酶制劑在家禽日糧中的研究進(jìn)展

摘 要：外源性酶已廣泛應(yīng)用于家禽日糧中以提高其生產(chǎn)性能。然而，評(píng)價(jià)酶的功效及擴(kuò)大酶的利用以調(diào)節(jié)家禽日糧的配方組成還有待進(jìn)一步研究。植酸酶在提高家禽生產(chǎn)性能及減少磷對(duì)環(huán)境的污染方面尚未獲得預(yù)期的效果，這部分歸結(jié)于日糧中非目標(biāo)纖維組分潛在的不利影響，亦或是對(duì)家禽日糧中磷的精確需要量研究不足和存在在日糧配方中使用過(guò)大安全限量的趨勢(shì)。酶制劑在小麥、大麥或黑麥為基礎(chǔ)成分的日糧中效果良好，但是在玉米、豆粕型基礎(chǔ)日糧中作用不明顯，可能主要是與這些谷物中的非淀粉多糖（NSP）組成不同有關(guān)。家禽日糧中亞麻籽使用的增加意味著需要擴(kuò)大研究領(lǐng)域，以開(kāi)發(fā)出能夠消除亞麻籽中非淀粉多糖組分潛在不利影響的高效酶制劑。本文將介紹酶制劑開(kāi)發(fā)過(guò)程中需面臨的此類(lèi)挑戰(zhàn)及所獲的成果。

關(guān)鍵詞：酶制劑；家禽；生產(chǎn)性能；利用率

近年來(lái)，通過(guò)向飼料中添加外源性酶來(lái)提高其營(yíng)養(yǎng)學(xué)價(jià)值已成為眾人協(xié)力研究的領(lǐng)域。眾多報(bào)道顯示，在北美地區(qū)，向家禽日糧中添加合適的植酸酶、碳水化合物酶和其他酶類(lèi)，可以提高玉米、豆粕和其他飼料原料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

通過(guò)添加酶制劑來(lái)提高日糧的生產(chǎn)價(jià)值可從以下幾方面得到實(shí)現(xiàn)：⑴促使植酸水解以釋放出磷；⑵解除植物細(xì)胞壁的營(yíng)養(yǎng)包裹作用，進(jìn)而提高能量和氨基酸的利用率；⑶溶解細(xì)胞壁中非淀粉多糖，提高其在動(dòng)物后腸內(nèi)的發(fā)酵效率，進(jìn)而改善能量的綜合利用率；⑷裂解某些類(lèi)型的糖-蛋白鏈，提高氨基酸的利用率，⑸用酶的水解作用消除日糧中某些非淀粉多糖（NSP）的抗?fàn)I養(yǎng)特性，使其成為益生類(lèi)營(yíng)養(yǎng)成分，進(jìn)而可促進(jìn)幼禽腸道的健康發(fā)育。

本文的目的是綜述文獻(xiàn)中有關(guān)酶在家禽日糧中的應(yīng)用狀況，進(jìn)而證明并討論與酶使用和功效有關(guān)的某些誤解和不足。綜合筆者所在研究小組及過(guò)去5～6年內(nèi)在同行評(píng)議雜志中發(fā)表的數(shù)據(jù)，以闡明不同酶的作用模式，并證明酶和底物之間的作用關(guān)系。旨在說(shuō)明酶的潛在功效（或不足），并研究出在玉米型和豆粕型日糧中更有效地應(yīng)用酶制劑的策略。對(duì)在以增加蛋和禽肉中ω-3 脂肪酸含量為目的而使用亞麻籽仁的高纖維日糧中添加酶制劑提供某些建議。

1 植酸和植酸酶的功效

與植酸（Phytic Acid，PA）有關(guān)的不良作用在一定程度上可以通過(guò)使用外源性植酸酶得到減輕。研究表明，家禽日糧中添加植酸酶能提高磷的消化率和利用率，減少其向環(huán)境中的排放量（Applegate等，2003；Pennet等，2004；Angel等，2006；Leytem等，2007）。然而，多項(xiàng)研究表明，用植酸酶來(lái)釋放植酸中的磷還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不徹底，家禽日糧中的植酸磷釋放比例平均僅為20 %（表1）。雖然普遍可接受的是添加酶后，肉雞日糧中的有效磷能降低至少0.1個(gè)百分點(diǎn)或更多，但據(jù)此看來(lái)報(bào)道的植酸磷消化率值并沒(méi)有證明這種程度的下降是正確的。

