飼用微生物酶制劑及其應(yīng)用概況

1、飼用微生物酶制劑及其應(yīng)用概況 酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)，與其它催化劑相比，具有催化效率高，對(duì)其所催化的底物具有特異性。它的分布極其廣泛，存在于動(dòng)物、植物和微生物體內(nèi)。家禽、家畜對(duì)飼料的利用，是在消化道內(nèi)各種消化酶作用下將各種大分子物質(zhì)降解為易被吸收、利用的小分子。動(dòng)物對(duì)飼料成分的消化吸收能力決定于消化道內(nèi)的酶的種類和活力。但在單胃動(dòng)物消化道內(nèi)沒(méi)有分解植酸鹽、纖維素、半纖維素、果膠、及其其它非淀粉多糖酶，在斷奶后期的幼畜或消化道功能障礙家畜，其內(nèi)源性消化酶分泌不足，同時(shí)家畜添食的有機(jī)物有相當(dāng)一部分也不能被消化，因而許多學(xué)者建議在畜牧業(yè)中廣泛使用外源性酶添加到飼料中，以輔助動(dòng)物消化，提高動(dòng)物消化能

2、力，改善飼料的利用率，消除抗?fàn)I養(yǎng)因子，擴(kuò)大可利用飼料資源范圍，改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境。研究表明，酶在這些方面已顯示出其巨大的作用。1. 微生物酶制劑的生產(chǎn)方式目前在飼料中添加的酶制劑，都是由微生物生產(chǎn)的。動(dòng)植物也存在各種酶，但提取酶的成本極高，且生產(chǎn)受季節(jié)限制。而用微生物來(lái)生產(chǎn)酶制劑，其產(chǎn)量高、生產(chǎn)成本低，且不受季節(jié)限制。利用微生物來(lái)生產(chǎn)飼用酶制劑有兩種方法，一是固體發(fā)酵，一是液體發(fā)酵。用固體發(fā)酵的方式來(lái)生產(chǎn)酶制劑也叫表層發(fā)酵。與液體深層發(fā)酵相比，其生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)成本低、不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。其發(fā)酵的酶活力高，酶系全。但缺點(diǎn)是：生產(chǎn)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，產(chǎn)量不易擴(kuò)大。液體發(fā)酵生產(chǎn)酶制劑主要的優(yōu)點(diǎn)是；操作勞動(dòng)

3、強(qiáng)度小，可自動(dòng)化，產(chǎn)量可大規(guī)模生產(chǎn)。主要缺點(diǎn)是：生產(chǎn)投資規(guī)模大，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)生廢水易污染環(huán)境。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的飼用酶制劑，采用固體發(fā)酵法占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。因?yàn)轱暳现谐煞謴?fù)雜，多種酶的效果比單酶效果好。固體發(fā)酵生產(chǎn)的酶，酶系復(fù)雜，酶不經(jīng)濃縮，將發(fā)酵產(chǎn)品烘干后，粉碎，然后測(cè)定其活力單位，再添加填充劑，以達(dá)到企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，包裝后成成品。這樣的復(fù)合酶比單一酶更受到使用單位的歡迎。液體發(fā)酵的產(chǎn)品一般是其中某一種酶的酶活極高，而其它酶的酶活極低。使用時(shí)與其它單一酶配合使用，但總的酶系還不能與固體發(fā)酵產(chǎn)生的酶的酶系相比。不論細(xì)菌還是真菌、放線菌均能采用固體發(fā)酵的方法來(lái)生產(chǎn)酶制劑。用來(lái)生產(chǎn)飼用酶制劑的微生物應(yīng)該是不

4、產(chǎn)生毒素、激素或其它有害物質(zhì)的，目前生產(chǎn)酶制劑的微生物主要采用一般認(rèn)為安全的微生物來(lái)生產(chǎn)。美國(guó)食品藥品管理局（FDA）規(guī)定枯草桿菌（Bacillus Subtilis），米曲桿菌（Asp.niger），啤酒酵母（Sacch lerevisiae）和脆壁酵母（Sacch fnagilis）等微生物無(wú)需經(jīng)鑒定可直接生產(chǎn)。2. 微生物酶制劑種類飼用微生物酶按飼料存在的酶反應(yīng)的底物，可對(duì)其進(jìn)行分類3. 微生物酶制劑種類飼料原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子及難于消化的成分較多，飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子是植酸鹽和非淀粉多糖，包括-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、纖維素、果膠，而消除這些抗?fàn)I養(yǎng)因子的酶制劑就是：植酸酶、-葡聚糖酶、木聚糖

