饲用酶制剂

动物对饲料的利用，是在消化道内各种消化酶的作用下将各种养分降解为小分子而被消化道吸收利用的。

动物对饲料养分的消化能力决定于消化道内消化酶的种类和活力。

近20多年的实践和研究证明，适合动物消化道内环境的外源酶能起到内源酶同样的消化作用。

饲用酶制剂是将一种或多种用生物工程技术生产的酶与载体和稀释剂采用一定的加工工艺生产的一种饲料添加剂。

饲用酶制剂可以提高动物，特别是年幼或有疾病动物的消化能力，提高饲料的消化率和养分利用率，改善畜禽生产性能，减少排泄物的污染，转化和消除饲料中的抗营养因子，并使一些新的饲料资源能被充分利用。

饲用酶制剂大多属于助消化的酶类，其关键是要有较好的稳定性，能够承受加工过程的高温、消化道内酸性环境及内源蛋白酶的破坏作用。

近十几年饲用酶制剂的研制、开发与应用发展很快，据调查统计，1998年世界工业酶制剂市场销售额15.6亿美元，其中饲料用酶占9%，为1.4亿美元。

饲料用酶销售额1994-1998年五年的年平均增长率为11%，高于同期工业酶制剂总体增长率5%。

一、饲用酶制剂的主要种类
目前，饲料工业上使用的酶制剂主要是消化碳水化合物和植酸磷的酶，也有些产品包含有蛋白酶和脂酶。

（一）消化碳水化合物的酶
植物性能量饲料中的碳水化合物含量通常在60％以上。

饲料中的碳水化合物是一组化学组成、物理特性和生理活性差异特别大的化合物，有易消化的淀粉，也有难消化的非淀粉多糖(NSP)(图4-2)。

（引自《饲料添加剂学》陈代文，2003）
因此，这类酶包括淀粉酶和非淀粉多糖(NSP)酶。

非淀粉多糖酶又包括半纤维素酶、纤维素酶和果胶酶。

半纤维素酶主要包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、阿拉伯聚糖酶和半乳聚糖酶；纤维素酶包括C1酶、Cx酶和β-葡聚糖酶。

1、淀粉酶包括α和β—淀粉酶、糖化酶以及支链淀粉酶和异淀粉酶。

α-淀粉酶作用于α-1，4—糖苷键，将淀粉水解为双糖、寡糖和糊精，只能分解直链淀粉和支链淀粉的直链部分。

淀粉酶作用于淀粉的β—1，6—糖苷键(支链淀粉分支处)，将淀粉也水解为双糖、寡糖和糊精。

糖化酶水解底物为双糖、寡糖和糊精，生成葡萄糖和果糖，并从淀粉的非还原末端，依次水解α—1，4—糖苷键生成葡萄糖。

饲料中添加多用β—淀粉酶，使用时应加少量的碳酸氢钠或碳酸钠以中和胃酸，以利于淀粉酶的活化，防止该酶在胃肠道失活。

2、半纤维素酶包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、阿拉伯聚糖酶和半乳聚糖酶等b：主要作用是将植物细胞中的半纤维素水解为多种五碳糖，且降低半纤维素溶于水后的黏度。

小麦和黑麦等谷物中含有阿拉伯糖基木聚糖，这种糖可以与细胞壁的其他成分紧密结合，它含有1，4—糖苷键，而且可以吸收其自身重量
10倍的水，形成一种非常黏的液体。

这种高黏性液体表现对动物的影响就是减缓生长速度，降低饲料利用效率。

但在含小麦的鸡日粮中加入木聚糖酶后，它能水解阿拉伯糖基木聚糖的木聚糖碳架，从而使其高黏性的特性消除。

3、纤维素酶包括C1、Cx酶和β—葡聚糖酶。

其中，C1酶将结晶纤维素分解为活性纤维素，降低结晶度，然后经Cx酶的作用，将活性纤维分解为纤维二糖和纤维寡聚糖，再经β—1，4—葡聚糖酶的作用生成
动物机体可利用的葡萄糖。