根據(jù)研究1和研究2的結(jié)果，植酸磷的釋放程度似乎與外源性植酸酶的添加量無(wú)直接的關(guān)系，但很可能與植酸分子比較難以進(jìn)行水解的這一事實(shí)有關(guān)。這很可能是因?yàn)樾纬闪瞬蝗苄缘闹菜?鈣復(fù)合體（Tamim等，2004）。植酸鹽的水解主要發(fā)生在家禽的前胃（嗉囊、腺胃、肌胃）中，其腔內(nèi)的pH值可增強(qiáng)植酸酶的活性和植酸鹽的溶解性（Selle和Ravindran，2007），因此，消化道環(huán)境及食糜流過(guò)消化道的時(shí)間是植酸酶發(fā)揮功效的重要決定因素。

飼料制粒和儲(chǔ)存溫度等因素會(huì)影響植酸酶功效的發(fā)揮，該不良影響或可經(jīng)包被處理、顆?；蛘咴陲暳现屏：筇砑蛹右韵?。為解決這一問(wèn)題，研究人員選用了位于加拿大西部的兩個(gè)飼料加工廠(chǎng)生產(chǎn)的顆粒狀及未處理的粉末狀植酸酶產(chǎn)品進(jìn)行酶的熱穩(wěn)定性比較研究。結(jié)果表明（表2），經(jīng)過(guò)制粒過(guò)程后，兩個(gè)廠(chǎng)家的兩種酶產(chǎn)品活性損失率較高，其中顆粒酶損失率略低。有意思的是，該研究使用的調(diào)質(zhì)溫度還沒(méi)有達(dá)到美國(guó)飼料加工廠(chǎng)的常用制粒溫度。

在評(píng)價(jià)植酸酶功效時(shí)，要考慮酶顆粒的粒度大小。因?yàn)樵诮?jīng)過(guò)上消化道關(guān)鍵部位的短時(shí)間內(nèi)，大顆粒植酸酶會(huì)導(dǎo)致食糜中酶-底物的分布不均，影響植酸鹽底物的有效水解，導(dǎo)致植酸磷釋放的延遲。如表3所示，飼料中添加大顆粒植酸酶時(shí)，家禽需要攝入5 g飼料才能攝入1粒或1片顆粒酶B或酶C，而獲得1粒酶A時(shí)需要攝入的飼料不及1 g。

2 水解非淀粉多糖（NSP）提高植酸酶功效的意義

家禽日糧中添加能夠促進(jìn)植酸酶釋放磷的非淀粉多糖酶，已成為提高植酸酶功效的手段之一。研究表明，非淀粉多糖酶能夠通過(guò)消除植物細(xì)胞壁對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的包裹作用及降低食糜粘度來(lái)提高家禽的養(yǎng)分利用率。與此相似，多價(jià)陽(yáng)離子可以和飼料及食糜中的植酸結(jié)合，而NSP又能結(jié)合多價(jià)離子，非淀粉多糖酶也可通過(guò)消除非NSP與植酸的螯合作用來(lái)提高植酸酶的功效（Kim等，2005）。但是，關(guān)于非淀粉多糖酶加入含植酸酶的日糧中能否影響植酸酶功效存在爭(zhēng)議。由表4中磷的表觀消化率結(jié)果可知，飼料中加入木聚糖酶或?qū)⒛揪厶敲浮⒌矸勖负偷鞍酌高m當(dāng)比例混合后進(jìn)行添加，均沒(méi)能提高植酸酶的功效，這可能與纖維組分的復(fù)雜性和更準(zhǔn)確地說(shuō)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)（需要一種含更多品種的非淀粉多糖酶以使NSP得到有效的解聚）有關(guān)系。

