微生物中提取，其中微生物提取酶制劑較為廣泛。酶制劑具有高效、安全、環(huán)保等特點，在飼料工業(yè)中受到越來越多的重視。

1 酶制劑的種類和作用效果

飼用酶制劑的種類多樣。按照動物自身能否合成來分類，可分為消化酶和非消化酶[1]。其中，消化酶包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等，動物體內(nèi)能夠合成這類酶，但因某種原因需要強化和補充。非消化酶包括植酸酶、木聚糖酶等，動物自身不能合成，這類酶大多來源于微生物，能消化動物自身不能消化的物質(zhì)或降解一些抗?fàn)I養(yǎng)因子。按照酶制劑的類型來分，可分為單一酶制劑和復(fù)合酶制劑。單一酶制劑如淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、纖維素酶、β-甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶和植酸酶等。復(fù)合酶制劑由一種或幾種單一酶制劑為主體，加上其他單一酶制劑混合而成，或者由一種或幾種微生物發(fā)酵獲得。

1.1 單一酶制劑

1.1.1 植酸酶

植酸酶是催化植酸及植酸鹽水解成肌醇與磷酸(或磷酸鹽)的一類酶的總稱。植酸酶可提高動物對植酸磷的利用率，降低磷的排泄。寶石鱸飼料中添加1 000 UFA∕kg植酸酶對魚體消化酶有增強作用，對磷的保留率增大，排放率減少[2]。牛紀(jì)鋒等[3]在大口黑鱸配合飼料中添加1 000 U∕kg植酸酶，能有效提高大口黑鱸對蛋白質(zhì)、干物質(zhì)、植酸磷和總磷的利用率。

在花鱸飼料中添加中性植酸酶，提高了飼料中磷的利用率,減少磷排放量[4]。飼料中植酸酶的添加可減少飼料中磷的添加量，降低飼料成本，提高飼料中磷的利用率，提高增重率[5]。在牙鲆飼料中直接添加植酸酶，顯著提高了牙鲆的特定生長率(P＜0.01)、氮貯積率(P＜0.05)、磷貯積率(P＜0.01),降低了氮排放率(P＜0.05)和磷排放率(P＜0.01),但飼料效率和蛋白質(zhì)效率沒有顯著變化(P＞0.05)，而添加用植酸酶預(yù)處理的豆粕，降低了植酸含量，提高牙鲆特定生長率、飼料效率、蛋白質(zhì)效率和氮貯積率，顯著降低了氮、磷和鈣的排放量[6]。此外，在尼羅羅非魚[7]、異育銀鯽[8]、青魚[9]、斑點叉尾鮰[10]、鯉魚[11]等飼料中均有關(guān)于植酸酶的研究應(yīng)用的報道。

針對動物體消化系統(tǒng)的特異性，植酸酶有酸性植酸酶和中性植酸酶兩種。酸性植酸酶主要作用于畜禽類和有胃水產(chǎn)動物，而對于無胃或是消化道偏中性的水產(chǎn)動物則用中性植酸酶。所以針對不同的養(yǎng)殖對象采用相應(yīng)的植酸酶。

1.1.2 非淀粉多糖酶

非淀粉多糖包括阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖、果膠、纖維素、幾丁質(zhì)和木聚糖等[12]。非淀粉多糖是存在于植物性飼料中的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，不被消化酶所降解，遇水形成膠態(tài)溶液，使食糜黏度增大，阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。非淀粉多糖在非淀粉多糖酶的作用下大部分被水解,腸道中黏度隨之下降，抗?fàn)I養(yǎng)作用也相應(yīng)降低。在奧尼羅非魚[13]飼料中添加0.02%和0.04%的非淀粉多糖酶會顯著提高魚體特定生長率，降低餌料系數(shù)（P＜0.05）。陳京華（2009）[14]在對牙鲆的研究中發(fā)現(xiàn)，在豆粕替代45%魚粉的飼料中添加0.2%非淀粉多糖酶，魚體特定生長率、飼料效率與全魚粉組均無顯著差異（P＞0.05）；同時，添加0.2%非淀粉多糖酶組較不添加非淀粉多糖酶組的肝、腸的消化酶活性有顯著升高（P＜0.05）。飼料中添加非淀粉多糖酶對大黃魚特定生長率和胃、腸道淀粉酶活性均有顯著提高（P＜0.05）[15]。