纤维素酶可破坏富含纤维素的细胞壁，一方面使其包围的淀粉、蛋白质、矿物质等内含物释放并消化利用，另一方面将纤维素部分降解为可消化吸收的还原糖，从而提高动物对饲料干物质、粗纤维、淀粉等的消化率。

4、果胶酶果胶酶可裂解单糖之间的糖苷键，并脱去水分子，分解包裹在植物表皮的果胶，促使植物组织的分解，降低肠内容物的黏度。

（二）蛋白酶
蛋白酶将蛋白质水解成为可被肠道消化吸收的小分子物质。

根据最适pH不同，将其分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。

由于动物胃液呈酸性，小肠液多为中性，所以饲料中多添加酸性和中性蛋白酶，其主要作用是将饲料蛋白质水解为氨基酸。

表4-18 蛋白酶来源和特性
（三）脂肪酶
脂肪酶是水解脂肪分子中甘油酯键的一类酶的总称，微生物产生的脂肪酶通常在pH 3．5～7．5时水解力最好，最适温度38—40℃，因此微生物脂肪酶非常适用于饲料。

脂肪酶一般从动物消化液中提取。

外源性脂肪酶的作用与动物的年龄有关，生长动物体内的脂肪酶足以满足自身的需要，但幼畜日粮中添加脂肪酶可能有益。

（四）植酸酶
植酸酶又称为肌醇六磷酸水解酶，是一种可使植酸磷复合物中的磷变成可利用磷的酸性磷酸酯酶。

植酸酶广泛存在于植物组织中，也存在于微生物(细菌、真菌和酵母)。

目前分离出的植酸酶主要有两种：3—植酸酶(EC 3．1．3．8)和6—植酸酶(EC 3．1．3．26)，前者最先水解的是肌醇3号碳原子位置的磷酸根，主要存在于动物和微生物；后者最先水解的是6号碳原子的磷酸根，主要存在于植物组织。

尽管曾经从猪的肠道分离出植酸酶，家畜体内的植酸酶数量和活性十分有限。

目前作为商品生产的植酸酶主要是来源于真菌的发酵产物，也有一部分是用生物技术生产的。

二、饲用酶制剂的作用及其机理
归纳起来，饲用酶制剂的主要作用是：补充内源性消化酶的不足；消除、降解日粮抗营养因子和消化内源酶不能消化的养分。

上述作用主要是通过如下4种机制来实现：
（一）破坏植物细胞壁，提高养分消化率
植物细胞中淀粉和蛋白质等营养物质被细胞壁包裹。

细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶等组成的一种复杂聚合物，除草食动物之外，其他动物不能消化这类物质，这样大大影响了植物饲料中淀粉、蛋白质等营养物质的消化率。

若在饲料中适当地添加能分解这类聚合物的酶；以破坏饲料中存在的植物细胞壁，使细胞中的营养物质释放出来，可提高饲料中能量和蛋白质的利用率。

（二）降低消化道食糜黏性，减少疾病的发生
构成植物细胞壁的非淀粉多糖物质能够结合大量的水，增加了消化道食糜的黏度，使营养物质和内源酶难以扩散，这不仅降低了蛋白质、淀粉等营养物质的消化吸收，而且也使畜禽产生黏粪现象。

饲料中添加酶制剂可降低食糜的黏稠度，缩小胰脏和胃肠道的体积，减少粪便量，降低氮的排出率，提高畜禽的生产性能；
（三）消除抗营养因子
有些饲料组分(如日粮纤维和植酸磷)是无法被动物内源酶消化的，同时这些不能被消化的养分还会产生抗营养作用。

畜禽饲料原料中的抗营养因子(ANFs)及难于消化的成分较多(表4—19)，它们以不同方式和不同程度影响养分的消化吸收和畜禽的身体健康。

添加外源性酶制剂可以部分或全部消除ANFs所造成的不良影响。

消化和降解这些抗营养因子的外源酶包括：植酸酶、β—葡聚糖酶、木聚糖酶、果胶酶、α—半乳糖苷酶。

表4-19 几种饲料原料中的抗营养因子或难于消化的成分
（四）补充内源酶的不足，激活内源酶的分泌
消化机能正常的成年动物，能分泌足够的消化饲料中淀粉、蛋白质、脂类等养分的酶。

