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饲用酶制剂发展概况

   日期:2006-06-21     来源:中国饲料添加剂信息网     浏览:749    评论:0    
核心提示: 饲用酶制剂是经过基因技术选出的细菌或真菌株的发酵产物,包括特异的粗酶制剂和复合酶制剂。由于它能够提高动物的生产性能、发挥
  饲用酶制剂是经过基因技术选出的细菌或真菌株的发酵产物,包括特异的粗酶制剂和复合酶制剂。
由于它能够提高动物的生产性能、发挥生产潜力、改善饲料转化率、降低饲料成本,又因其安全、无残毒、
无耐药性等优良特点,成为公认的动物保健素,在畜、禽、水产动物甚至特种经济动物饲料中广泛应用。
二十世纪80年代末,一些国外企业的饲用酶制剂陆续进入我国市场,如美国建明公司、芬兰饲料国际有限公司的饲用酶制剂等。据不完全统计,目前我国饲用酶制剂市场上,约有l0余家国外企业、100余家国有企业生产和销售饲用酶制剂产品。2OOO年全国饲用酶制剂销售量约为800t,据推算这只占市场饱和量的13%。因此,酶制剂在饲料工业中有着广阔的应用前景。概括来说,酶制剂在饲料中有以下作用:
(1)提高某些生理阶段动物的消化率。动物体内自身有各种消化酶,自身也可合成各种酶。但不同的动物,体内各种酶的活性也不同,在必要时需要补充外来酶类,否则会造成消化不良,影响生长发育。
如仔猪往往在断奶开始阶段生长发育受阻,主要是由于动物体内淀粉酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶含量低,不能满足生长发育的要求,因此需另外补充酶。
(2)酶能提高饲料可消化养分比例,改善饲料利用率。动物饲料组分多为谷物及粕类,植物细胞壁
的存在降低了养分的消化吸收。因为细胞壁结构中含有p-葡萄糖,其抗营养性显著,从而降低了饲料利用率;另外饲料组分中的p-+(1,4)和p-(1,3)-葡萄糖苷键的存在,动物也是无法消化的,因为在单胃动物中几乎不存在水解此类键的酶,只有添加纤维素分解酶类才能提高动物对它的消化率。如玉米、大麦等谷类以及麦麸、饼粕等农副产品经添加复合酶处理后,其细胞壁被破坏,变得松软,在动物胃肠中可充分被消化吸收,从而提高了饲料利用率。
另外,在饲料用酶的发酵过程中,生产菌种分泌出一些维生素、矿物元素、蛋白质以及动物未知生长因子也是提高饲料营养价值的一个因素。
1 饲用酶制剂的应用
1.1 NSP酶
NSP酶(非淀粉多糖酶)包括半纤维素酶、纤维素酶和果胶酶。半纤维素酶主要包括木聚糖酶、甘露糖酶等。
以NSP酶为主组成的复合酶制剂对单胃动物麦类日粮应用效果十分显著,生长速度及饲料转化率提高5% 一10%或更高;对单胃动物玉米一豆粕日粮应用效果也相当显著,生长速度及饲料转化率提高3% 5%或更高。提高的幅度取决于复合酶制剂的组成、活力、耐温性、日粮的配方、动物的种类、生长
阶段等因素。许多试验证明,以NSP酶为主组成的复合酶制剂对促进反刍动物、水产动物的生长也有
效。除此之外,NSP复合酶制剂还能改善动物的健康状况,提高动物的抗病能力。
目前NSP酶的作用的机制也日臻完善。其作用机制主要为以下几方面:
(1)使麦类日粮中高粘度的水溶性NSP水解成多糖片段,降低肠道内容物粘度,减少粘度对养分和
内源消化酶的扩散阻碍作用,提高麦类日粮养分的消化率和吸收利用率。
(2)加速各类植物性原料细胞壁破裂。使细胞壁包裹的各类营养物质充分释放出来,与畜禽肠道内
源消化酶充分接触,提高各类饲料养分的消化率。同时使一些交联于细胞壁中的蛋白质释放出来,使之
