饲用微生物酶制剂及其应用概况

饲用微生物酶制剂及其应用概况 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、及其其它非淀粉多糖酶，在断奶后期的幼畜或消化道功能障碍家畜，其内源性消化酶分泌不足，同时家畜添食的有机物有相当一部分也不能被消化，因而许多学者建议在畜牧业中广泛使用外源性酶添加到饲料中，以辅助动物消化，提高动物消化能力，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，改善养殖生态环境。研究表明，酶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。动植物也存在各种酶，但提取酶的成本极高，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：生产工人劳动强度大，产量不易扩大。液体发酵生产酶制剂主要的优点是；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，产生废水易污染环境。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，以达到企业产品标准，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的，目前生产酶制剂的微生物主要采用一般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（Bacillus Subtilis），米曲杆菌（Asp.niger ），啤酒酵母（Sacch lerevisiae ）和脆壁酵母（Sacch fnagilis ）等微生物无需经鉴定可直接生产。

2. 微生物酶制剂种类

饲用微生物酶按饲料存在的酶反应的底物，可对其进行分类

3. 微生物酶制剂种类

饲料原料中的抗营养因子及难于消化的成分较多，饲料中的抗营养因子是植酸盐和非淀粉多糖，包括β-葡聚糖、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。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，以促进营养物的消化吸收，消除营养不良和减少腹泻的发生。

3.1 饲用植酸酶的应用

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鳌合作用，降低动物了Zn 、Mn 、Ca 、Cu 、Fe 、Mg 等微量元素的利用，以及通过蛋白质结合，形成复合体而降低对蛋白质的消化吸收。（Simons et al ,1990;Schoner et

al,1991;Jongblaed et al 1992）。植酸酶是一种降解植物性原料中的植酸及其盐类中一种酯酶。产植酸的微生物种类很多，之中最主要的是真菌曲霉属微生物。如Aspergillus 、Ficuum ；Aspergill niger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%，这样可以减少外加无机酸盐，减少粪便磷的排放，减轻对环境污染，而且还可以提高被结合的蛋白质、矿物质的利用，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效果，当1000单位/kg饲料的植酸酶可使磷的利用率达21%-57%。Cromwell 等（1993）在猪饲料中添加0mg/kg、250mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg植酸酶结果发现，当添加500mg/kg植酸酶时平均日增重、饲料转化率和磷利用率提高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，添加植酸酶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，磷的粪便排出减少一半（Simons et al 1991）。大量研究表明，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，饲料重添加植酸酶具有特别重要的意义。

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，最终产物为单酸苷油脂、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年龄增长而增长，但断奶对消化酶的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。这是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，易诱发腹泻发生，同时脂肪酶活性低也是诱发腹泻原因之一，如果在仔猪饲料日粮中加入外源性淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶来补充内源性酶分泌不足，可以改善消化，减轻腹泻。在以豆粕为主要蛋白源的日粮中添加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，可以分解大豆储存蛋白质，还可以降解胰蛋白酶抑制因子、植物凝结素和抗原蛋白等。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蛋氨酸的用量，但羽毛的原始状态主要是角蛋白，其中多肽连之间二硫键的索状结构，是其空间结构坚实，动物蛋白酶难以消化，其消化率仅为20%，达不到应有的使用效果。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用量，非常规饲料资源丰富，价格低廉，这样可以提高养殖业的经济效益。Friesen et al （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AEM 提高33%（10.77MJ/kg日粮：14.3MJ/kg日粮），脂肪消化率提高193%（17.4%：15%）。根据浙江农科院畜牧所研究表明，以大麦为基础的日粮加β-葡聚糖酶后，即使大麦价格高于玉米0.1元，也可和玉米基础日粮达到同等效益。大量研究表明，以大麦为基础日粮添加酶可以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，不利于生

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-葡聚糖酶的负效应。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。大量试验表明，日粮添加高比例的小麦，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在肉鸡上做试验，在米糠日粮添加以木聚糖为主的粗酶制剂，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的方式来喂养的。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℃，制粒会导致饲料自身内源酶和外添加酶的活性受到损失，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程度与不同酶的特性、酶制剂的剂型、制粒时温度有关。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60C 时显著降低戊聚糖酶（如木聚糖）的活性。Spring （1996）报道，真菌淀粉酶和戊聚糖酶在制粒温度达到80C 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、化学修饰来提高酶的耐热性，这样在制粒时，能有效减少酶的损失。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，利用余热加水分蒸发。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采用制粒方法。

5. 饲用酶生物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 提高生物发酵效价，大幅度提高酶活性。目前很多酶的生产活力单位不够高，这样在应用时成本较高，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，在使用时并不比外加磷源成本低。肉鸡生长快，磷的需求大，如果

用外加植酸酶来代替磷源，其成本比外源磷高很多。如果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 集多种酶有同一微生物生产。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，使产两种以上高活力的酶的基因在同一种菌表达。如可采用将高产活力蛋白酶、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，来产生复合酶。这样可以极大的降低成本，促进酶制剂广泛应用。

5.3 研制能耐高温的酶。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损失。通过各种方法选育出来的新型微生物酶，这种酶在高温时没有高的活性，而在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，以及加酶后哪些氨基酸和微量元素

或矿物质可以不加或少加。所有这些将带来较高的经济效益。