飼用酶為不斷增長的食品需求提供支持

人口的不斷增長正導(dǎo)致對食物需求的持續(xù)增加，其中包括對肉類和其他動(dòng)物蛋白產(chǎn)品的需求。據(jù)推測，人類對家禽食品的需求將增長最快，其次是對豬肉產(chǎn)品的需求。對水產(chǎn)產(chǎn)品的需求也將增加，但其基數(shù)很小。反芻動(dòng)物數(shù)量的增長將不如單胃動(dòng)物數(shù)量的增長，但預(yù)計(jì)中國的奶業(yè)將會(huì)擴(kuò)張。

為了支撐不斷增長的食品需求，未來動(dòng)物所采食的飼料可能與當(dāng)前所提供的飼料不同。一種趨勢是副產(chǎn)品和下腳料會(huì)按一些的水平加入單胃動(dòng)物的飼料中，2000年以前這都沒有予以考慮。

雖然是否添加這些替代品將取決于谷物和大豆的價(jià)格，但朝著更長期使用質(zhì)量較差飼料原料的舉措可能需要實(shí)施很長一段時(shí)間。飼料原料本身也含有能夠降低營養(yǎng)吸收效率的抗?fàn)I養(yǎng)因子（ANFs），因而，會(huì)提高蛋白質(zhì)的生產(chǎn)成本。

1 未來的重大挑戰(zhàn)

高效的動(dòng)物生產(chǎn)和環(huán)境管理都面臨著重大挑戰(zhàn)，除非這些質(zhì)量較差的飼料原料被生產(chǎn)得更具營養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)高效的蛋白質(zhì)生產(chǎn)，改善健康以及降低環(huán)境污染。

應(yīng)用酶制劑將是構(gòu)成通過提供一種降低此類抗?fàn)I養(yǎng)因子作用、降解飼料中動(dòng)物不能利用的成分并釋放出更多營養(yǎng)的方法以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)所必須的。

酶的活性具有底物特異性。因此，單個(gè)酶的效應(yīng)是可以獨(dú)立計(jì)算的，不管是否與其他酶和添加劑聯(lián)合使用。聯(lián)合使用可能會(huì)表現(xiàn)出超出被測得能量、氨基酸和礦物質(zhì)釋放值的更多功效，如更平衡的腸道菌群。

因此，當(dāng)前植酸酶和木聚糖酶等重要的酶，單獨(dú)或除了越來越重要的蛋白酶外，將會(huì)彼此互補(bǔ)，因?yàn)樗鼈冊趧?dòng)物消化道中作用于不同的底物。

雖然蛋白酶是最近加入飼用酶組方中作為單組份的產(chǎn)品，但是植酸酶和木聚糖酶已經(jīng)廣泛使用，特別是在豬飼料中。

即使在不使用替代飼料原料時(shí)，這些酶作用于特定的底物也是必然的，因?yàn)榭範(fàn)I養(yǎng)因子存在于所有天然飼料中。

2 為什么使用植酸酶

植酸，在種子萌發(fā)時(shí)可以作為磷（P）的儲(chǔ)存庫，同時(shí)在種子的整個(gè)生命過程中作為保護(hù)劑抵抗氧化應(yīng)激。其以礦物-植酸復(fù)合物的形式存在，而且植物性飼料中大部分P以植酸-P的形式存在。

真如在米糠中所見到的那樣，植酸結(jié)合型P的總比例可能高達(dá)80 %。傳統(tǒng)飼料中植酸結(jié)合型P的精確水平，在同一種飼料原料中和不同種飼料原料間含量差別很大。由植酸-P引發(fā)的一個(gè)問題是未被消化的磷將會(huì)排出體外，從而引發(fā)環(huán)境災(zāi)難。

P源的替代產(chǎn)品包括礦物質(zhì)（如磷酸氫鈣）和肉骨粉，這些替代產(chǎn)品所含P高度易消化，從而可以平衡動(dòng)物的日糧，但是對環(huán)境的危害小。

釋放植酸中的P可以降低環(huán)境負(fù)擔(dān)，而且還可以降低飼料成本，因?yàn)檫@可降低對其他P源的的需求。

另外，植酸還會(huì)結(jié)合其他礦物質(zhì)，如Zn、Cu、Ca和Fe，降低這些礦物質(zhì)的可利用率。植酸還能夠結(jié)合蛋白質(zhì)，這反過來又會(huì)降低氨基酸的消化率。微生物植酸酶被認(rèn)為在pH較低的環(huán)境中能表現(xiàn)出最大的活性。對豬來說，植酸酶展現(xiàn)其作用的主要部位是胃部。新一代植酸酶最能在胃內(nèi)酸性環(huán)境中完全發(fā)揮其功能。

