饲用微生物酶制剂及其研究应用概况

酶是具有催化活性的蛋白质，与其它催化剂相比，具有催化效率高，对其所催化的底物具有特异性。它的分布极其广泛，存在于动物、植物和微生物体内。家禽、家畜对饲料的利用，是在消化道内各种消化酶作用下将各种大分子物质降解为易被吸收、利用的小分子。动物对饲料成分的消化吸收能力决定于消化道内的酶的种类和活力。但在单胃动物消化道内没有分解植酸盐、纤维素、半纤维素、果胶、及其它非淀粉多糖的酶，在断奶后期的幼畜或消化道功能障碍家畜，其内源消化酶分泌不足。同时，家畜添食的有机物中有相当一部分不能被消化，因而许多学者建议在畜牧业中广泛使用外源酶添加到饲料中，以辅助动物消化，提高动物的消化能力，改善饲料的利用率，消除抗营养因子，扩大可利用饲料资源范围，改善养殖的生态环境。研究表明，在这些方面已显示出其巨大的作用。

1微生物酶制剂的生产方式

　　目前在饲料中添加的酶制剂，都是由微生物生产的。动植物中也存在各种酶，但从中提取酶成本极高，且生产受季节限制。而用微生物来生产酶制剂，其产量高、生产成本低，且不受季节限制。利用微生物来生产饲用酶制剂，有两种方法，一是固体发酵，一是液体发酵。用固体发酵的方式来生产酶制剂也叫表层发酵。与液体深层发酵相比，其生产投资规模小、生产成本低、不会产生环境污染。其发酵的酶活力高，酶系全。但缺点是：生产工人劳动强度较大，产量不易扩大。液体发酵生产酶制剂主要优点是；操作劳动强度小，可自动化，产量可大规模生产。主要缺点是：生产投资规模大，生产成本高，技术要求高，产生的废水易污染环境。目前国内生产的饲用酶制剂，采用固体发酵法占绝对优势。因为在饲料中成分复杂，多种酶的效果比单酶效果好。固体发酵生产的酶，酶系复杂，酶不经浓缩，将发酵产品烘干后，粉碎，然后测定其活力单位，再添加填充剂，以达到产品的企业标准，包装后成成品。这样的复合酶比单一酶更受到使用单位的欢迎。液体发酵的产品一般是其中某一种酶的酶活极高，而其它酶的酶活极低。使用时与其它单一酶配合使用，但总的酶系还不能与固体发酵产生的酶的酶系相比。不论细菌还是真菌、放线菌均能采用固体发酵的方法来生产酶制剂。

　　用来生产饲用酶制剂的微生物应该是不产生毒素、激素或其它有害物质,目前用来生产酶制剂的微生物主要采用一般公认为安全的微生物来生产。美国食品药品管理局（FDA）规定枯草杆菌（BacillusSubtilis），米曲霉菌（Asp.oryzae），黑曲霉（Asp.niger），啤酒酵母（Sacchlerevisiae）和脆壁酵母（Sacch.fnagilis）等微生物无需经鉴定可直接生产。

2微生物酶制剂的种类

　　饲用微生物酶按饲料中存在的酶反应的底物，可对其进行分类(见表1)。

表1

3微生物酶制剂在饲料中应用研究现状

　　饲料原料中的抗营养因子及难于消化的成分较多，如表2。

表2几种饲料原料中的抗营养因子或难于消化的成分

　　由表2可知,饲料中的抗营养因子是植酸盐和非淀粉多糖,包括β－葡萄糖、阿拉伯木聚糖、纤维素、果胶,而消除这些抗营养因子的酶制剂就是：植酸酶、β－葡聚糖酶、木聚糖酶、果胶酶、α－半乳糖苷酶。

　　而对于早期幼小畜禽来讲，主要是其内源酶分泌不足，应添加外源酶以弥补内源消化酶分泌的不足。一般在常规日粮饲料中添加以淀粉酶、蛋白酶为主的复合酶，促进营养物的消化和吸收，消除营养不良和减少腹泻的发生。