补充这些消化酶对成年健康动物的作用甚微。

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这一缺陷。

如出生4周龄前的仔猪，消化系统功能不完善，胃内酸度和蛋白酶的活性均很低。

断奶应激会导致内源酶活性的降低，仔猪在断奶后的数周内，内源性的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶活性均有降低，导致养分的吸收减少和腹泻，这时选择易消化的饲料并添加外源酶可以收到良好的效果。

饲用酶制剂并不引起内源消化酶“反馈性”分泌减少，反而有利于内源消化酶的分泌。

一般在常规日粮中适当地添加淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶，以补充内源酶的不足，促进营养物质的消化和吸收，消除营养不良和减少腹泻的发生，提高饲料消化率。

消化酶在水产饵料中的研究与应用表现出了明显的辅助消化，降低饵料系数，改善水质，减少肝脏和消化道疾病的作用。

水产饵料，特别是肉食水产饵料中含有高水平的蛋白质和脂类，虽然水产动物对蛋白质和脂类有较强的消化能力，但在高密度人工养殖条件下的水产动物，对人工饵料的消化能力有限。

饵料中添加蛋白酶、脂肪降解酶能提高饵料中蛋白质、脂类的消化率，减少未消化物对水质的影响。

淀粉是植物饲料中的主要物质，也是人工饵料中最常用的安全、经济的粘合剂，而水产动物，尤其是肉食水产动物体内淀粉酶活性低，对淀粉的消化力低，饵料中的淀粉不能被充分利用。

这不仅造成养分的浪费，影响水质，由此还常产生消化不良和肝脏疾病，致使生长受阻，严重者导致死亡（俗称“胀死”）。

在饵料中添加淀粉酶，能明显地提高淀粉的消化率，减少对水质的污染，保证水产动物的健康，降低死亡率。

目前蛋白酶、脂解酶、淀粉酶在对虾、鳗鱼等较高经济价值的水产饵料中已普遍应用。

日本生产的鳗鱼用新力素-B、台湾生产的新力肥（Sinipor）、新宝力（Neo-polyase）均属此类产品。

三、饲用酶制剂的应用
（一）饲用酶制剂的要求
与酶在其它领域应用不同，饲用酶需经过一定的饲料加工工序，与复杂的日粮组分共存一段时间后才能进入人们难以控制的消化道复杂内环境条件下起作用。