細(xì)菌性植酸酶的出現(xiàn)提高了動(dòng)物飼料的生物學(xué)效價(jià)。真如其更高基質(zhì)價(jià)值所暗示的那兒，新一代植酸酶能夠使飼料的生物學(xué)效價(jià)得到更進(jìn)一步的改善，當(dāng)然這高度依賴于原料的質(zhì)量和試驗(yàn)的條件。

與此同時(shí)，由于對植酸酶的作用方式有了廣泛的了解，植酸酶也許能夠產(chǎn)生更多的益處。正在進(jìn)行的研究將繼續(xù)揭示植酸酶對養(yǎng)豬生產(chǎn)者的更多價(jià)值。

3 為什么使用木聚糖酶

非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharides，NSPs）屬于一組被稱作日糧纖維的碳水化合物。其在小腸中難以被消化，但可以被微生物完全或部分消化，經(jīng)發(fā)酵后生成短鏈脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFAs）而被小腸或大腸吸收。

NSPs可分為細(xì)胞壁組分和非細(xì)胞壁組分二種，包括纖維素、半纖維素、果膠和水解膠體。

木聚糖是半纖維素的主要成分，是自然界中排在纖維素之后的第二豐富的多糖。半纖維素是種子中的儲(chǔ)存聚合物以及木本植物的結(jié)構(gòu)成分。

谷物，如小麥和大麥，因其可溶性NSP的特性，會(huì)提高腸道內(nèi)容物的粘度，從而導(dǎo)致飼料采食量降低，還會(huì)對細(xì)菌的增殖產(chǎn)生不利作用和包裹營養(yǎng)。

玉米中的木聚糖酶主要作用是破壞胚乳壁，從而釋放出被包埋的蛋白質(zhì)和淀粉。小麥副產(chǎn)品和生物乙醇工業(yè)副產(chǎn)品（基于玉米或小麥的干酒糟及其可溶物，即DGGS）含有高水平的不溶性纖維，會(huì)使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)快速通過腸道，降低營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。

木聚糖酶能夠?qū)共蝗苄岳w維的上述效應(yīng)，繼而允許更多地采用營養(yǎng)價(jià)值較低的飼料原料，從而可以提高飼料配方的靈活性，降低飼料成本。而且還能減少動(dòng)物排出的糞便量。

木聚糖酶在接近中性pH環(huán)境下往往會(huì)表現(xiàn)出最佳的活性。有證據(jù)表明，肉雞主要通過自由采食的方式將通常為堿性的作物采食到體內(nèi)，而且家禽的嗉囊和腺胃為酸性環(huán)境。

小腸pH處于弱酸和弱堿之間，這種環(huán)境對部分木聚糖酶來說pH有些太高。

腸管前段的食糜含水量太低，這不利于酶發(fā)揮其活性作用，酶的活動(dòng)需要有合理水平的含水量。因此，非淀粉多糖（NSP）酶的活性在腸管前段可能會(huì)較低。

對家禽來說，木聚糖酶的活性作用可能主要發(fā)生在小腸，不過其對作物的某些作用可能取決于飼喂方案。

對豬來說，其胃內(nèi)容物的pH處于3～5之間，有可能成為酶活性的重要場所。因此，木聚糖酶和植酸酶的部分或全部的活性可能在豬體內(nèi)的同一部位發(fā)揮作用。

4 為什么使用蛋白酶

植物性蛋白飼料還涉及另一種的抗?fàn)I養(yǎng)因子（ANF）。全球動(dòng)物飼料中蛋白質(zhì)主要來自豆粕，大豆產(chǎn)量占全球油料作物產(chǎn)量的55 %。然而，還有其他來源植物蛋白，如菜籽粕、DDGS、豆皮和豌豆。由于豆粕含有高水平的蛋白 （高達(dá)49 %），且易被非反芻動(dòng)物消化和平衡，因而豆粕是畜禽和水產(chǎn)動(dòng)物的主要蛋白來源。

然而，豆粕的質(zhì)量因生產(chǎn)地的不同而差異很大，而且還含有抗?fàn)I養(yǎng)因子（ANFs），這些抗?fàn)I養(yǎng)因子可以降低豬的生長性能，它們包括蛋白酶抑制劑、植酸、低聚糖、抗原因子（如大豆球蛋白）以及外源凝集素；后者能干擾營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。