3.1植酸酶的应用

　　植物性饲料中的磷大部分于植酸及植酸盐中难为单胃动物利用而随粪便排出，污染环境，而且植酸盐中的磷通过螯合作用，降低动物Zn、Mn、Ca、Cu、Fe、Mg等微量元素的利用，以及通过与蛋白质结合，形成复合体而降低对蛋白质的消化吸收。（Simonsetal,1990;Schoneretal,1991；Jongblaedetal,1992）。

　　植酸酶是一种降解植物性原料中的植酸及其盐类的一种酯酶。产植酸酶的微生物种类很多，其中最主要的是真菌曲霉属微生物。如Aspergillusficuum;Aspergillniger它们分泌的植酸酶能催化植酸向正磷酸盐、肌醇和肌醇衍生物转化，在猪、鸡、日粮中添加植酸酶制剂可使植酸中的磷水解释放出来，使其中的磷得以为动物利用，使植酸磷消化率提高60％～70％，这样可减少外加无机酸盐，减少粪便磷的排放，减轻对环境的污染，而且还可以提高被结合的蛋白质、矿物元素的利用，提高消化率。

　　Simons等（1991）首次在猪饲料中添加微生物合成的植酸酶取得满意的结果，当1000单位/kg饲料的植酸酶可使磷利用率达21％～57％。

　　Cromwell等（1993）在仔猪饲料中添加0mg/kg、250mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg植酸酶结果发现，当500mg/kg植酸酶时平均日增重，饲料转化率和磷利用率分别提高12％～16％、6％和23％～80％，当添加1000mg/kg植酸酶时，平均日增重、饲料转化率和磷利用率分别提高9％～23％、6％、33％～57％。

　　在鸡饲料的试验表明,添加植酸每50单位/kg～1500单位/kg时，饲料转化率提高，并有效改善钙、磷的利用率，与添加无机磷的对照组相比，除生长性能相似或稍好外，磷的粪便排出减少了一半（Simonsetal1991）。

　　大量的研究表明，猪、禽日粮添加植酸酶可提高植酸磷的利用率，取代或减少无机磷酸盐的添加，同时减轻因磷酸盐含氟量高而中毒。同时使磷的排放量大幅度降低，蛋白质、矿物质的消化率亦提高。对于因磷污染环境而制约家禽、家畜饲养业发展的国家，饲料中添加植酸酶具有特别重要的意义。

　　目前，国外植酸酶集中应用于蛋鸡、种鸡、猪、肉鸡，而国内应用仅限于蛋鸡。

3.2蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和α－半乳糖苷酶

　　蛋白酶的作用是将组成蛋白的大分子多肽水解成寡肽或氨基酸，淀粉酶的作用是将大分子淀粉水解成寡糖、极限糊浆和葡萄糖。脂肪酶的作用是可将天然油脂分解，最终产物为单酸甘油脂、脂肪酸。α－半乳糖苷酶能将α－半乳糖苷低聚糖分解为单糖。

　　Corring等（1987）的研究表明，仔猪胃肠道的消化酶活性随着周龄的增长而增长，但断奶对消化酶活性增长趋势有倒退的影响，在第4周至断奶后1周内各种消化酶活性降低到断奶前水平的1/3。这时的肠道消化生理功能不适应高淀粉、高蛋白的饲料日粮，引起胃肠机能紊乱，易诱发腹泻的发生，同时脂肪酶活性低也是诱发腹泻的原因之一。如果在仔猪饲料日粮中加入外源性的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶来补充内源酶分泌不足，可改善消化，减轻腹泻。在以豆粕为主要蛋白源的日粮饲料中添加α－半乳糖苷酶、蛋白酶可以有效改善营养物质的消化吸收。