5、酶、果膠酶、-半乳糖苷酶。而對(duì)于早期幼小畜禽來(lái)講主要是其內(nèi)源酶分泌不足。一般在常規(guī)日糧飼料中添加以淀粉酶、蛋白酶為主的復(fù)合酶，以促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物的消化吸收，消除營(yíng)養(yǎng)不良和減少腹瀉的發(fā)生。3.1 飼用植酸酶的應(yīng)用植物性飼料中的磷大部分于植酸及植酸鹽中難為單胃動(dòng)物利用而隨糞便排出，污染環(huán)境，而且植酸鹽中的磷通過(guò)鰲合作用，降低動(dòng)物了Zn、Mn、Ca、Cu、Fe、Mg等微量元素的利用，以及通過(guò)蛋白質(zhì)結(jié)合，形成復(fù)合體而降低對(duì)蛋白質(zhì)的消化吸收。（Simons et al ,1990;Schoner et al,1991;Jongblaed et al 1992）。植酸酶是一種降解植物性原料中的植酸及其鹽類中一種

6、酯酶。產(chǎn)植酸的微生物種類很多，之中最主要的是真菌曲霉屬微生物。如Aspergillus、Ficuum；Aspergill niger它們分泌的植酸酶能催化植酸向正磷酸鹽、肌醇和肌醇衍生物轉(zhuǎn)化，在豬、雞、日糧中添加植酸酶制劑可使植酸中的磷水解釋放出來(lái)，使其中的磷得以為動(dòng)物利用，使植酸磷消化率提高60%-70%，這樣可以減少外加無(wú)機(jī)酸鹽，減少糞便磷的排放，減輕對(duì)環(huán)境污染，而且還可以提高被結(jié)合的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)的利用，提高消化率。Simons等（1991）首次在豬飼料中添加微生物合成的植酸酶取得滿意效果，當(dāng)1000單位/kg飼料的植酸酶可使磷的利用率達(dá)21%-57%。Cromwell等（1993）在豬

7、飼料中添加0mg/kg、250mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg植酸酶結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加500mg/kg植酸酶時(shí)平均日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和磷利用率提高12%-16%、6%和23%-80%，當(dāng)添加1000mg/kg植酸酶時(shí)，平均日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和磷利用率分別提高9%-23%、6%、33%-57%。在雞飼料的試驗(yàn)表明，添加植酸酶50單位/kg-1500單位/kg時(shí)飼料轉(zhuǎn)化率提高，并有效改善鈣、磷的利用率，與添加無(wú)機(jī)磷的對(duì)照組相比，除生長(zhǎng)性能相似或稍好外，磷的糞便排出減少一半（Simons et al 1991）。大量研究表明，豬、禽日糧添加植酸酶可提高植酸磷的利用率，取代或減少無(wú)機(jī)磷酸

8、鹽的添加，同時(shí)減輕因磷酸鹽含氟量高而中毒。同時(shí)使磷的排放量大幅度降低，蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)的消化率亦提高，對(duì)于因磷污染環(huán)境而制約家禽、家畜飼養(yǎng)業(yè)發(fā)展的國(guó)家，飼料重添加植酸酶具有特別重要的意義。3.2 蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和-半乳糖苷酶蛋白酶的作用是將組成蛋白的大分子多肽水解成寡肽或氨基酸，淀粉酶的作用是將大分子淀粉水解成寡糖、極限糊漿和葡萄糖。脂肪酶的作用是可將天然油脂分解，最終產(chǎn)物為單酸苷油脂、脂肪酸。-半乳糖苷酶能將-半乳糖苷低聚糖分解為單糖。Corring等（1987）的研究表明，仔豬胃腸道的消化酶活性隨著年齡增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，但斷奶對(duì)消化酶的活性增長(zhǎng)趨勢(shì)有倒退的影響，在第4周至斷奶后1周內(nèi)各種消