最近，Woyengo等對(duì)玉米-豆粕型日糧中添加植酸酶和NSP復(fù)合酶的加性效應(yīng)進(jìn)行了研究，以探討解決NSP-纖維復(fù)合體的方法。表5顯示，試驗(yàn)日糧處理組分為陽(yáng)性對(duì)照組（PC）、陰性對(duì)照組（NC，低磷、不加植酸酶組）、植酸酶組（低磷+600 U/kg植酸酶）和復(fù)合酶組（低磷+600 U/kg植酸酶+碳水化合物復(fù)合酶——Superzyme OM）。結(jié)果（表5）顯示，與3個(gè)低磷組相比，飼喂PC組日糧的家禽增重和脛骨灰分含量較高。日糧中加入植酸酶能夠改善家禽的增重，其中復(fù)合酶組的家禽表現(xiàn)更為明顯。與植酸酶組相比，復(fù)合酶組家禽的飼料轉(zhuǎn)化率更高。研究人員注意到，飼料中加入植酸酶能夠提高磷的回腸消化率，在加入碳水化合物復(fù)合酶后，復(fù)合酶組家禽的磷消化率可與陽(yáng)性對(duì)照組的持平。相比較NC組，植酸酶組家禽的脛骨灰分含量升高，但在加入碳水化合物復(fù)合酶后沒(méi)有繼續(xù)出現(xiàn)顯著升高。

3 補(bǔ)充植酸酶對(duì)磷排泄量和環(huán)境污染的

影響

近年來(lái)研究人員注意到，為增加磷的可溶性，在肉雞日糧中只添加植酸酶而沒(méi)有適當(dāng)?shù)販p少非植酸磷的添加量，排泄物將增加土地中的磷含量，進(jìn)而對(duì)環(huán)境帶來(lái)不利影響（加速藻類(lèi)植物和水生植物的生長(zhǎng)）（Angel等，2005；McGrath等，2005）。導(dǎo)致日糧中磷過(guò)量添加的原因有：⑴飼料原料中非植酸磷含量的不確定性，⑵NRC推薦磷需要量的保守性，結(jié)果⑶加入植酸酶后飼料中磷添加量減少的程度不大，超出有效磷的安全劑量范圍。例如，玉米的非植酸磷含量為0.03 %～0.15 %，豆粕為0.15 %～0.35 %，利用這些不同來(lái)源的原料時(shí)，其非植酸磷含量差異很大（Hubbell，1989；NRC，1994；Ewing，1997；IMC-Agrico，2000；Leeson和Summers，2005）。Manangi和Coon（2006）研究表明，從美國(guó)不同來(lái)源的多種原料中采集25種豆粕樣本，測(cè)得其非植酸磷含量范圍在0.23 %～0.47 %。另外，Waldroup等（2000）的研究結(jié)果顯示，如果以脛骨灰分作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，肉雞（1～21日齡）的非植酸磷需要量應(yīng)為0.39 %，而不是普遍認(rèn)為的0.45 %。

圖1中磷沉積率數(shù)據(jù)展示了飼料中植酸酶添加與環(huán)境中磷污染的關(guān)系（Cowieson等，2006；Elkhalil等，2007；Leytem等，2008）。不考慮植酸酶活性水平的影響，陽(yáng)性照組（磷水平適當(dāng)）的磷沉積率平均值達(dá)51 %，陰性對(duì)照（低磷組）均值為50 %，陰性對(duì)照+植酸酶組均值為60 %，將這些數(shù)據(jù)用日糧中實(shí)際的磷含量來(lái)表示時(shí)（表6），陰性照組和陰性照組+植酸酶組磷保留率分別為0.30 %和0.34 %，磷排瀉率分別為0.26 %和0.22 %?？傮w而言，磷排放量還是很高，這表明飼料原料中的有效磷及磷需要量有待進(jìn)一步研究確定，可在肉雞日糧中更準(zhǔn)確地使用有效磷值及降低安全劑量范圍，使得排放到環(huán)境中的磷最少化。

