酶制剂在饲料中应用的现状及展望

张开磊，王宝维

（青岛农业大学优质水禽研究所，山东 青岛 266109）

酶制剂在饲料中应用的现状及展望

张开磊，王宝维*

（青岛农业大学优质水禽研究所，山东 青岛 266109）

饲料原料短缺是制约我国饲料工业发展中最大因素。但可作饲料原料的非谷物饲料资源却又很少或没有被开发利用，白白被浪费掉，还污染了环境。随着生物技术的发展，饲用酶制剂和微生物制剂的产量得到了快速增长，饲料资源的质量也有了显著提高。文章综述了我国非谷物饲料资源的应用状况、限制其利用的原因、酶制剂的优点及存在的问题及展望。

酶制剂；饲料；抗营养因子；前景

随着生物技术的发展，饲用酶制剂和微生物制剂的产量得到快速增长，质量也有显著提高，酶制剂可以提高饲料利用率、促进动物生长、改善生态环境和防治动物疾病，避免了由于添加抗生素、激素和高铜等物质产生的负面影响，具有明显的经济效益和积极的环保意义[1]。我国配合饲料中除一般玉米-豆粕型日粮，还有在玉米-豆粕型日粮基础上加入10%～40%的大麦或小麦、次粉、麦麸、统糠、棉粕等非常规饲料原料，这使得饲用酶制剂在饲料工业中占有重要地位[2]。另外，外国低价格小麦、大麦产品的涌入，将进一步刺激饲用酶制剂的市场需求。添加以降解纤维素、半纤维素和果胶为主的饲用酶制剂，消除抗营养因子的抗营养作用，其市场前景极为广阔。

1 酶制剂的定义和分类

酶是一种具有催化反应能力的特殊蛋白质，是促进生物化学反应的高效物质。饲用酶制剂是一种以酶为主要功能因子、通过特定生产工艺加工而成的饲料添加剂[3]。其中复合酶制剂是将两种或两种以上具有生物活性的消化酶混合而成的产品，是目前最常用的酶制剂饲料添加剂。按照饲用酶制剂功能可分为以降解多糖和生物大分子物质为主，主要包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶，其主要功能是破坏植物细胞壁（植物细胞壁由蛋白质、脂肪、多聚糖苷键连接成网状结构），使细胞内容物充分释放出来；以降解植酸、β-葡聚糖、果胶等抗营养因子为主，主要包括植酸酶、β-葡聚糖酶、果胶酶，能降解细胞壁木聚糖和细胞间质的果胶，提高饲料的利用率[4]。

2 我国非谷物饲料资源的应用状况

近年来，我国家畜数量的持续增长导致饲料缺口不断加大。作为饲料主要来源的玉米和豆粕价格的大幅上涨直接导致了养殖业经济效益的下滑，作物秸秆、羽毛、甜菜渣、蔗渣、酒糟、水果皮壳以及屠宰后的下脚料等农副产品因其价廉易得越来越受到养殖户的重视，农副产品在家畜饲养上的资源化利用由此也成为当前动物营养学研究的热点。为解决我国粮食问题，必需处理好饲料用粮问题。开发非常规饲料资源为解决人畜争粮问题提供了可行性。我国在工业化进程中，产生了许多农副产品，而这些农副产品一直以来没有得到很好的利用，造成了很大的浪费以及环境污染。这些农副产品中含有较丰富的营养物质，可以作为饲料原料。

2.1 农业秸秆

秸秆是农作物生产系统中一项重要的生物资源。我国是农业大国，2009年我国主要秸秆产量约6.3亿t，2010年全国秸秆理论资源量为8.4亿t，可收集资源量约为7亿t。龙芳羽利用微生物发酵农业秸秆，使发酵产物中粗蛋白质提高200%[5]。

2.2 油菜籽饼粕

油菜是我国最主要的油料作物，己成为世界上发展最快的大宗油料，总产量仅次于大豆。从20世纪70年代后期开始，我国的油菜种植面积和产量都己居世界第一位，单产也已超过世界平均水平，每年油菜籽制油后产生菜籽饼粕约600万～700万t[6]。

