脂肪酶在幼齡畜禽飼料中的添加應(yīng)用

◆作者：曹宇 張永亮 陳婷

◆單位：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)

1 脂肪酶介紹

脂肪酶又稱甘油酯水解酶，是一類具有催化脂肪水解能力的酶的總稱，本質(zhì)是蛋白質(zhì)。脂肪酶廣泛地存在于動(dòng)物、植物、微生物體內(nèi)，是生物消化脂肪這一營養(yǎng)物質(zhì)的最主要的工具。微生物中存在各種種類的脂肪酶，由于微生物具有脂肪酶種類多、繁殖迅速、代謝快、底物要求低、產(chǎn)物多的特點(diǎn)，目前脂肪酶的主要來源是微生物生產(chǎn)，并且只有微生物來源的脂肪酶是國家批準(zhǔn)作為飼料添加劑使用的脂肪酶。因此本文介紹的脂肪酶都為可用作飼料添加劑的微生物來源脂肪酶。一般來說，脂肪的最適反應(yīng)溫度為30~40℃，最適pH值為7.5 左右。但由于脂肪酶種類繁多，不同微生物產(chǎn)生的脂肪酸的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等存在較大差異，各種新型的耐酸耐高溫脂肪酸產(chǎn)品也不斷地投入使用，因此對于脂肪酸的反應(yīng)條件還需要具體分析。

2 應(yīng)用背景

2.1 脂肪酶的應(yīng)用前景

脂肪酶是最早被人們研究的酶類之一，因其具有無污染、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)專一、副產(chǎn)物少、高效等特點(diǎn)，脂肪酶在食品加工、飼料工業(yè)、生物醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域中有著非常廣泛的應(yīng)用。早在2019 年，國內(nèi)脂肪酶的行業(yè)總值達(dá)到了600 億元，并且呈現(xiàn)穩(wěn)中向上的發(fā)展趨勢。有關(guān)脂肪酶的研究開發(fā)也在不斷地進(jìn)行中，我國從2010 年脂肪酶專利量顯著增加，并在2018 年達(dá)到了脂肪酶相關(guān)專利量的頂峰（張亞格等，2021）。并且隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，更多優(yōu)良的脂肪酶生產(chǎn)菌種也在不斷地投入使用。脂肪酶行業(yè)前景廣闊。

2.2 消化酶在幼齡畜禽飼料中的應(yīng)用前景

幼齡畜禽是一個(gè)養(yǎng)殖企業(yè)的基礎(chǔ)和未來，能否養(yǎng)好幼齡畜禽決定了一個(gè)企業(yè)能否長遠(yuǎn)發(fā)展。畜禽在幼齡時(shí)期的生長發(fā)育速度最快，并且畜禽在幼年時(shí)期的發(fā)育對畜禽整個(gè)生產(chǎn)過程的生長都可能產(chǎn)生影響。只有擁有健康，發(fā)育良好的幼齡畜禽，才能保證養(yǎng)殖過程中畜禽的生產(chǎn)性能和健康水平，從而降低企業(yè)生產(chǎn)成本，減少不必要的管理成本，提高企業(yè)的收益。由于幼齡畜禽處于剛出生的階段，機(jī)體的各個(gè)功能部位發(fā)育不完全，飼料的消化利用打折扣，甚至不合適的飼料會(huì)直接導(dǎo)致幼齡畜禽發(fā)生腹瀉。幼齡畜禽的腹瀉問題在養(yǎng)殖業(yè)內(nèi)早已是普遍存在的問題，不僅嚴(yán)重影響了行業(yè)的生產(chǎn)效率，還增加了生產(chǎn)的成本和虧損的風(fēng)險(xiǎn)。幼齡哺乳動(dòng)物還要考慮斷奶應(yīng)激等問題，進(jìn)一步增加了幼齡畜禽飼養(yǎng)的復(fù)雜性。針對幼齡畜禽的消化問題，除了企業(yè)提高自身管理水平保證畜禽的健康外，提供更加適合幼齡畜禽的飼料也是目前研究的方向。糖類、脂肪和蛋白質(zhì)是構(gòu)成機(jī)體產(chǎn)熱功能體系的“三大營養(yǎng)素”，目前的研究表明，雖然幼齡畜禽的消化系統(tǒng)中的酶系統(tǒng)發(fā)育不完善，但其已經(jīng)初步具備消化蛋白質(zhì)和糖類的能力。幼齡畜禽最難以處理的營養(yǎng)物質(zhì)是脂肪，由于膽汁分泌不足，幼齡畜禽難以乳化脂肪，導(dǎo)致其對脂肪利用不足。在飼料中添加脂肪酶，先利用脂肪酶將脂肪進(jìn)行初步的分解，有利于幼齡畜禽對脂肪的消化吸收，在不增加其消化負(fù)擔(dān)的同時(shí)保障其營養(yǎng)的攝入，在增加少量成本的同時(shí)有效改善幼齡畜禽的消化問題。

