1.l 酶的功能和特点
酶是一种由活细胞产生的具有生物催化反应能力的蛋白质催化剂,在动物体内消化与新陈代谢过程中起着重要的作用。酶的基本功能是其催化活性,可加速多种生物化学反应,饲料中的营养物质。抗营养因子的分解反应就是靠酶来催化的。酶催化反应的特点有:①条件要求简单,在常温、常压、温和的酸碱度条件下即可反应;②催化效率特别高,比一般催化剂高千万倍甚至上亿倍;③专一性,一种酶只能分解或转化一种或一类底物,就像“锁与钥匙”关系一样;④酶本质是蛋白质,无毒副作用,无残留。
1.2 饲用酶制剂的定义
饲用酶制剂则是一种以酶为主要功能因子的饲料添加剂,它是经基因工程技术选出的细菌或真菌菌株的发酵产物。
1.3 饲用酶制剂的分类
饲用酶制剂的分类方法很多。根据饲用酶制剂中所含酶种类的多少可分为:饲用单一酶制剂(只含有一种酶,如植酸酶)和饲用复合酶制剂(含有多种功效酶,如溢多酶、保胺生等)。由于饲料成分的多样性,所以复合酶制剂比单一酶制剂效果更好,也更为常用。
根据饲用酶制剂所含的酶种大致也可分为2类:①畜禽消化道可以合成和分泌,但因某种原因需要补充和强化的酶种,称为消化性酶,如淀粉酶、蛋白酶等。②动物通常不能合成与分泌,但饲料中又有其相应底物存在(多为抗营养因子),而需要添加的酶种,称为非消化性酶,如木聚糖酶、果胶酶、甘露聚糖酶、β一葡聚糖酶、纤维素酶、植酸酶等。
饲用酶制剂的基本功能有补充内源性消化酶的不足(强化消化)和消除。降解口粮抗营养因子作用。还可以根据发挥这两个功能的侧重点不同,对饲用复合酶制剂进行分类:①以蛋白酶、淀粉酶为主的饲用复合酶,主要功能为补充内源性消化酶不足,适用于小动物。
②以木聚糖酶、果胶酶、甘露聚糖酶为主的饲用复合酶,消除玉米一豆粕、小麦一豆粕等类型口粮的粘性抗营养因子,我国常用。③以卜葡聚糖酶为主,木聚糖酶等为辅,消除大麦、黑麦型日粮的粘性抗营养因子,欧美国家应用广泛。④蛋白酶、淀粉酶、木聚糖酶、果胶酶等兼而有之,为通用型饲用酶制剂。
2 饲用酶制剂的应用效果
2.l 改善饲料利用率,提高畜禽生产性能
饲用酶制剂可以在动物的消化道内,将饲料中的大分子物质,水解为易吸收的小分子物质,降低营养物质在粪便中的排出量,即对内源酶起辅助补充作用。在幼龄动物消化酶发育不完善。年老动物消化酶分泌能力降低以及受到应缴或疾病感染后的动物引起消化酶分泌紊乱等情况下,外源消化酶可补充内源酶的不足,增强动物对饲料养分的消化吸收能力,从而提高畜禽生产力和饲料转化效率。
2.2 分解饲料中的抗营养因于
饲料中有许多不利于养分消化吸收或对动物消化功能有不利影响的物质,饲用酶制剂可以分解这些抗营养因子,从而提高饲料的利用率和改善动物的健康水平。如在植物性饲料中,特别是豆粕等饼粕类饲料中含有多种抗营养因子,胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素和α一半乳糖苷等。枯草杆菌蛋白酶可降解胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素,消除其抗营养作用,提高饲料蛋白质的消化率和利用率。
2.3 减轻畜牧生产对环境的污染
现代化的养殖业是以大规模集约化生产为基本特征的,对环境的污染日趋严重,如氮、磷造成的水体富营养化问题。在饲料中添加酶制剂,如蛋白酶和植酸酶等,可以降低畜禽氮、磷和其他元素的排泄量,有利于环境保护。
3 适当选择和合理使用饲用酶制剂
3.1 依据动物的种类和日龄不同,选择使用消化酶
对于畜禽,在一些特殊的生长发育阶段和饲养管理条件下会出现内源消化酶分泌不足。如幼龄动物消化酶发育不完善、年老动物消化酶分泌能力降低以及受到应激或疾病感染后的动物消化酶分泌紊乱等情况。外源消化酶可补充内源酶的木足,增强动物对饲料养分的消化吸收能力,从而提高畜禽生产力和饲料转化效率。选用适当的消化酶制剂弥补内源酶的不足,可以提高畜禽生产力和改善饲料利用效率。肉仔鸡的来食量远大于蛋用雏鸡,但两者胰腺消化酶的分泌近似。肉仔鸡在同样的消化酶水平下要处理更多的食糜,日粮中补加外源性消化酶则显得更重要,饲喂效果显著。
温度和酸碱度是影响酶作用效果的两大环境因素,各种酶都具有各自最适宜(具有最大活性)的,甚至是维持其结构和性质稳定性的环境温度和酸碱度。同一类酶(如蛋白酶)可有不同的来源和性质,如有植物。细菌和真菌来源,不同来源的同一类酶也可能有不同的环境适应性。有研究表明,在猪和家禽日粮中添加外源酶对内源消化酶的分泌还有~定的促进作用。