1.1.3 蛋白酶

蛋白酶可促進(jìn)動物體對蛋白質(zhì)的消化。在奧尼羅非魚飼料中添加0.1%金屬蛋白酶能顯著提高羅非魚的生長性能和血清SOD活力[16]。在鯉魚飼料中添加蛋白酶AG 175 mg∕kg增加了腸道消化酶活性，低魚粉飼料中添加蛋白酶有助于改善鯉魚生長性能和提高腸道食糜蛋白酶活力[17-18]。在正常魚粉含量的凡納濱對蝦飼料中添加蛋白酶AG 175 mg∕kg，對增重率沒有顯著的提高，但在低魚粉組中添加蛋白酶，則顯著提高了蝦體增重率(P＜0.05)[19]。譚崇桂等（2013）在魚粉含量為23%的凡納濱對蝦飼料中添加蛋白酶PT 175 mg∕kg；提高了蝦體增重率11.25%（P＜0.05），降低飼料系數(shù)0.09（P＜0.05）[20]。在魚粉含量為28%的虹鱒飼料中添加蛋白酶PT 175 mg∕kg，提高了魚體增重率9.42%，降低了飼料系數(shù)7.8%；同時，增加胃與腸的蛋白酶活性及腸道皺襞高度和面積[21]。蜘蛛酶是蜘蛛消化道內(nèi)的共生微生物所分泌的一種高活性的金屬蛋白酶，在凡納濱對蝦飼料中添加0.10%、0.15%蜘蛛酶，成活率可分別提高8.34%、7.34%（P＜0.05），飼料系數(shù)分別降低 0.05、0.17（P＜0.05）[22]。在青魚[23]飼料中添加 0.1%中性蛋白酶(8 000 U∕g)，提高魚體增重率；添加0.2%、0.3%中性蛋白酶，提高了攝食量和蛋白質(zhì)消化率，但對干物質(zhì)消化率和消化酶活性沒有顯著影響。蛋白酶的使用一定要與基礎(chǔ)配方相適應(yīng)，必要時考慮其他酶制劑的綜合應(yīng)用能取得更好的作用效果。

1.1.4 脂肪酶

在飼料中增加脂肪的含量，會產(chǎn)生對蛋白質(zhì)的節(jié)約效應(yīng)，提高蛋白質(zhì)效率，促進(jìn)動物生長[24-25]。脂肪酶功能是將脂肪水解為甘油一酯、甘油二酯和游離脂肪酸，是動物體內(nèi)的一種重要消化酶。目前對脂肪酶的研究還不多，因其多樣性和穩(wěn)定性較差、底物不溶于水、生產(chǎn)成本較高等原因，有關(guān)脂肪酶在水產(chǎn)飼料中的研究很少。谷金皇等[26]在瓦氏黃顙魚飼料中添加300 mg∕kg的脂肪酶，提高了魚體增重率9.29%(P＜0.05)，降低了飼料系數(shù)6.35%(P＜0.05)。在南方鲇魚飼料中添加100 mg∕kg和300 mg∕kg脂肪酶，增重率也提高了4.0%和5.8%，飼料系數(shù)降低了5.0%和6.6%；同時增加了粗脂肪的消化率和蛋白質(zhì)效率(P＜0.05)[27]。

1.1.5 淀粉酶

淀粉酶的主要作用是促進(jìn)淀粉的分解消化，與內(nèi)源淀粉酶相互協(xié)同。飼料中添加淀粉酶后提高了腸道中淀粉酶的活性，淀粉酶活性的提高是外源酶和內(nèi)源酶的疊加效應(yīng)[28]。黃燕華等(2009)[29]在凡納濱對蝦飼料中添加150 mg∕kg的淀粉酶，對增重率、特定生長率、餌料系數(shù)均無顯著影響（P＞0.05）。總體來看，單一淀粉酶在水產(chǎn)飼料上的應(yīng)用報道很少，通常是作為復(fù)合酶制劑的一種成分而應(yīng)用。