9、化酶活性降低到斷奶前水平的1/3。這是的腸道消化生理功能不適應(yīng)高淀粉、高蛋白的飼料日糧，引起胃腸機(jī)能紊亂，易誘發(fā)腹瀉發(fā)生，同時(shí)脂肪酶活性低也是誘發(fā)腹瀉原因之一，如果在仔豬飼料日糧中加入外源性淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶來(lái)補(bǔ)充內(nèi)源性酶分泌不足，可以改善消化，減輕腹瀉。在以豆粕為主要蛋白源的日糧中添加-半乳糖苷酶、蛋白酶可以有效改善營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。根據(jù)研究，添加枯草桿菌蛋白酶，可以分解大豆儲(chǔ)存蛋白質(zhì)，還可以降解胰蛋白酶抑制因子、植物凝結(jié)素和抗原蛋白等。羽毛蛋白質(zhì)含量在80%以上，其中含量很高的胱氨酸可以部分代替飼料中蛋氨酸的用量，但羽毛的原始狀態(tài)主要是角蛋白，其中多肽連之間二硫鍵的索狀結(jié)構(gòu)，是其空間

10、結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，動(dòng)物蛋白酶難以消化，其消化率僅為20%，達(dá)不到應(yīng)有的使用效果。在以經(jīng)一定處理后禽類羽毛粉來(lái)提供蛋白質(zhì)源的飼料中，添加一種灰色鏈霉菌蛋白酶，能增加羽毛粉的消化，提高其蛋白質(zhì)的利用率。前蘇聯(lián)科學(xué)家用一種細(xì)菌蛋白酶水解羽毛粉，其水解程度和溶解度比化學(xué)水解明顯提高，消化率高出1倍，生物學(xué)效價(jià)可達(dá)100%。3.3 非淀粉多糖酶在非常規(guī)植物性飼料中存在大量的非淀粉多糖。植物性原料的細(xì)胞壁都含有纖維素、果膠等物質(zhì)，蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都包裹在里面，大麥、小麥和黑麥都含有-葡聚糖、木聚糖，米糠中含有大量的纖維素和木聚糖。纖維素酶、果膠能破除植物細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物充分釋放出來(lái)，為單胃動(dòng)物腸道所吸收。-葡

11、聚糖酶、木聚糖酶和果膠酶能水解水溶性-葡聚糖、木聚糖和果膠，能有效降低動(dòng)物腸道中食糜粘度，有利于內(nèi)源消化液充分和食糜混合，充分消化，利于營(yíng)養(yǎng)物的吸收提高飼料的利用率及能量，降低料重比。添加非淀粉多糖酶可在飼料日糧中加大非常規(guī)飼料的用量，非常規(guī)飼料資源豐富，價(jià)格低廉，這樣可以提高養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。Friesen et al（1992）在以大麥為基礎(chǔ)的日糧，加-葡聚糖酶后，肉雞增重可提高46%，（加或不加酶的增重為100g/只、146g/只）表觀代謝能AEM提高33%（10.77MJ/kg日糧：14.3MJ/kg日糧），脂肪消化率提高193%（17.4%：15%）。根據(jù)浙江農(nóng)科院畜牧所研究表明，以

12、大麥為基礎(chǔ)的日糧加-葡聚糖酶后，即使大麥價(jià)格高于玉米0.1元，也可和玉米基礎(chǔ)日糧達(dá)到同等效益。大量研究表明，以大麥為基礎(chǔ)日糧添加酶可以改善肉雞生長(zhǎng)和飼料轉(zhuǎn)化率，以前人們很少將大麥用于肉雞日糧中，因其含有較高的-葡聚糖酶，不利于生長(zhǎng)，降低飼料轉(zhuǎn)化率，粘糞發(fā)生率高，添加-葡聚糖酶已證明能減少-葡聚糖酶的負(fù)效應(yīng)。小麥在澳大利亞、加拿大、英國(guó)的飼料中用量高達(dá)60%。在這些日糧中木聚糖酶已很普遍。大量試驗(yàn)表明，日糧添加高比例的小麥，同時(shí)加木聚糖酶，肉雞的表觀代謝能、增重、飼料轉(zhuǎn)化率、蛋白質(zhì)消化率、脂肪消化率及糞便均得到改善。與玉米相比，其生長(zhǎng)或飼料轉(zhuǎn)化率與玉米日糧相同，甚至超過(guò)玉米日糧。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)以米