　　根据研究，添加枯草杆菌蛋白酶，可分解大豆储存蛋白质，还可以降解胰蛋白酶抑制因子、植物凝聚素和抗原蛋白等。

　　羽毛蛋白质含量在80％以上，其中含量很高的胱氨酸可以部分代替饲料中的蛋氨酸的用量，但羽毛的原始状态主要是角蛋白，其中多肽链之间二硫键的索状结构，是其空间结构坚实，动物的蛋白酶难以消化，其消化率仅为20％，达不到应有的饲用效果。在以经一定处理后禽类羽毛粉来提供蛋白质源的饲料中，添加一种灰色链霉菌蛋白酶，能增加羽毛粉的消化，提高其蛋白质的利用率。前苏联科学家用一种细

菌蛋白酶水解羽毛粉，其水解程度和溶解度比化学水解羽毛明显提高，消化率高出1倍，生物学效价可达100％

3.3非淀粉多糖酶

　　在非常规植物性饲料中存在大量的非淀粉多糖。植物性原料的细胞壁都含有纤维素、果胶等物质，蛋白质等营养物质都包裹在里面，大麦、小麦和黑麦都含有β－葡聚糖、木聚糖，米糠中含有大量的纤维素和木聚糖。

　　纤维素酶、果胶酶能破除植物细胞壁，使细胞内容物充分释放出来，为单胃动物肠道所吸收。β－葡聚糖酶、木聚糖酶和果胶酶能水解水溶性β－葡聚糖、木聚糖和果胶，能有效降低动物肠道中食糜粘度，有利于内源消化液充分和食糜混合，充分消化，利于营养物的吸收提高饲料的利用率及能量，降低料重比，添加非淀粉多糖酶可在饲料日粮中加大非常规饲料的使用量，非常规饲料资源丰富，价格低廉，这样可提高养殖业的经济效益

　　Friesenetal(1992)在以大麦为基础的日粮，加β－葡聚糖酶后，肉鸡增重可提高46％，（加或不加酶的增重为100g/只∶146g/只）表观代谢能AME提高33％（10?77MJ/kg日粮∶14?31MJ/kg日粮），脂肪消化率提高193％（17.4％∶51％）。根据浙江农科院畜牧所的研究表明，以大麦为基础的日粮加β－葡聚糖酶酶后，即使大麦的价格高于玉米的0.1元，也可和玉米基础日粮达到同等的效益。大量的研究表明，以大麦为基础日粮添加酶改善肉鸡生长和饲料转化率，以前人们很少将大麦用于肉鸡日粮中，因其含有较高的β－葡聚糖酶，不利生长，降低饲料转化率，粘粪发生率高，添加β－葡聚糖酶已证明能减少β－葡聚糖的负效应，

　　Annison和Choct（1993）报道，在肉鸡中以小麦为基础日粮，添加木聚糖酶制剂，使干物质消化率提高17％，表观代谢能（AME）提高24％，饲料转化率提高31％，与此相适应的的是肠道重的食糜粘度降低50％。

　　小麦在澳大利亚、加拿大、英国的饲料中用量高达60％。在这些日粮中木聚糖酶已很普遍。大量的试验表明，日粮中添加高比例的小麦，同时加木聚糖酶，肉鸡的表观代谢能、增重、饲料转化率、蛋白质消化率、脂肪消化率及粪便均得到改善。与玉米日粮相比，其生长或饲料转化率与玉米日粮相同，甚至超过玉米日粮。南京农业大学以米糠为日粮在肉鸡上做试验，在米糠日粮中添加以木聚糖酶为主的粗酶制剂，其日增重可提高11.1％，为米糠类饲料的利用开辟了有效的途径。