因此，饲用酶有其特殊的要求与处理。

1、饲用酶制剂中一般需加稳定剂或进行包被等稳定性处理，以增强酶对饲料加工和贮存过程中不利条件的耐受性。

2、由于酶的作用条件各异，不同酶在消化道中起作用的位置不同，对消化道内的酸碱度，蛋白酶的耐受性也各不相同。

不同的酶就选择不同的包被处理，使酶到达适合其作用条件的消化道部位才释放出来，这一方面可避免酸碱和蛋白酶对酶的破坏，另一方面能使酶发挥最大的催化作用。

特别是适宜在肠道（中、碱性条件下）起作用的酶，应能安全通过酸性强，对各种蛋白质有强降解能力的胃。

在多酶系复合制剂的生
产上，必须避免其中的蛋白酶对其它酶的降解作用。

3、水产饵料需投入水中饲喂，要求在水中有一定悬浮时间，其加工工艺比较复杂。

应用于饵料中的酶制剂必须用不溶于水的包被材料处理，否则不仅酶易失活，而且会造成养分流失。

未包被处理的消化酶，特别是淀粉酶，会降低饵料的粘弹性，降低饵料的适口性和在水中的悬浮时间。

（二）选用酶制剂应考虑的因素
1、酶的种类和酶活力
酶制剂产品中所含酶的种类和活力是影响酶制剂应用效果的关键因素。

产品中应含多少种酶和哪些酶取决于饲料类型。

以大麦为基础的日粮应添加β—葡聚糖酶；豆类籽实为基础的日粮应使用果胶酶；而以小麦为基础的日粮中必须添加木聚糖酶。

一般来说，单一酶制剂的效果没有复合酶制剂好。

在以玉米、小麦和豆粕混合日粮中应添加果胶酶、。

—半乳糖酶和戊聚糖酶和纤维素酶；而在含豆粕的日粮中添加α-半乳糖酶、β—葡聚糖酶和蛋白酶复合制剂的效果比单独添加α-半乳糖酶效果要好。

衡量酶制剂的品质的核心指标是酶的活力。

酶活力单位是在一定条件下测得的相对值，受温度、pH、底物浓度、饲喂方式等诸多因素的影响，不同厂家所使用的酶活单位可能不尽一致。

所以，酶的标识单位大并不一定表示其酶活力就强，只有在相同的条件下测定酶活并将其与动物的消化生理和饲喂方式等结合起来才有意义。

另一方面，酶的活力并不是愈高愈好。

试验证明，酶活力过高不仅会造成产品的浪费，而且引起饲养效果的下降，这可能与酶作用产物的反馈抑制有关。

2、动物因素使用酶制剂的效果受动物种类、品种、年龄及生理阶段等诸多因素影响。

一般来说，消化功能愈简单的动物，酶制剂的应用效果愈明显。

家禽消化道较短，肠道后段的微生物也少，饲料中添加酶制剂的效果就好。

在肉鸡日粮中主要添加β-葡聚糖酶、木聚糖酶、淀粉酶和果胶酶。

猪在不同的生长、生理阶段应选用不同的酶制剂，早期断奶仔猪的消化系统尚未发育成熟，日粮中需添加淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶，而生长猪和肥育猪日粮中主要添加β—葡聚糖酶、木聚糖酶和果胶酶。

成年反刍动物由于其瘤胃微生物作用，添加酶制剂效果不明显，但在幼年反刍动物和以青贮料为主的日粮中添加纤维分解酶和少量淀粉酶，也可获得较好效果。

（三）酶制剂的应用方法
1、直接添加酶制剂可用于生产全价配合饲料和浓缩料。

由于大部分酶制剂产品为固体形态，且添加量较大，一般在配合饲料中的添加量为0．1％一0．3％，因而可以在配合饲料或浓缩料生产过程中直接添加。

考虑到酶在饲料加工，特别是制粒过程中的损失，酶制剂的实际添加量应高于推荐量，提高比例一般为10％～50％不等。

2、制粒后添加技术在饲料制粒以后再将酶制剂加到饲料中，可以避免酶制剂在饲料制粒过程中的损失。

按这种方法使用的酶制剂为液态产品，添加方法类似于油脂的喷雾涂抹工艺。

制粒后添加工艺虽可减少加工损失，但因分布于颗粒的表面，在饲料的贮藏过程中容易受到外界因素的影响而失去活性。

3、用于饲料调制饲料原料在应用之前使用酶制剂进行调制，有利于改善饲料的营养价值和饲用价值。

如，豆粕用酸性蛋白酶预处理后再用于配制仔猪、雏鸡的饲粮，可明显提高动物的生产性能和饲料利用率。

青饲料在青贮过程中添加酶制剂有利于提高青贮的质量。

（四）应用酶制剂应注意的问题
酶制剂发挥作用的前提是必须有一定活性的酶达到其在消化道中的作用部位。

从酶制剂的生产出厂到进入动物消化道发挥作用，经过若干环节，每个环节都可能影响酶的活性。

在购买时、使用前和饲料加工后均应检测酶的活性。

粉状饲料的混合过程对酶的活性影响不大。

一定的温度、压力会使酶蛋白的结构发生变化，降低甚至丧失酶的催化活性，特别是在湿热条
件下。

因此，制粒温度过高会降低饲料中酶的活性。

一般认为在60～65℃以下的制粒过程中,经稳定载体处理的酶制剂可保持约80%左右活性,某此经特特殊包被处理的酶制剂在75℃以下可保持较高的活性.若考虑到沙门氏菌的灭活,制粒温度至85℃以上或膨化处理,最稳定的酶制剂也将变得无效(Cowan).制粒或膨化冷却后将稳定的液体酶制剂喷于颗粒表面,能被饲料很好地吸收并保持较高的稳定性。