13、糠在肉雞上做試驗(yàn)，在米糠日糧添加以木聚糖為主的粗酶制劑，其日增重可提高11.1%，為米糠類飼料的利用開(kāi)辟了有效途徑。4. 飼用酶的應(yīng)用模式家禽家畜等的喂養(yǎng)方式是以粉料或顆粒的方式來(lái)喂養(yǎng)的。當(dāng)使用粉料時(shí)，酶可以直接先加到預(yù)混料，混合好，均勻混合進(jìn)去。當(dāng)采用高溫制粒時(shí)就涉及到蛋白質(zhì)變性問(wèn)題，酶是一種活性蛋白質(zhì)，它與所有的蛋白質(zhì)一樣對(duì)環(huán)境很敏感，在高溫時(shí)會(huì)變性。飼料制粒后進(jìn)入冷卻系統(tǒng)前，飼料的溫度很高，可達(dá)90，制粒會(huì)導(dǎo)致飼料自身內(nèi)源酶和外添加酶的活性受到損失，只是不同性質(zhì)的酶其活性損失程度不同。加酶飼料制粒后酶活性損失程度與不同酶的特性、酶制劑的劑型、制粒時(shí)溫度有關(guān)。由于酶在飼料制粒時(shí)，使用蒸汽調(diào)

14、質(zhì)，同時(shí)也承受壓力，用干酶制劑做耐高溫試驗(yàn)或用酶在高溫溶液內(nèi)做耐高溫試驗(yàn)不能說(shuō)明制粒的結(jié)果，當(dāng)然會(huì)存在一定的相關(guān)性。制粒酶活損失是一個(gè)頗有爭(zhēng)議的問(wèn)題，因?yàn)槊副桓叨认♂專侥壳盀橹惯€沒(méi)有精確測(cè)定加酶飼料中的酶活性的方法。Nunes（1993）報(bào)道，制粒溫度高于60C時(shí)顯著降低戊聚糖酶（如木聚糖）的活性。Spring（1996）報(bào)道，真菌淀粉酶和戊聚糖酶在制粒溫度達(dá)到80C時(shí)無(wú)明顯的活性損失。為了避免飼料制粒的活性損失，可采用穩(wěn)定化技術(shù)和制粒后噴酶技術(shù)，采用穩(wěn)定化技術(shù)，主要采用物理包埋、化學(xué)修飾來(lái)提高酶的耐熱性，這樣在制粒時(shí)，能有效減少酶的損失。制粒后噴酶，是將酶制劑在制粒后添加到飼料中的技術(shù)，其

15、方法是采用液體酶通過(guò)噴霧系統(tǒng)，將酶均勻地涂布到還保持余熱的顆粒飼料表面，利用余熱加水分蒸發(fā)。采用這兩種技術(shù)都會(huì)極大提高飼用酶的成本，在飼料工業(yè)中目前還沒(méi)有應(yīng)用，雖然有些加酶飼料仍采用制粒方法。5. 飼用酶生物有待進(jìn)一步研究的領(lǐng)域盡管已證明酶在動(dòng)物飼料中應(yīng)用有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但它的應(yīng)用仍處于起步階段，有許多問(wèn)題需待研究。 5.1 提高生物發(fā)酵效價(jià)，大幅度提高酶活性。目前很多酶的生產(chǎn)活力單位不夠高，這樣在應(yīng)用時(shí)成本較高，不利于廣泛應(yīng)用。如植酸酶，既能節(jié)約外加磷源的量又能改善環(huán)境，但它的應(yīng)用受到了極大的限制，在國(guó)內(nèi)只應(yīng)用于蛋雞上。究其主要原因，目前微生物發(fā)酵產(chǎn)植酸酶的酶活力不高，在使用時(shí)并

16、不比外加磷源成本低。肉雞生長(zhǎng)快，磷的需求大，如果用外加植酸酶來(lái)代替磷源，其成本比外源磷高很多。如果極大地提高植酸酶發(fā)酵活力單位，降低成本，可使植酸酶得到更廣泛地應(yīng)用。5.2 集多種酶有同一微生物生產(chǎn)。由于飼料成分復(fù)雜，添加復(fù)合酶效果比單一酶好。采用固體發(fā)酵生產(chǎn)的酶制劑，都是復(fù)合酶，以一種酶為主，活力較高，還含有其它幾種酶，一般活力較低。如果采用基因工程方法，構(gòu)筑基因工程菌，使產(chǎn)兩種以上高活力的酶的基因在同一種菌表達(dá)。如可采用將高產(chǎn)活力蛋白酶、果膠酶、-半乳糖苷酶的基因構(gòu)筑在同一菌中，生產(chǎn)的酶用在以豆餅為主要蛋白源的飼料中。目前讓研究人員感興趣是將纖維素酶、-葡聚糖酶、木聚糖酶、植酸酶這些單胃動(dòng)物體內(nèi)不能分泌的酶的基因構(gòu)筑在一起