其他植物性蛋白也是有價(jià)值的氨基酸和不受歡迎的ANFs的結(jié)合體。

總而言之，蛋白酶具有多種益處。其可以降低上述抗?fàn)I養(yǎng)因子的作用。

因此，蛋白酶會(huì)降低飼料配方不平衡和飼料成分營養(yǎng)品質(zhì)變化所造成的風(fēng)險(xiǎn)。蛋白酶還允許人們以較高的水平使用質(zhì)量較差的飼料原料。最后，蛋白酶還可降低飼料的蛋白水平和飼料成本。

然而，一種酶除了具有主要的活性外，可能具有多種營養(yǎng)益處。

如，蛋白酶可以降解了醇溶蛋白復(fù)合物，保護(hù)高粱淀粉顆粒，這具有能釋放供宿主動(dòng)物間接使用的能量額外的益處。

因此，雖然蛋白酶將能夠顯著地提高高粱中的氨基酸消化率（以及相關(guān)的能量消化），但是由于存在間接的影響，全部的能量值將會(huì)得到顯著的提高。鑒于商用產(chǎn)品所處于的典型pH范圍，或許可以預(yù)測蛋白酶在小腸中的活性更高。

植酸酶和木聚糖酶在十二指腸近端中的功效可能存在重疊，但是即使植酸酶和木聚糖酶喪失活性，蛋白酶仍將具有活性。蛋白酶和淀粉酶的活性也可能存在重疊，這對某些飼料成分而言可能是有利的。

5 復(fù)合酶

所有飼料原料含有來自纖維、植酸和對蛋白酶作用敏感的因子的ANFs復(fù)合物。玉米中的大量P與植酸相結(jié)合，可以通過添加植酸酶將其釋放。

玉米還含有一定數(shù)量的不溶性NSP，這些NSP也可能被木聚糖酶裂解。來自乙醇工業(yè)副的產(chǎn)品（玉米基或小麥基干酒糟可溶物）含有較高水平的NSP，因添加木聚糖酶而使其價(jià)值得到提升。

大豆的營養(yǎng)價(jià)值可因添加植酸酶（分解植酸）、木聚糖酶（降解纖維）以及蛋白酶（減少抗?fàn)I養(yǎng)因子）而得到提高。

因此，每種酶的作用模式可能具有加性效應(yīng)。添加多種、現(xiàn)有的酶可能比添加單一的一種酶釋放出更多的營養(yǎng)，同時(shí)能夠更多地降低飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子的不良作用。

Nortey等（2007）的研究表明，日糧中磷的消化率在添加植酸酶或木聚糖酶后得到了提高，但當(dāng)同時(shí)在小麥型日糧中添加這兩種酶后能得到最大的提高（圖1）。

這項(xiàng)研究還表明，植酸酶和木聚糖酶能夠改善能量和賴氨酸的回腸消化率。這表明多種復(fù)合酶在提高單一營養(yǎng)物質(zhì)消化率水平上遠(yuǎn)甚于其單獨(dú)的功效。

植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶的作用模式存在互補(bǔ)性，應(yīng)該能在不同飼料原料間產(chǎn)生更一致的結(jié)果。此外，在飼料原料的質(zhì)量較差或多變時(shí)，這些反應(yīng)將更強(qiáng)烈。

6 結(jié)論

鑒于人類對食品需求的不斷增長以及長期以來資源缺乏不斷加劇，對動(dòng)物生產(chǎn)而言，為了滿足全球不斷增長的需求，更好地利用所有可利用的飼料原料將是至關(guān)重要的。

由于飼用酶能夠?yàn)榭沙掷m(xù)動(dòng)物生產(chǎn)提供一個(gè)重要的潛在解決方案，因此它的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。酶不僅能夠提高昂貴營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，而且可以通過降低抗?fàn)I養(yǎng)因子（ANFs）的不良作用來提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，因而，有利于降低動(dòng)物生產(chǎn)成本。

最后，酶能夠減少礦物質(zhì)、氮和碳的潛在排泄，這些物質(zhì)在品質(zhì)較差的飼料原料中含量較高。

一般情況下，多種酶聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，酶的功效將更顯著。

新一代和改良型酶將會(huì)不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)在和將來，所有形式的動(dòng)物生產(chǎn)都將從不斷創(chuàng)新的酶技術(shù)及其應(yīng)用中受益?！酢?/p>

原題名：Feed enzymes support the challenge of growing food demand （英文）

原作者： Howard Simmins博士（InSci公司）和Ajay Bhoyar博士（Novus國際公司全球市場高級經(jīng)理）