3 脂肪酶作用原理

3.1 脂肪酶的水解機(jī)制

脂肪酶的活性部位殘基由絲氨酸、天冬氨酸/谷氨酸、組氨酸三聯(lián)體組成，脂肪酶的催化部位埋在分子中，表面被外側(cè)相對疏水、內(nèi)側(cè)相對親水的氨基酸殘基形成的螺旋蓋狀結(jié)構(gòu)覆蓋（又稱“蓋子”），“蓋子”對三聯(lián)體催化部位起保護(hù)作用，使得脂肪酶的活性中心不易與底物接觸。由于脂肪酶與油－水界面的締合作用，導(dǎo)致“蓋子”張開，活性部位暴露，使底物與脂肪酶結(jié)合能力增強(qiáng)，底物較容易地進(jìn)入疏水性的通道而與活性部位結(jié)合生成酶－底物復(fù)合物。脂肪酶的這一性質(zhì)能幫助脂肪酶結(jié)合乳化不完全的脂肪，從而催化脂肪分解為二酰甘油、單酰甘油、甘油和脂肪酸。

3.2 脂肪酶的順序催化

脂肪酶作為一類水解酶的總稱，目前人們主要研究的脂肪酶有脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）、激素敏感脂肪酶（HSL）、單酰甘油脂肪酶（MGL）三種。這3種酶在機(jī)體內(nèi)脂肪及非脂肪組織中對脂質(zhì)代謝及分解具有明確的功能，呈現(xiàn)“順序”催化的特點(diǎn)（閆昭明等，2021）。即甘油三酯先被ATGL 催化分解為二酰甘油和一分子的脂肪酸，再由HSL 將二酰甘油催化分解為單酰甘油和一分子脂肪酸，最后單酰甘油被MGL 催化分解為甘油和脂肪酸。至此，甘油三酯經(jīng)過三種脂肪酶的催化后分解為三分子的脂肪酸和甘油，便于幼齡畜禽將其吸收。

