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我国饲用酶制剂的研究现状及展望

 2014-07-16 15:44:20 浏览量:2

酶制剂作为一种新型高效饲料添加剂,可以提高动物生产性能和减少排泄物的污染,同时也为开辟新的饲料资源、降低饲料生产成本提供



酶制剂作为一种新型高效饲料添加剂,可以提高动物生产性能和减少排泄物的污染,同时也为开辟新的饲料资源、降低饲料生产成本提供了行之有效的途径,并为饲料工业高效环保、节粮和可持续发展提供了保障和可能性。饲用酶制剂的研究开发和推广使用,已成为生物技术在饲料工业中应用的重要领域。



  饲用酶制剂的生产方法



  目前在饲料中添加的酶制剂,都是由微生物发酵生产的,其常规工艺为:菌株选育、发酵培养、酶的提取。动植物中也存在各种酶,但从中提取酶成本极高,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,—是液体发酵。



  与固体发酵培养方式相比,液体深层发酵具有如下优点:(1)液体悬浮状态是许多微生物的最适生长环境。(2)在液态环境中,菌体、底物,产物(包括热) 易于扩散,使发酵在均质或拟均质条件下进行,便于检测、控制,易扩大生产规模。(3)液体输送方便,易于机械化操作。(4)产品易于提取精制。



  但是,固体发酵也具有很多液体发酵所不具备的优点,主要表现为:(1)培养基简单,多为便宜的天然基质。(2)基质的低含水量可大大减少生化反应器的体积,不需要废水处理,较少环境污染,常不需要严格的无菌操作,后处理加工方便。(3)不一定连续通风,一般可由间歇通风或气体扩散完成。(4)产物的产量可较高。(5)设备简单,投资小,能耗低。



  由于饲料工业附加值低,饲料用酶无需精制,因此,采用固态发酵更为合适。国内复合酶制剂的生产一般采用固态发酵,液态发酵主要用于植酸酶的生产或生产单酶制剂用于复配合酶制剂



酶制剂的种类



  消化酶 动物体内能够合成并分泌消化酶到消化道中消化营养物质,若需要强化动物内源酶作用,则需要使用外源的动物消化酶类似物。后者结构和性质可能不同于内源酶,但其作用却相同,主要包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等。



  淀粉酶 主要包括。α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶以及支链淀粉酶,其作用是催化淀粉降解。一般在饲料中多用。α-淀粉酶是内切酶,它催化淀粉分子内部1、4苷键的随机水解。而β-淀粉酶是外切酶。淀粉酶催化淀粉分解为寡糖、双糖、糊精或葡萄糖和果糖。动物消化道和唾液中含有淀粉酶。



  蛋白酶 蛋白酶是催化分解肽键的一群酶的总称。蛋白酶作用于蛋白质,将其降解为小分子的蛋白胨、肽和氨基酸。饲料中多用酸性和中性蛋白酶,蛋白酶按其作用方式也分为内切酶和外切酶,一般的微生物蛋白酶通常是内切酶和外切酶的混合物。动物体内的蛋白酶多存在于胃液和胰液中,分别为胃蛋白酶和胰蛋白酶,前者属于酸性蛋白酶,后者属于碱性蛋白酶。



  脂肪酶 降解甘油三脂(脂肪)为游离脂肪酸和甘油。动物体内的胃液和胰液等都含有多种脂肪酶。



  非消化酶 非消化酶通常是动物自身体内不能合成的酶,一般来源于微生物。主要用于分解动物自身不能消化的物质或降解抗营养因子或有毒有害物质等,主要包括纤维素酶、半纤维素酶、植酸酶、果胶酶等。



  纤维素酶 分解纤维素为纤维二糖、纤维三糖等多糖。β-葡萄糖苷酶则将纤维二糖、纤维三糖分解为葡萄糖。一般认为,纤维素酶为复合酶系。纤维素酶可破坏富含纤维的植物细胞壁,使被其包围的淀粉、蛋白质和矿物质得以释放并被消化利用,同时可将纤维部分降解成可消化吸收的还原糖,从而提高动物饲料干物质、蛋白质、粗纤维、淀粉和矿物质等的消化率。目前饲料加工者和营养学家正在猪禽日粮中利用多种纤维素酶来提高饲料的营养价值。