得到消化和利用。
(3)提高内源酶活性。由于水溶性NSP降低内源酶活性,添加NSP酶降解水溶性NSP,可提高肠道
内源酶的活性,如肠道内源a一淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶的活性。
(4)减少肠道的发酵和畜禽后肠道有害微生物的数量,减少仔鸡下痢、仔猪腹泻等畜禽肠道疾病,提
高畜禽的健康水平和改善生产性能。
(5)提高畜禽体内代谢激素水平,促进蛋白质的合成,抑制蛋白质的分解,促进生长,提高畜禽的生产性能。
(6)增强机体免疫力。NSP酶可使日粮中的NSP降解成一些寡糖,如将豆粕中的甘露聚糖降解成甘露寡糖。后者可防止致病菌在后肠道定植,增强畜禽的免疫力和健康水平。
1.2 外源消化酶
外源消化酶主要包括微生物蛋白酶(如枯草杆菌蛋白酶)、a一淀粉酶、支链淀粉酶等。外源消化酶主要用于补充幼畜、幼禽内源酶的不足。外源消化酶同时还能激活内源酶的分泌,从而有利于幼畜、幼禽对淀粉和蛋白质的吸收和利用。此外,由于玉米淀粉中含有一定数量的支链淀粉。畜禽内源a一淀粉酶不能消化支链淀粉,而枯草杆菌支链淀粉可以消化玉米支链淀粉,生成糊精和寡糖等小分子糖类,从而减少玉米淀粉后肠道发酵,提高淀粉回肠消化率及吸收利用率。豆粕中残留一些抗营养因子,如胰蛋白酶抑制因子和植物凝集素,残余量可达20% 一40%,添加枯草杆菌蛋白酶可降解这些抗营养因子,消除其抗营养作用,提高饲料蛋白质的消化利用率;豆粕另含有大豆贮藏蛋白、玉米醇溶蛋白、抗原蛋白、变应原蛋白等蛋白质,这些蛋白不被内源消化酶所降解,但可被外源枯草杆菌蛋白酶所降解,从而被动物所利用。同时,日粮中蛋白质在蛋白酶的作用下,可能产生具有免疫活性的小肽,从而提高畜禽机体的免疫力。外源消化酶一般和NSP酶一起,配合在复合酶制剂中加以使用。
1.3 寡糖酶
主要为α-半乳糖苷酶。α-半乳糖苷为豆类中的一种抗营养因子,其增殖后肠道微生物产生气体,导致能量损失,增加小肠内容物的渗透性,引起渗透性腹泻,增加食糜的通行速度,降低养分吸收。添加α-半乳糖苷酶,可使α-半乳糖苷水解,消除抗营养作用,改善畜禽的生产性能。
1.4 植酸酶
植酸酶由于其替代无机磷源,减少畜禽粪便中的含磷量和对环境的污染,在饲料中的应用愈来愈受到广泛重视。所有植物性饲料资源都含有1%-5% 的植酸盐。这些植酸盐又含有占饲料总含磷量6o% 80%的磷。植酸盐非常稳定,基本上不能被单胃动物利用。添加植酸酶,使其中的磷以磷酸根的形式游离出来,从而被单胃动物所吸收利用。添加植酸酶提高日粮中植酸磷利用率和降低粪便中的磷含量均达到20%-50% ,显著减轻集约化养殖场粪便中磷对环境的污染。同时,添加植酸酶后,植酸盐中被螯合的矿物元素、微量元素和蛋白质被释放出来,提高这些养分的利用率。植酸酶一般单独使用。但也可和其它酶一起,配合在复合酶制剂中加以使用。
2 饲用酶的生产方法
饲用酶制剂的生产以微生物发酵为主,从现有的研究结果来看,以霉菌为主要生产菌的植酸酶、淀粉酶、酸性蛋白酶和p一葡聚糖酶的生产以固态发酵较多,而且较为经济合理。在此简要介绍用固态发酵法生产饲用酶。
2.1 固态生物反应器
饲用酶的固态发酵生产要用到固态生物反应器,可应用于生产酶的固态反应器有以下几种:浅盘式生物反应器,通风室式、池式、箱式,圆盘式或转鼓式通风培养设备,柱式反应器。除此之外,还有各式各样为特殊用途而开发的固态生物反应器。固态生物反应器的设计开发都应该满足固态发酵的技术特点,并尽量朝着大型化、机械化、自动化、连续化的生产要求发展。
