如何評價酶制劑在飼料行業(yè)中的應用效果

■李 敬李曉潔宮 官張 維張 雷

（1.AB Vista Asia Pte Ltd，新加坡 329682；2.遼寧省農(nóng)牧業(yè)機械研究所有限公司，遼寧沈陽 110036）

近年來，飼用酶制劑在畜牧行業(yè)的應用非常廣泛，但在畜禽日糧的應用中，如何選擇合適的酶制劑品種和劑量仍存在很多問題[1]。目前，酶制劑廠家越來越多，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，盲目性和隨從性較為嚴重，導致人們對酶制劑的使用效果產(chǎn)生諸多質(zhì)疑。然而，酶制劑的應用價值卻是毋庸置疑的，它作為一類具有生物活性物質(zhì)的蛋白質(zhì)，對底物作用具有高效性和專一性，能有效降解飼料中抗營養(yǎng)因子，保證飼料品質(zhì)，提高養(yǎng)分利用率，改善腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)、優(yōu)化飼料配方等，這也決定了其在使用過程中的廣闊前景[2-5]。酶制劑的使用效果是否能夠最終體現(xiàn)在動物生產(chǎn)上，對于飼用酶制劑產(chǎn)品及其品質(zhì)優(yōu)劣的評估，目前仍具有很大程度的不合理性，因此，本文旨在于探討飼用酶制劑的幾種評估方法以及如何構(gòu)建飼用酶制劑的評價體系，僅供使用者參考。

1 常見飼用酶制劑的評估方法

1.1 常規(guī)酶活檢測

酶活檢測指在一定的溫度、pH值條件下對規(guī)定單一底物的轉(zhuǎn)化能力。不同pH值、溫度以及底物濃度都會影響酶制劑活力的測定值，并且市場上沒有規(guī)范和統(tǒng)一酶制劑的執(zhí)行標準，因此，造成同一酶種產(chǎn)品活力相差幾十倍甚至上百倍。而各公司酶活檢測標準的選擇和建立則是根據(jù)自身的發(fā)酵水平、工藝控制以及實驗室測定結(jié)果的準確性和重復性來決定的。常規(guī)來說，酶制劑活力的檢測是評估酶制劑在發(fā)酵過程中的穩(wěn)定性和均一性以及成品規(guī)格的指標。酶活檢測的底物與飼料原料結(jié)構(gòu)有著本質(zhì)的區(qū)別，在不同底物作用下其酶活力不同（表1）[6]。因此盲目的追求酶活，單純比較酶活的高低，而忽略它的酶組分和對飼料原料底物的作用效率，往往會使其在動物生產(chǎn)上的作用效果難以體現(xiàn)。

1.2 酶制劑的基本特性

任何一種酶制劑都存在固有的獨特性，其分子量、理化特性、對底物的親和力，以及酶制劑的激活劑和抑制劑都存在較大差異[7]。不同來源的木聚糖酶，其最適作用條件和動力學特性不同（如表2）[8-12]。通過酶制劑的最適pH值和溫度可以評估酶制劑在不同pH值和溫度下對底物的作用效率。酶促反應的化學動力學特性通常用Km(米氏常數(shù))和Vmax來表示。Km值是指酶促反應速度達到最大反應速度一半時所對應的底物濃度，Km表明酶促反應效率的高低；Vmax是反應所能達到的最大速率，其值越大，表明反應的內(nèi)在潛力越大。通常而言，Km越小，Vmax越大，表示酶和底物的親和能力越強，同時它們也是產(chǎn)酶菌株篩選和優(yōu)化的重要指標。

表1 來源于同一菌種的木聚糖酶T1和木聚糖酶T2的底物特性

表2 不同來源木聚糖酶的分子量，理化特性和動力學特性

1.3 酶制劑的穩(wěn)定性

1.3.1 酶制劑的耐溫性能

目前評價酶制劑產(chǎn)品的耐溫穩(wěn)定性主要有干熱法、濕熱法、直接制粒法。利用水浴或烘箱對酶制劑進行干熱和濕熱處理雖然操作簡便，可快速得到酶制劑的耐溫數(shù)據(jù)，但不同的試驗設(shè)計所得到的耐溫數(shù)據(jù)卻千差萬別，且制粒過程中的蒸汽和壓力等參數(shù)往往難以進行模擬。因此實驗室得到的數(shù)據(jù)常常不能真實反映酶制劑在實際制粒過程中的耐溫性能。雖然，直接制粒法對于單位上存留酶活較低的產(chǎn)品，須加大添加量才能進行測定，易給飼料生產(chǎn)帶來不便。然而目前，直接制粒法是評價酶制劑耐溫性能最直接、最有效的方法。

1.3.2 酶制劑的耐酸性能

通常，酶制劑的耐酸性能需關(guān)注其對胃腸道環(huán)境的適應性和發(fā)揮作用的高效性。如果一種酶制劑在較寬的pH值范圍具有較高的酶活保持率，并不易被胃蛋白酶、胰蛋白酶分解，那么這種酶制劑在一定pH值范圍內(nèi)能夠較好的作用于底物，在動物胃腸道中能很好的發(fā)揮作用。當然也有一些酶制劑在特定的pH值范圍內(nèi)發(fā)揮作用，如食糜向后腸道移動時，植酸易與帶正電荷的離子或集團（如鈣、鋅、帶正電荷的蛋白復合物等）結(jié)合形成不溶性的植酸-鈣-蛋白質(zhì)等復合體，阻礙植酸酶的作用，這就要求植酸酶能在酸性環(huán)境下快速與植酸作用進而釋放植酸中的磷[13]。因此，根據(jù)酶制劑在胃腸道環(huán)境中pH值的穩(wěn)定性和廣譜性進行選擇，才能更好的評估其耐酸性能和應用效果。