  半纤维素酶 主要包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶和半乳聚糖酶等等。由于除纤维素外的其他非淀粉多糖(半纤维素和果胶等)都可部分溶于水,在消化道形成凝胶状,使消化道内容物具有较强黏性,因而影响营养物质消化吸收并导致不同程度拉稀,最终影响动物生长和饲料利用率。半纤维素酶的主要作用就是降解这些非淀粉多糖,降低肠道内容物黏性和促进营养物质消化吸收,减少拉稀,从而促进生长和提高饲料利用率。



  植酸酶 是降解饲料植酸及其盐的酶。在豆科及谷物种子中植酸盐磷占总磷50%~75%,其化学形式主要是肌醇六磷酸钙镁盐。由于单胃动物不能或很少分泌植酸酶,而豆科和谷物饲料中或多或少存在的该酶活性(主要存在于种子外皮)因加工、储藏等被破坏,造成这些饲料磷利用率很低(0%~4%),并严重影响饲料中二价阳离子矿物质元素利用,最终导致动物饲养成本增加,排泄过量磷并污染环境。



  果胶酶 果胶酶是分解果胶的酶的通称,也是一个多酶复合物,它通常包括原果胶酶、果胶甲酯水解酶、果胶酸酶三种酶,这三种酶的联合作用使果胶质得以完全分解。天然的果胶质在原果胶酶作用下,被转化成水可溶性的果胶;果胶被果胶甲酯水解酶催化去掉甲酯基因,生成果胶酶;果胶酸酶切断果胶酸中的。α-1,4-糖苷键,生成半乳糖醛酸,半乳糖醛酿进入糖代谢途径被分解放出能量。饲料工业中果胶酶多用于提高青贮饲料的品质。



应用酶制剂的注意事项



  日粮类型



  酶制剂的添加效率与动物日粮的组成有关。如玉米含量高的日粮使用酶制剂,对其改善营养价值效果不大,而对以大麦为主的日粮则可提高其代谢能量。同时使用酶制剂的日粮,必须含有足够数量的营养物质。如此,其利用率才因使用酶制削而得以改善。



  针对不同的动物和其年龄合理应用



  一般来说,酶类饲料添加剂用于家畜比用于家禽效果要好,这是由它们各自生理条件所决定的。在动物年龄方面,酶类添加剂主要是用于消化机能不健全的幼龄动物以及消化机能减退的老龄动物和病弱动物。健康成年动物由于其消化机能比较旺盛,因此使用酶制剂的效果相对降低。



  酶类添加的剂量酶制剂饲料添加剂用量太低,不能启动相关的生化反应,过量也不能提高反应的速度和程度,并可能产生其他副作用,因此,应根据实际情况和使用说明确定酶制剂的适宜用量。特别应注意植酸酶的使用剂量。合适的添加剂量,是保证植酸酶的作用效果和较好经济性的关键。目前研究表明,饲料中磷最高取代量为0.10%~0.12%。



  注意饲料加工工艺和使用方法对酶活力的影响



  饲料在生产过程中,由于粉碎、预混、制粒以及其他添加剂的影响,都可能使酶的活性受损甚至变性,因此使用酶制剂应尽可能减少生产工艺对酶活性的影响。酶是蛋白质,除了极个别酶可以在90℃左右高温保持结构和功效的稳定,极大多数不具有耐受70℃以上高热的性质。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。对于必须制粒或膨化的饲料,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。使用酶制剂的饲料最好尽快使用,储存期限一般不宜超过2个月。



酶制剂研究的方向



  酶的稳定性是酶应用中的一个问题,对于饲料加工过程中温度和挤压对酶活性的影响,目前已经提出几种方法:冷压制粒、载体吸附法、浸泡或湿拌料法、微囊包被技术、制粒后喷洒等,以提高酶活性和热稳定性。



  微生物的生产属于微生物发酵的范畴。而应用属于畜牧业的范畴,由于专业间的差异,给酶制剂的管理造成一定困难。目前我国对饲用酶制剂没有一个统一的标准,酶活定义由企业自定,有的企业采用了或参考原轻工部的标准,采用这一标准综合酶活一般在一万左右。有的企业修改了这一标准,采用了更低的计量单位,同样产品的酶活标量可以高出十几倍甚至几十倍。因此给酶制剂的质量评定、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。



  研究开发对饲料抗营养因子和饲料毒素有效的酶制剂。


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