4 植酸酶對(duì)家禽生長(zhǎng)性能和養(yǎng)分利用率

的影響

許多研究指出，低磷日糧中添加植酸酶能提高家禽的生長(zhǎng)性能和養(yǎng)分利用率，但是和添加適宜磷的正對(duì)照組相比，影響不顯著或影響極小。近年來(lái)的研究表明，肉雞日糧中添加植酸酶對(duì)其生長(zhǎng)性能和蛋白質(zhì)及氨基酸的利用率影響很?。ū?），而且Martinez-Amezcua等（2006）和Cowieson等（2006）的研究指出，添加植酸酶組的賴(lài)氨酸消化率和對(duì)照組相比差異也不顯著。在蛋雞日糧中添加植酸酶后的影響結(jié)果匯總?cè)绫?所示，跟適量加磷組相比，低磷日糧中添加植酸酶后獲得相同的生產(chǎn)性能。Hughes 等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，即使在磷添加量很低的日糧中加植酸酶也能獲得相同的產(chǎn)蛋量；因此，蛋雞日糧中的磷需要量有待進(jìn)一步研究，蛋雞日糧的高鈣含量一直被認(rèn)為會(huì)對(duì)植酸酶的作用產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，使用不適于加熱的粉狀飼料也可能成為獲得以上結(jié)果的限制因素。

5 非淀粉多糖和非淀粉多糖酶

非淀粉多糖是家禽日糧中傳統(tǒng)纖維型原料的主要組分，由纖維素和非纖維素多糖組成。谷物類(lèi)糧食（如玉米）中的非淀粉多糖主要由阿拉伯木聚糖和β-甘露聚糖組成，而豆粕和菜籽粕中的非淀粉多糖主要由阿拉伯半乳聚糖、半乳聚糖、半乳糖甘露聚糖、甘露聚糖和果聚糖組成。大麥、黑麥和小麥中的可溶性粘性β-甘露聚糖和阿拉伯木聚糖能夠阻礙消化酶和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的接觸，并阻礙食糜的運(yùn)動(dòng)和水解產(chǎn)物向腸道粘膜的輸送，導(dǎo)致動(dòng)物生產(chǎn)性能的下降（Graham和Aman，1991）。另外，研究證明，粘性糞便與β-甘露聚糖和阿拉伯木聚糖的高持水力有直接的關(guān)系。為消除抗?fàn)I養(yǎng)因子，在過(guò)去30年里已經(jīng)研制出β-甘露聚糖酶和木聚糖酶，除了降低粘度外，非淀粉多糖組合酶還能有效地減少細(xì)胞壁對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的包裹作用，提高蛋白質(zhì)、淀粉和能量的利用率。

近年來(lái)研究人員將木聚糖酶和甘露聚糖酶應(yīng)用于肉雞或火雞的玉米-豆粕型日糧中，以研究酶對(duì)家禽生長(zhǎng)性能的影響。玉米或豆粕中的非淀粉多糖不會(huì)造成粘度問(wèn)題，也可以將多種碳水化合物酶結(jié)合起來(lái)用于有效降解細(xì)胞壁。日糧中添加酶制劑后對(duì)肉雞和火雞的體重和耗料增重比有少量的提高（表9），但對(duì)蛋雞的產(chǎn)蛋性能沒(méi)有影響（表10）。

6 針對(duì)玉米-豆粕型日糧的酶制劑

在家禽和豬的飼料市場(chǎng)中，玉米和豆粕占主導(dǎo)地位，因此在玉米-豆粕型日糧中加入酶制劑可能具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。到目前為止，專(zhuān)門(mén)針對(duì)玉米型-豆粕型日糧的兩種主要成分及其N(xiāo)SP組分的蛋白酶、淀粉酶、木聚糖酶的研究尚未取得成功。

致力于研究專(zhuān)門(mén)針對(duì)玉米-豆粕型日糧的酶制劑是有必要的，在此過(guò)程中可作如下假設(shè)：⑴玉米豆粕中的水溶性非淀粉多糖不會(huì)引起粘度問(wèn)題；⑵淀粉能夠充分消化，不過(guò)不能完全消化；⑶寡糖含量相對(duì)較高，并可作為能量來(lái)源被有效利用；⑷非淀粉多糖，包括阿拉伯木聚糖、葡聚糖、纖維素、甘露聚糖、半乳甘露聚糖和果聚糖，均能作為能量來(lái)源，且有利于腸道健康；⑸豆粕中的一些糖蛋白可能無(wú)法被動(dòng)物有效利用。