1.4 酶制劑的應用效果

1.4.1 體外消化法

體外消化法是指將酶制劑與飼料預混后，模擬動物胃和小腸內(nèi)消化環(huán)境，包括腸道溫度、pH值，酶液等進行處理[14]，測定干物質(zhì)以及還原糖的生成量。該方法在評價產(chǎn)品效果上存在很大的誤區(qū)，酶制劑的應用效果與降解植物細胞壁所生成的還原糖含量無直接關(guān)系[15]。非淀粉多糖酶的應用主要體現(xiàn)在破壞植物細胞壁對營養(yǎng)物質(zhì)的包裹作用，促進營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，生成低聚寡糖，改善腸道微生物菌群等，而非對纖維素或半纖維素的完全降解。低聚寡糖作為一種益生元，具有抗氧化和免疫調(diào)節(jié)的作用，能夠促進有益微生物的繁殖，維護動物腸道健康[16]。很多研究發(fā)現(xiàn)與果寡糖（FOS）相比，木寡糖（XOS）具有更好的耐溫和耐酸性能，并表現(xiàn)出優(yōu)異的益生元作用，它能顯著刺激雙歧桿菌等有益微生物的增殖和后腸道的發(fā)酵，生成乳酸和乙酸等短鏈脂肪酸，促進腸道中礦物質(zhì)的吸收，提高機體免疫機能，改善腸道健康。然而，XOS的益生元效果取決于寡糖的聚合度、分子結(jié)構(gòu)、木糖和阿拉伯糖的比值以及腸道菌群的分布[17-21]。從圖1中我們可以發(fā)現(xiàn)，不同來源菌種所產(chǎn)的木聚糖酶對底物的降解能力和生成的木寡糖種類存在較大的差異，Econase能將底物更多地降解為X2～X5等5以下聚合度的木寡糖，這些產(chǎn)物更有利于后腸道雙歧桿菌的繁殖和短鏈脂肪酸的生成[22]。當木聚糖酶將植物細胞壁中的木聚糖更多地降解為戊糖時，腸道中微生物不能對其有效利用，會導致能量利用率的降低，增加有機物的排放，甚至引起動物腹瀉，從而影響飼料轉(zhuǎn)化率和動物的生產(chǎn)性能[23]。因此，僅利用還原糖生成量的多少來評價酶制劑在動物生長中的作用效果，并沒有實際意義。

圖1 不同公司木聚糖酶對木聚糖產(chǎn)物生成的影響

1.4.2 單胃動物仿生儀法

與傳統(tǒng)體外消化法相比，單胃動物仿生消化儀更接近體內(nèi)消化環(huán)境，操作簡單、重復性好，可實現(xiàn)體外條件下簡單模擬動物胃腸道消化飼料的過程[24]。仿生儀能有效模擬動物胃腸道環(huán)境和內(nèi)源酶分泌變化等參數(shù)，但對食糜流動過程中引起的局部pH值環(huán)境變化，胃腸蠕動以及腸道微生物的分布，和對分解產(chǎn)物的吸收以及排出等很難進行模擬。然而，利用仿生消化儀測定酶制劑對飼料養(yǎng)分和能量利用率的影響，以及生成寡糖的種類等，可以在一定程度上反映酶制劑對飼料的作用效果。因此，它僅可以作為評估酶制劑作用效果的一種初級手段。

1.4.3 飼養(yǎng)試驗法

動物種類及其飼養(yǎng)階段不同，其消化道生理結(jié)構(gòu)存在較大的差異。籠統(tǒng)模擬動物消化道環(huán)境，在實際應用中具有一定的局限性。普遍認為飼養(yǎng)試驗是最貼近酶制劑實際作用效果的方法。雖然動物試驗易受外界環(huán)境的影響，波動較大，且耗時長，但在同一養(yǎng)殖環(huán)境中進行嚴格的試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，則是評價酶制劑優(yōu)劣的最佳手段。對于使用者而言，目前評價飼用酶唯一有效的方法是將它添加到適合的飼料中來飼喂目標動物，以目標動物的生長性能來確定酶制劑的好壞。因此，飼養(yǎng)試驗是最能體現(xiàn)飼用酶制劑在動物生產(chǎn)中的應用效果的有效依據(jù)。

2 如何構(gòu)建酶制劑評價體系

飼用酶制劑的作用環(huán)境和降解的底物種類存在復雜和多變性，這使酶制劑在飼料生產(chǎn)中的應用非常獨特。因此，構(gòu)建飼用酶制劑的評價體系，需綜合考慮以下幾點：①所選的產(chǎn)品在飼料加工過程中能否耐受高溫制粒；②在畜禽胃腸道環(huán)境下能否耐受酸性環(huán)境以及胃蛋白酶和胰蛋白酶的處理；③在胃或腸道中能否快速、高效地作用于底物；④產(chǎn)物的生成特點；⑤在動物試驗上能否體現(xiàn)最大化的生產(chǎn)效益。

3 展望

在實際飼料生產(chǎn)中，由于不同的動物種類及其生長階段，飼料原料配比也存在較大差異。因此，建立酶制劑的應用效果評估體系，以及如何根據(jù)不同動物生理特性和飼料配方選擇合適的酶種、酶活配比和添加劑量以發(fā)揮其最大效能，仍需各企業(yè)技術(shù)及配方人員深入研究。