4 應(yīng)用案例及預(yù)計(jì)效果

4.1 應(yīng)用案例

有關(guān)脂肪酶在飼料中的利用的研究在很早之前便已經(jīng)開展，針對動(dòng)物消化道環(huán)境偏酸，脂肪酶容易失活，難以發(fā)揮作用的問題，王琰等（2011）對飼料用耐酸性脂肪酶進(jìn)行了研究，選育出了適用于飼用的酸性脂肪酶菌株FL002 微生物脂肪酶。這種脂肪酶對動(dòng)物體內(nèi)內(nèi)源消化酶的分泌有一定的促進(jìn)作用，并有利于營養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收。針對目前飼料需要經(jīng)過高溫消毒后才能進(jìn)入豬場問題，陳貴元等（2019）也完成了對于高溫酸性脂肪酶產(chǎn)生菌Acinetobacter sp.Lip-55 的篩選，為脂肪酶產(chǎn)業(yè)的菌種資源的開發(fā)應(yīng)用提供了新的選擇。關(guān)于脂肪酶作為添加劑在飼料中使用是否有效果這一疑問，何前等（2010）在黃羽肉雞飼料添加脂肪酶，發(fā)現(xiàn)在飼料中添加脂肪酶能顯著提高飼料中粗脂肪的表觀利用率。王海燕等（2007）在幼禽、幼畜日糧中添加外源性淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，發(fā)現(xiàn)在補(bǔ)充動(dòng)物體內(nèi)不足的內(nèi)源酶的同時(shí)也能減輕斷奶仔豬的斷奶應(yīng)激，從而提高生產(chǎn)性能。時(shí)本利等（2010）對微生物脂肪酶添加于斷奶仔豬常規(guī)豆粕－玉米型日糧中進(jìn)行了研究，結(jié)果表明添加脂肪酶可顯著提高仔豬日增重，降低料重比及腹瀉率。楊賢彬等（2017）對添加脂肪酶對斷奶仔豬生產(chǎn)性能和養(yǎng)分消化率的影響進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)表明仔豬飼糧中添加300g/t 的脂肪酶能改善仔豬的生產(chǎn)性能，并且顯著提高仔豬的總脂肪表觀消化率，改善仔豬機(jī)體對脂質(zhì)的代謝利用率。

4.2 預(yù)計(jì)效果

將脂肪酶應(yīng)用在幼齡畜禽的飼料中，預(yù)計(jì)達(dá)到如下效果：①可以補(bǔ)充幼齡畜禽不足的內(nèi)源消化酶，幫助幼齡畜禽更好地吸收脂質(zhì)等難消化的營養(yǎng)成分，保護(hù)幼齡畜禽的消化道健康，明顯改善幼齡畜禽腹瀉問題；②脂肪酶的分解產(chǎn)物為脂肪酸，能增加飼糧風(fēng)味，提高飼糧的適口性，增加幼齡畜禽采食量；③添加脂肪酶改善動(dòng)物消化問題，從而增加幼齡畜禽日增重，提高肉品質(zhì)，改善動(dòng)物皮毛質(zhì)量；④經(jīng)過酶處理后的飼料脂肪更便于幼齡畜禽進(jìn)行吸收，能夠提高飼料中脂肪利用率，節(jié)約成本，增加養(yǎng)殖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。⑤幫助幼齡畜禽更好地吸收利用脂溶性維生素和其他微量元素，提高畜禽的健康水平。⑥飼料中添加的脂肪酶，在催化脂肪分解的過程中能產(chǎn)生中鏈脂肪酸，可以抑制細(xì)菌的生長，同時(shí)增加脂肪的消化吸收，減少幼齡畜禽患胃腸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

5 總結(jié)

脂肪酶作為一類被人們在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛使用的酶，如何更好地使用脂肪酶的相關(guān)研究數(shù)不勝數(shù)，卻較少看到有關(guān)脂肪酶作為添加劑在幼齡畜禽的飼料中使用的相關(guān)研究。筆者認(rèn)為，脂肪作為“三大必要營養(yǎng)素”之一，對幼齡畜禽的生長發(fā)育起著不可或缺的作用，但由于幼齡畜禽的生理功能不完善，哺乳動(dòng)物的斷奶應(yīng)激等問題，幼齡畜禽對于脂肪的消化效果往往不夠令人滿意，過多的無法消化的脂肪甚至?xí)黾佑g畜禽消化負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致幼齡畜禽發(fā)生腹瀉，影響畜禽的生長發(fā)育。在幼齡畜禽的飼料中添加適當(dāng)脂肪酶，能夠有效改善幼齡畜禽的消化問題，減少腹瀉問題的發(fā)生，合理利用畜禽最為高效的生長時(shí)期，最大化養(yǎng)殖效益，為企業(yè)解決幼齡畜禽消化問題提供了增強(qiáng)管理方面以外新思考方向。

參考文獻(xiàn)：（略）