酶制剂在应用之前的贮藏条件对保存酶的活性尤为重要，在贮存过程中要防止潮湿和高温曝晒。

一般来说，水分对酶的危害比高温更严重，饲料发霉会使酶活性受到很大影响。

因此，在使用时应尽量缩短贮存时间，放在通风、干燥、阴凉和避光处。

一旦开封使用，最好尽快用完；如果不能一次用完，用后应包装、封严，并尽早使用。

配合饲料中的某些成分可能会破坏酶的活性。

许多矿物元素与酶制剂具有颉颃作用；有些抗生素可能对酶的活性有破坏作用；酸化剂、氧化剂、重金属等物质对酶的活性也有明显影响。

因此，在使用过程中应避免酶制剂和这些物质的直接接触，特别不能将酶制剂用作生产预混料的原料。

（五）复合酶制剂的应用效果
综合国内外的研究报告，在肉鸡日粮中添加复合酶制剂可使体增重提高0．75％一5．33％(平均2．98％)，饲料转化效率改善1．92％一8．3％(平均4．69％)；对蛋鸡的采食量、产蛋性能及死亡率作用很明显。

仔猪由于其消化系统发育不成熟，又缺少分解饲料中非淀粉类多糖的消化酶，因此易导致断奶仔猪营养不良，发生腹泻等，·添加饲料酶制剂后可明显减少甚至逆转这类不良现象(表4-20)。

生后3月龄的肥育猪其消化道发育基本完善，其饲料组成当中粗纤维成分较高，这时补充纤维素酶，有利于提高饲料粗纤维的利用率。

表4-20 酶处理猪饲料后干物质消化率的增加和NSP的水解比例
(引自DierickandD~mypere，1996)
注：A、B、C分别是比利时Slovay生产的纤维素酶、半纤维素酶和丹麦Novo Industri生产的复合酶。

牛羊主要以粗纤维含量较高的植物茎叶等粗饲料为主要饲料，通过瘤胃微生物发酵产生的纤维素酶将纤维素降解为易吸收的低分子化合
物。

但是，由于瘤胃微生物产生的纤维素酶是有限的，外源补充可提高瘤胃中纤维素酶含量，达到提高降解的目的。

有实验证明，在牛、羊饲料中添加酶制剂尤其是纤维素酶可明显提高牛、羊对饲料中粗纤维的利用率。

在肥育牛的饲粮中添加。

—淀粉酶和蛋白酶，可使日增重提高；在乳牛饲粮中添加真菌纤维素酶，可使泌乳量和饲料利用率提高。

酶制剂还可用于提高青饲料的利用率。

用酶制剂处理热带和温带的禾本科和豆科牧草，然后用瘤胃模拟技术测定体外消化率，证明酶制剂可以提高有机物的体外消化率，其结果证实酶制剂有助于细胞壁的降解，特别是对含纤维较高的热带植物。

在苜蓿青贮中加入酶制剂(含纤维酶、半纤维素酶和葡萄糖氧化酶)，和对照组比，青贮pH降低14．6％，粗纤维降低16％，水溶性碳水化合物提高115％，氨气浓度降低16％。

对于含糖量低的豆科植物在制作青贮饲料时，添加淀粉酶或纤维素酶等，可水解青绿饲料中部分
多糖，使其转化为单糖，以保证产生足量乳酸菌，从而得到品质优良的青贮饲料。

另外，对于处于疾病特别是消化道疾病或应激状态的畜群，及时补充消化酶，对改善机体综合状态、加快体力恢复会有明显帮助。

在兔、鹿、水产动物的饲料中添加酶制剂也取得了很好的效果。

四、酶制剂的发展方向
酶制剂被公认是安全高效、最有发展和应用前景的饲料添加剂之一，但由于酶制剂本身的生物特性和作用规律十分复杂，许多问题尚不清楚，酶制剂的实际应用效果尚不稳定，在提高饲料的利用率、减少环境污染、提高动物生产水平和经济效益等方面的功效尚未充分发挥。

要解决这些问题，必须在酶活分析方法的标准化、酶制剂的稳定性、酶制剂与饲粮成分的关系、酶制剂之间及与内源酶之间的相互关系、酶制剂与饲料工艺之间的关系等方面开展系统深入的研究。