4饲用酶的应用模式

　　家禽家畜等的喂养方式是以粉料或颗粒料的方式来进食。当使用粉料时，酶可以直接先加到预混料，混合好，均匀混合进去。当采用高温制粒时就涉及到蛋白质的变性问题，酶是一种活性蛋白质，它与所有的蛋白质一样对环境因素很敏感，在高温时会变性。饲料制粒后进入冷却系统前，饲料的温度很高。可达90℃。制粒过程会导致饲料自身内源酶和外添加的酶的活性受到损失，只是不同性质的酶其活性损失程度不同。加酶饲料制粒后酶活性损失的程度与不同酶的特性、酶制剂的剂型、制粒时的温度有关。由于酶在饲料制粒时，使用蒸汽调质，同时也承受压力，用干酶制剂做耐高温试验或用酶在高温溶液内做耐高温试验不能说明制粒的结果，当然会存在一定的相关性。制粒酶活损失程度是一个颇有争议的问题，因为酶被高度稀释，到目前为止还没有精确测定加酶饲料中的酶活性的方法。Nunes（1993）报道，制粒温度高于60℃时显著降低戊聚糖酶（如木聚糖酶）的活性。Spring（1996）年报道，真菌淀粉酶和戊聚糖酶在制粒温度达到80℃时无明显的活性损失。

　　为了避免饲料制粒的活性损失，可采用稳定化技术和制粒后喷酶技术。采用稳定化技术，主要采用物理包埋、化学修饰等方法来提高酶的耐热性，这样在制粒时，能有效地减少酶活的损失。制粒后喷酶，是将酶制剂在制粒后添加到饲料中的技术。其方法是采用液体酶通过喷雾系统，将酶均匀地涂布到还保持余热的颗粒饲料表面，利用余热将水分蒸发。采用这两种技术都会极大提高饲用酶的成本，在饲料工业中目前还没有应用，虽然有些加酶饲料仍然采用制粒方法。

5饲用微生物酶有待进一步研究的领域

　　尽管已证明酶在动物饲料中应用有较高的经济效益和社会效益，但它的应用仍处于起步阶段，有许多问题需待研究。

5.1提高微生物发酵的效价，大幅度地提高酶活性。目前很多酶的生产其活力单位不够高，这样在应用时的成本较高，不利于广泛应用。如植酸酶，既能节约外加磷源的量又能改善环境，但它的应用目前受到了极大的限制，在国内只应用于蛋鸡上。究其主要原因，目前微生物发酵产植酸酶的酶活力不高，在使用时并不比使用外加磷源的成本低。肉鸡生长快，磷的

需求大，如果用外加植酸酶来代替磷源，其成本比外加磷源高很多。如果能极大地提高植酸酶发酵活力单位，降低成本，可使植酸酶得到更广泛地应用。

5.2集多种酶由同一微生物生产。由于饲料成分复杂，添加复合酶效果比单一酶好。采用固体发酵生产的酶制剂，都是复合酶，以一种酶为主，活力较高，还含有其它几种酶，一般活力较低。如果采用基因工程方法，构筑基因工程菌，使产两种以上的高活力的酶的基因在同一种菌中表达。如可采用将产高活力蛋白酶、果胶酶、α－半乳糖苷酶的基因构筑在同一菌中，生产的酶用在以豆饼为主要蛋白源的饲料中。目前让研究人员感兴趣的是将纤维素酶、β－葡聚糖酶、木聚糖酶、植酸酶这些单胃动物体内不能分泌的酶的基因构筑在一起，来生产复合酶。这样就可以极大地降低成本，促进饲用酶制剂的广泛应用。

5.3研制出能耐高温的酶。能耐高温的酶加入饲料中，能保证在饲料制粒时减少酶活性的损失。通过各种方法选育出来的新型微生物酶，这种酶不能在高温时有较高的活性，而在常温37℃左右活性不高，要使其在常温37℃左右具有较高的活性，在制粒时，也不受明显的损失。这样的酶最受饲料工业的欢迎。

5.4酶的应用方面，研究酶与日粮成分的相互作用，以确定所需的酶的种类；同时研究酶在肠道内的作用方式，和不同日粮状况下，酶的最佳组成，以及加酶后那些氨基酸和微量元素或矿物质可以不加或少加。所有这些将带来极高的经济效益。

参考文献

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