1.2 復(fù)合酶制劑

在飼料中添加一定比例的復(fù)合酶制劑，能有效改善動物對飼料中的纖維素、半纖維素、果膠等植物細(xì)胞壁材料的消化和吸收，改善對蛋白質(zhì)和淀粉等的利用，從而提高動物的增重和飼料利用率。鐘國防等(2012)在飼料中添加0.05%和0.075%的復(fù)合酶制劑(淀粉酶、纖維素分解酶、蛋白酶為主)，提高了暗紋東方鲀的干物質(zhì)和蛋白質(zhì)表觀消化率(P＜0.05)[30]；在尼羅羅非魚飼料中添加0.10%、0.15%復(fù)合酶制劑(包括淀粉酶、纖維素分解酶、蛋白酶)，提高了魚體增重率和蛋白質(zhì)效率，降低了飼料系數(shù)(P＜0.05)，肝胰臟的SOD、LSZ活性也有顯著提高(P＜0.05)[31]。周金敏等（2012）在粗蛋白含量30%和28.5%的草魚幼魚飼料中分別添加復(fù)合酶制劑100～300 g∕t（以蛋白酶、木聚糖酶、纖維素酶為主），提高了飼料效率和特定生長率[32]。王紀(jì)亭等[33]將木聚糖酶、β-葡聚糖酶、淀粉酶、蛋白酶為主的復(fù)合酶制劑添加到草魚飼料中，顯著提高了草魚增重率和干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪及粗纖維的表觀消化率（P＜0.05），并提高了白細(xì)胞吞噬活性和血清殺菌能力（P＜0.01）。張滿隆等（2002）[34]、王輔臣等（2011）[35]、周金敏等（2010）[36]等關(guān)于草魚飼料中補充復(fù)合酶制劑的研究中均表明復(fù)合酶能促進(jìn)草魚生長，降低飼料系數(shù)。在異育銀鯽[37-38]、彭澤鯽[39]、黃顙魚[40]中均有類似報道。

2 酶制劑的作用機理

酶可以消化原來受細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)包裹的營養(yǎng)物質(zhì)，增加飼料中多聚糖、油脂和蛋白質(zhì)等的利用率。其次，酶制劑可以降解影響營養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收和利用的抗?fàn)I養(yǎng)因子，主要降解谷物細(xì)胞壁中的碳水化合物部分，如不能被消化酶消化的β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖。在幼齡動物中應(yīng)用酶制劑，主要是彌補其自身消化酶分泌的不足[41]。

2.1 消除抗?fàn)I養(yǎng)因子

麥類飼料中含有大量的可溶性非淀粉多糖，進(jìn)入消化道后會產(chǎn)生黏性，使消化液不易接觸飼料，降低飼料消化利用率。若添加一些非淀粉多糖酶，如β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纖維素酶等，則可分解非淀粉多糖，減小黏性。酶制劑還可破壞植物細(xì)胞壁，消除蛋白類抗?fàn)I養(yǎng)因子，如胰蛋白酶抑制劑和植物凝集素等。植酸酶還可消除植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用。Rodehutscord等[42]認(rèn)為，在磷的需求被滿足之前魚體吸收的所有磷都會在體內(nèi)累積，不會影響可溶性磷的排泄，植酸酶加入后可提高對飼料原料中磷的利用率，增加飼料中磷的可利用性。張春曉等（2008）[43]在大黃魚飼料中添加非淀粉多糖酶復(fù)合酶制劑，顯著降低了魚體氨氮排泄率（P＜0.05），添加植酸酶則增加了可溶性磷的排泄率。非淀粉多糖酶作用于相應(yīng)底物，使食糜黏度降低，減少養(yǎng)分?jǐn)U散的阻礙作用，從而提高了養(yǎng)分的消化率和吸收率。