已完成的多項(xiàng)研究以玉米和豆粕中的NSP為研究對(duì)象。利用多種碳水化合物復(fù)合酶在體外能使玉米和豆粕中NSP的明顯解聚的原理（Meng等，2005），因此進(jìn)行了一項(xiàng)試驗(yàn)以測(cè)定NSP酶在飼喂半純合的玉米型和玉米-豆粕型肉雞日糧中的酶解效應(yīng)（表11）。結(jié)果，添加酶可使玉米型日糧組的肉雞增重提高（P=0.054）），料重比顯著改善（P<0.05）；而玉米-豆粕型日糧組的肉雞體重（P=0.07）和料重比（P=0.08）均無(wú)明顯改變。這表明，與半純合日糧（單獨(dú)加入大豆蛋白）相比，豆粕型日糧中含有一些不可被利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。由表12可知，酶制劑對(duì)日糧非淀粉多糖的消化率和真代謝能值有顯著（P<0.001）的影響，而對(duì)淀粉消化率的影響不明顯（P>0.05）。玉米型日糧中添加酶制劑，對(duì)淀粉的回腸消化率有極顯著的影響（P<0.001），玉米-豆粕型日糧中添加酶制劑對(duì)蛋白的消化率有極顯著的影響（P <0.001）?，F(xiàn)有的研究證明，當(dāng)通過(guò)收集排泄物進(jìn)行淀粉消化率測(cè)定時(shí)，飼喂玉米型日糧的肉雞有較高的淀粉消化率；但在回腸水平上，此類(lèi)肉雞的淀粉消化較低。這表明淀粉在家禽小腸中的消化不完全，但在后腸中因受微生物的發(fā)酵而被完全消化。因此，可以得知在回腸水平上測(cè)定淀粉的消化率能夠更好地反映出酶制劑的作用效果。同時(shí)還可以得知，非淀粉多糖酶可以提高玉米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。這些結(jié)果還表明，在以玉米為飼料成分的飼料中進(jìn)行針對(duì)其他組分的酶制劑研究時(shí)，添加酶產(chǎn)生的某些有益功效可能部分來(lái)自酶制劑中含有針對(duì)玉米中非淀粉多糖組分的酶。因此，玉米-豆粕型日糧中添加復(fù)合酶制劑能夠提高肉雞的生長(zhǎng)性能和養(yǎng)分利用率。

7 ω-3脂肪酸、亞麻籽仁和酶技術(shù)

為使雞蛋富集ω-3不飽和脂肪酸，在產(chǎn)蛋雞日糧中使用亞麻籽仁已成為越來(lái)越普遍的方法（Gonzalez-Esquerra和Leeson，2001）。亞麻籽仁富含ω-3不飽和脂肪酸（油脂中含量為48 %～58 %），其中亞麻酸（C18：3n3）可作為在肝臟中通過(guò)去飽和鏈伸長(zhǎng)途徑合成二十碳五烯酸（EPA；C 20：5n3）和二十二碳六烯酸（DHA；C 22：6n3 ）的前體，而EPA和DHA均可在雞蛋和肉產(chǎn)品中沉積，隨后對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生潛在的益處。然而，將磨碎的亞麻籽仁加入家禽日糧中后會(huì)造成能量利用率、生長(zhǎng)性能和飼料轉(zhuǎn)化率的下降。達(dá)不到最佳的能量利用率可能是油脂利用受限的結(jié)果，因?yàn)閬喡樽讶手写蟛糠钟椭杉?xì)胞壁中非淀粉多糖包裹。另外，不推薦將磨碎的亞麻籽仁儲(chǔ)存起來(lái)，因?yàn)檫@樣易導(dǎo)致油脂氧化，并可能引起火災(zāi)，存在一定的安全隱患。因此，飼料制粒和添加酶制劑已成為提高ω-3 脂肪酸在家禽產(chǎn)品中沉積的一種受關(guān)注的日糧調(diào)控手段。