3.2 针对日粮类型(目标底物)选用酶制剂种类
由于酶作用的底物特异性,要使饲用酶制剂发挥优良的效果,在应用时必须考虑饲料原料的特性。不同饲料原料的组成和化学结构都有其特殊性。在小麦和黑麦中主要的非淀粉多糖是阿拉伯木聚糖;而在大麦和燕麦中除了阿拉伯木聚糖外主要是β葡聚糖;豆科种子中主要是果胶。可见,用于小麦一豆粕型饲粮的酶制剂主要是木聚糖酶,而用于大麦一豆粕型饲粮的则主要是β葡聚糖酶、果胶酶、木聚糖酶和纤维素酶。
3.3 根据目标底物含量确定酶制剂的适宜用量
若底物过少,加酶就不会产生明显的改进效果;若底物量过多,添加酶量或酶活性不充足,则所能降解的底物数量有限,效果也不佳。这就要求底物与酶制剂用量之间应有适宜的比例关系,根据目标底物含量,确定添加酶制剂的用量。
目前,对饲用酶制剂中绝大多数酶的活力大小的度量还没有统一的标准。由于测定所选用的酸碱度、温度和底物对酶活测定结果影响很大,表现出从酶活指标难以判断酶制剂的质量优劣,具有相同酶活力的产品的使用效果差异较大。因此,饲用酶制剂的标准化工作,日趋迫切。
3.4 确定酶制剂的营养改进值或营养当量对日粮配方进行优化
使用酶制剂的方式有两种,一是直接在根据经典的饲料营养参数设计的日粮中添加酶制剂,该方式简单易行,会提高畜禽生产性能,但将增加饲料成本;二是根据酶制剂提高畜禽生产性能和改善饲料利用的程度,适当降低根据经典饲料营养参数设计日粮营养水平或利用廉价饲料原料配制日粮,这样可以做到在保持动物生产性能木下降的情况下降低饲料成本。第二种方式所能达到的完美程度依赖于配方技术人员对酶制剂和饲料原料技术参数的了解程度。如果酶制剂供应商能够在充分科学实验基础上提出某种酶制剂所能改进的饲料养分消化率的大小或相当的营养价值或营养当量,在制作配方时应用这些营养改进值或营养当量对经典的饲料营养参数进行调整后,再进行计算就可以达到较高的精准度,实现真正的优化。
上述技术参数信息也应是用户考察和选择酶制剂供应商的重要参考指标。
3.5 全面考虑日粮营养平衡、商品属性和经济成本
酶制剂使用前后所能产生的饲喂效果的显著差异常见于一些非常规日粮类型,譬如非淀粉多糖辩制剂应用于以麦类作为主要的畜禽日粮中。在日粮类型发生较大变化时,只考虑酶制剂的营养改进值或营养当量而力求降低日粮成本是偏颇的,还应该全面考虑日粮的营养平衡,对因为日粮类型改变可能导致的某些营养缺乏应进行弥补。
3.6 饲用酶制剂生产方式与使用效果
目前,除了植酸酶还可作单项酶制剂应用外,人们普遍使用含有多种酶类的饲用酶制剂。由于各酶类之间相互协作,相互促进,因而复合酶制剂的使用效果较好。复合酶制剂有的是采用多种单一酶制剂复配而成,有的是采用多株菌种协同发酵而成。由于多株菌种协同发酵的酶制剂除含酶制剂成分较多外,菌种生长过程中还产生一些氨基酸、维生素、促生长因子、核苷酸等成分。因此使用效果比复配的酶制剂要好。
4 现阶段饲用酶制剂存在的问题
4.1 饲用酶制剂质量标准不统一
由于专业间的差异,给酶制剂的管理造成一定困难。至今国内对饲用酶制剂中绝大多数酶的活力大小的度量还没有统一的标准。各生产单位为了使用方便和各自利益,自己制订活力单位、检测标准,给酶制剂质量评定、饲喂应用带来一定的困难,同时也不利于生产工艺的进一步优化和产品质量的提高。由于测定所选用的酸碱度、温度和底物对酶活测定结果影响很大,表现出从酶活指标难以判断酶制剂的质量优劣,具有相同酶活力的产品的使用效果差异较大。
4.2 饲用酶制剂产品质量不稳定
饲料用酶制剂发酵国内大多采用固体发酵,由于固体发酵生产工艺存在的一些缺陷目前无法克服,造成产品质量不如液体发酵稳定,在生产中有时带入杂菌,给应用带来一定的不利因素。
4.3 饲用酸制剂的稳定性问题
酶是蛋白质,除了极个别酶可以在90°C左右高温保持结构和功效的稳定,极大多数不具有耐受70°C以上高热。饲料加工过程(主要是制粒)中的高温、配合饲料中的重金属离子、动物体内环境等可导致酶制剂失活,因此酶的稳定性是酶应用中的一大问题。没有经过特殊稳定性处理的酶制剂很难经受住制粒工艺而仍维持较高的活力,更不能适应膨化工艺。对于必需制粒或膨化的饲料,宜采用后喷涂工艺技术将饲用酶(液态)均匀添加到配合饲料中。此外,筛选优良菌种或通过基因工程技术对菌种实行改造,使之产生的酶能耐高温、有较宽的pH作用范围等抗不良外界条件的性能,也是可供选择的一种好方法。