2.2 對腸道消化酶和結(jié)構(gòu)的作用

酶制劑對消化器官和消化道的酶活也有影響。飼料中添加非淀粉多糖酶，可使奧尼羅非魚肝胰臟、胃、腸道蛋白酶活性升高[44]；日糧中添加以葡聚糖酶為主的外源酶后,異育銀鯽中腸食糜及組織中蛋白酶、淀粉酶活性均顯著提高(P＜0.05)[45]。消化酶活性的增加促進(jìn)了魚類對營養(yǎng)物質(zhì)的分解和消化吸收,從而加速其生長。

2.3 提高免疫功能

添加酶制劑改善了動物體生長性能，體質(zhì)增強，其抗病能力也增強。飼料中添加金屬蛋白酶，在改善羅非魚生長的同時，血清SOD、溶菌酶活力也顯著上升[16]。

2.4 在飼料加工過程中的作用

傳統(tǒng)的觀點認(rèn)為，酶在進(jìn)入動物消化道后才開始發(fā)揮作用，但在生產(chǎn)中，一些酶制劑在調(diào)質(zhì)、制粒、后熟化后，其活性已大部消失，但飼養(yǎng)試驗的效果卻不錯，這提醒我們，酶的作用不只局限在動物體內(nèi)，而在飼料加工的系列過程中就開始發(fā)揮作用了。李玉珍等（2008）[46]研究表明，2709堿性蛋白酶在70℃預(yù)處理10 min，蛋白酶的水解作用得到極大提高。柴仙琦（2013）研究表明，飼料中添加蛋白酶PT，在制粒和熟化過程中，蛋白酶已經(jīng)發(fā)揮了水解蛋白質(zhì)的作用，蛋白酶經(jīng)過制粒和后熟化過程后，酶活性仍能保留70%[47]。

綜上，在飼料中添加酶制劑，可消除抗?fàn)I養(yǎng)因子，增加內(nèi)源酶活力，對動物的生長、消化吸收、抗病免疫都有改善和增強作用。

3 存在的問題及展望

酶制劑的生產(chǎn)屬于發(fā)酵工業(yè)，其主要用于生產(chǎn)工業(yè)酶制劑。存在的主要問題有：一是現(xiàn)有工業(yè)酶制劑的測定方法不能完全適用于飼用酶制劑，不同的企業(yè)有不同的測酶標(biāo)準(zhǔn)，在養(yǎng)殖業(yè)中很難確定一個統(tǒng)一的測定酶活性的方法，導(dǎo)致酶的特性難以確定，對酶的使用發(fā)揮不了最佳效果；二是飼用酶制劑在制粒加工過程中，高溫、高濕會對酶活性產(chǎn)生破壞，這對使用酶制劑產(chǎn)生很大限制，可通過制粒后噴涂添加的工藝予以解決，或選用耐高溫酶制劑。另外，酶制劑的使用一定要有針對性，動物的種類、年齡、生理階段、飼料組成均會影響酶制劑的作用效果。

今后，應(yīng)該加大科技投入，綜合發(fā)酵、生物技術(shù)和飼料營養(yǎng)方面的特點和需求，研制出適合于飼料原料和市場特點的飼用酶制劑新產(chǎn)品，以推動飼用酶制劑的生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用；制訂適合飼用酶制劑檢測方法的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范飼用酶制劑生物學(xué)評價試驗方法；開發(fā)耐高溫的酶制劑。在酶制劑的使用方面，要針對不同的飼料和對象，使用不同的酶制劑。如在消化系統(tǒng)還未發(fā)育健全的動物飼料中應(yīng)使用消化性的酶制劑來補充酶的不足；在低黏度日糧中應(yīng)使用木聚糖酶和果膠酶等；在高黏度日糧中應(yīng)使用β-葡聚糖和木聚糖酶；高纖維日糧中應(yīng)使用纖維素酶等。

隨著社會的發(fā)展，對動物產(chǎn)品和飼料的安全性提出了越來越高的要求，酶制劑將成為養(yǎng)殖業(yè)和飼料工業(yè)中的不可缺少的內(nèi)容而具有廣闊的應(yīng)用前景。