筆者所在實(shí)驗(yàn)室的研究表明，具有可降解細(xì)胞壁活性的碳水化合物酶能夠有效降解亞麻籽仁細(xì)胞壁中的非淀粉多糖，并促進(jìn)全脂亞麻油的能量利用（Slominski等，2006）。由表13所示，在果膠酶、纖維素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶和半乳糖甘露聚糖酶復(fù)合酶的作用下，亞麻籽仁中非淀粉多糖的降解率平均達(dá)到37.6 %。同一復(fù)合酶用于成年公雞日糧，以利用真代謝能（TMEn）方法分析能量利用率。結(jié)果和不加酶時(shí)相比，加酶后亞麻籽仁的TMEn含量增加明顯，同時(shí)脂肪和非淀粉多糖消化率出現(xiàn)類(lèi)似的情況。蛋雞試驗(yàn)獲得了相似的研究結(jié)果（表14），添加酶制劑可提高產(chǎn)蛋量、飼料轉(zhuǎn)化率、蛋殼品質(zhì)和蛋中ω-3脂肪酸的沉積量（Jia等，2008）。

8 結(jié)論

8.1 植酸酶有效性

鑒于過(guò)去幾年中被用于植酸酶研究的飼料資源規(guī)模，在植酸中磷釋放和磷沉積量的提高上的成功程度還是令人失望的。根據(jù)回顧的多項(xiàng)研究，似乎存在以下幾方面的原因：飼料類(lèi)型及飼料加工過(guò)程引起酶的有效添加量不足，如高溫調(diào)質(zhì)過(guò)程導(dǎo)致酶活性損失；飼料及原料中磷含量估測(cè)過(guò)于保守；小腸中植酸酶很難與植酸結(jié)合。就目前的研究結(jié)果和能夠顯示植酸酶和各種碳水化合物酶添加效應(yīng)的新數(shù)據(jù)而言，如果能實(shí)現(xiàn)理想的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，我們似乎可以重新考慮將植酸酶應(yīng)用到商業(yè)化飼喂方案中。

8.2 非淀粉多糖酶

在谷物原料是家禽日糧主要組成成分的這部分國(guó)家中，酶制劑已經(jīng)成功地用于家禽生產(chǎn)中。然而，當(dāng)這些酶用于玉米-豆粕型日糧中時(shí)，并不能取得最佳的生產(chǎn)性能。在對(duì)玉米和豆粕的非淀粉多糖組分進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，要想獲得理想的生產(chǎn)性能，需要加入多種碳水化合物酶。這也是在玉米-豆粕型家禽日糧中單獨(dú)添加木聚糖酶、β-甘露聚糖酶或者混合添加木聚糖酶、淀粉酶和蛋白酶后，日糧性能改善不大的原因。需要加入復(fù)合酶制劑來(lái)解聚日糧中的NSP，以最終使家禽的增重、飼料轉(zhuǎn)化率和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率達(dá)到可預(yù)見(jiàn)的改善目標(biāo)。因此，要在商業(yè)化家禽飼喂方案上實(shí)現(xiàn)可行的且一致的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，必須使用含有對(duì)纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、甘露聚糖酶和半乳糖甘露聚糖酶經(jīng)正確混合的復(fù)合酶制劑。

由于家禽日糧采用新的飼料原料變得越來(lái)越普遍，根據(jù)已知的難消化飼料組分，為玉米-豆粕型日糧開(kāi)發(fā)酶制劑也可采用相同的策略。隨著增值型家禽產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展，亞麻籽仁也成為家禽飼料中能量和ω-3脂肪酸的首選來(lái)源。此外，存在高水平的不可消化NSP已經(jīng)限制了其在家禽日糧中的應(yīng)用。然而，一旦這些抗?fàn)I養(yǎng)因子通過(guò)添加合適的復(fù)合酶得到消除，亞麻籽仁的營(yíng)養(yǎng)值及其利潤(rùn)將會(huì)得到顯著提升。