2.2 用于固态发酵法的生产菌种和固态培养基生产菌种应选择酶系齐全、酶活性高的优良菌种,这是生产高质量复合酶制剂的关键,同时要求生产菌种产酶性能稳定,产酶量高,能适应饲料加工和动物胃内环境。作为固态发酵的培养基来源广泛,既可以是一些工业废弃物如啤酒厂的麦糟和糖厂的蔗渣等,还可以是人工配置的液态培养基填充的惰性载体如:填充有营养液的纤维、珍珠岩或聚氨酯泡沫(PUF)等。
2.3 饲用酶的生产工艺
固态发酵具有能耗低,发酵原料较粗放,设备投资少,后处理简单,污染小的优点。但也应该看到,固态发酵存在机械化程度低,劳动强度大;产品质量不稳定,重复性差;难以精制的不足。在通常情况下固态发酵生产的粗酶完全能满足饲料添加剂的要求,目前我国饲用酶制剂的生产大多采用固态发酵法。
3 当前应用中存在的问题
3.1 配方设计
复合酶制剂的配方设计要作到合理,首先要有正确的理论为指导进行设计;其次要接受实验和实践的检验。只有具有一定的理论依据,实践中又能反复证明取得良好效果的配方才是令人信服的。几乎所有的饲用酶制剂生产企业都有自己的复合酶制剂配方,但其配方设计是否具有令人信服的理论依据和实验数据支持,是目前普遍存在的一个问题。
3.2 酶制剂的稳定性
一般酶制剂在75℃温度制粒时,酶活损失很小。但我国很多饲料厂制粒温度超过75℃ ,甚至在9o℃以上。因此,我国市场对酶制剂产品的耐热性能的要求要比国外高的多。能否提高酶制剂的耐热性能,是我国饲用酶制剂能否进一步推广的关键之一。减少酶失活的方法是使用不同添加剂。如在酶液中加人各种金属盐,再通过冷冻干燥、喷雾干燥等方法获得干燥物。但干燥过程经常会引起酶活性的损失,而且干酶在储存和加工过程中活性也会有损失。这种损失主要取决于产品中的水分含量,水分含量必须严格控制。酶液中添加碳水化合物如:糖、多聚物等,可使其在保存过程中形成一种塑胶状物以提高其稳定性。也可在复合酶制剂中加入一种或几种能结合水分的组分,以降低成品中水的活度,防止水分子渗透,避免水分子与酶分子相互作用。
3.3 饲用酶制剂的检测
3.3.1 目前国内饲用酶分析测定中存在以下三个问题
(1)酶活力定义混乱除了淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、脂肪酶之外,其他酶种的活力检测方法目前为止还没有国家标准或行业通用标准。绝大多数企业的酶活定义都是本企业制定的,各企业的定义不同,单位酶活的含义也不同,有的可以相差200倍。
(2)酶反应温度和pH值 由于定义不同,规定的适宜的反应温度和pH值也不同最终也就影响了测定结果。
(3)不注意酶作用底物的选择 目前采用的酶分析方法,都是通过测定由酶分解产生的小分子产物来计算样品的酶活性。由于各企业选用的酶作用底物不同,底物中低聚合小分子含量也不同。聚合度低的小分子容易被降解,在底物过量的情况下,酶真正的作用底物并不是大分子多聚物,而是低聚糖(或多肽),造成较大差异。影响了结果的准确性。
3.3.2 在今后的饲用酶制剂发展中应注意解决以下问题
(1)加大科技投入,开发适合于饲料原料和市场特点的饲用酶制剂新产品,以推动饲用酶制剂的生产和广泛应用。
(2)制定酶制剂检测的标准方法。
(3)规范饲用酶制剂生物学评价试验方法。酶制剂作为一种高效、无毒无副作用的绿色添加剂,与传统添加剂相比,有其不可比拟的优势。酶制剂在饲料工业中有着广阔的应用前景,在今后的饲料行业中应当加强其应用和研究的力度,开发出酶活稳定、饲喂效果好、价格合理的酶制剂产品,更好的推动我国畜牧业的发展。 
 
 
标签: 饲用酶制剂
 
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