2.3 茶籽

茶籽包括油茶茶籽和茶叶茶籽。油茶是我国南方丘陵地区一种重要的油料作物，占全国木本食用油料作物的80%。我国油茶林面积约400万km2，是世界上油茶品种最多、分布最广、产量最多的国家[7]。据统计，我国近年来年产油茶茶籽约55万t，按机榨得油率70%计算，油茶饼粕年均产量约40万t[7]。我国采摘茶园面积约为100万公顷，茶叶茶籽产量约为44万t，按机榨得油率70%计算，全国茶叶茶籽粕可达30万t。我国油茶茶籽粕和茶叶茶籽粕产量约为70万t，由此可见，我国潜在的可利用茶粕资源十分丰富[7]。

2.4 棉籽粕

我国是世界上主要的产棉大国，年产棉籽800余万t，棉籽中含棉仁约50%～55%，棉仁中含油30%～35%，含蛋白质35%～38%，提炼油后的棉粕中含有丰富的蛋白质。棉籽资源得到充分利用，每年都可得到优质棉籽蛋白约200余万（t蛋白质含量约50%），可部分替代豆粕和鱼粉，缓解我国蛋白质饲料的供需矛盾，促进养殖业的发展[8]。

2.5 玉米胚芽粕

玉米胚芽粕是以玉米胚芽为原料，经压榨或浸提取油后的副产品，除极个别品种属于蛋白质饲料外，大部分产品属于能量饲料。玉米胚芽粕中含粗蛋白质18%～20%，粗脂肪1%～2%，粗纤维11%～12%，氨基酸组成与玉米蛋白饲料的水平相似，因此，研究其在畜禽日粮中的饲用效果有一定的实际意义。我国年产玉米1.39亿t，每年都会生产出大量的玉米胚芽粕[9]。

2.6 菌糠

菌糠是指以棉籽壳、锯木屑、稻草、玉米芯、甘蔗渣及多种农作物秸秆、工业废物（如酒糟、醋糟、造纸厂废液及制药厂黄浆液等）为主要原料栽培食用菌后的废弃培养料。我国食用菌总产量从1978年的6万t到2007的1 682万t，约占世界食用菌总产量的70%以上[10]。然而，大多数食用菌的绝对生物学效率约为10%，即干培养料1 kg能产出干菇重约0.1 kg，所以90%的干培养料仍然存在于菌糠当中，因此我国有巨大的菌糠资源[10]。

2.7 酒糟

2010年我国啤酒产量达3 000万t，而啤酒糟达750万（t湿糟）[11]。啤酒糟具有丰富的营养价值，其营养成分为蛋白质24%～28%，脂肪8%～11%，纤维55%～61%，糖1%～3%，灰分3%～5%[12]。我国年产白酒400～600万t，而发酵丢糟达1 500～2 100万t，丢糟量大而集中，如果不及时加以处理，就会腐败变质，不仅浪费了宝贵的资源，还会严重污染周围的环境。白酒糟含有丰富的蛋白质和18种氨基酸，还含有丰富的磷、钾等无机元素及维生素[13]。此外，还存在由微生物菌体产生的核糖核酸及嘌呤等微量有益成分。黄酒糟是黄酒酿造中的主要副产物，约含有30%的蛋白质，氨基酸种类齐全。我国有黄酒生产企业500多家，2010年全国黄酒产量为134万t。黄酒的平均出糟率约为20%～30%，数量相当可观[14]。

2.8 其他

近年来，我国玉米年产量已达到1.2亿t，预计2010年玉米年产量将达到1.5亿t。在玉米的消费中，工业消费占消费总量的80%，并呈不断上升的趋势。玉米生产加工中会产生大量的副产物，估算玉米须的年产量为750万t、玉米为1 500万t、玉米苞叶为1 000万t[15]。由此可见，要提高玉米加工产业的社会及经济效益，就要不断提高玉米加工综合利用与整体开发的技术水平，其中加大对玉米加工副产物的深度开发利用尤为重要。

3 限制非谷物饲料资源利用的原因

抗营养因子是限制非谷物资源利用的主要原因。而非淀粉多糖是主要的抗营养因子。非淀粉多糖（NSP）是植物组织中除淀粉以外所有碳水化合物的总称，包含纤维素、半纤维素、果胶等结构多糖和抗性淀粉，主要存在于植物细胞壁中，是构成细胞壁的主要成分[16]。

NSP在动物生产中表现的抗营养作用主要包括降低饲料营养物质的消化吸收，影响日粮的转化效率和动物生产性能；引起动物消化道形态和生理变化，一些水溶性NSP可使动物消化器官增大或变重；与某些消化道中的生理活性物质结合，例如消化酶、胆汁盐、脂类、胆固醇等，降低消化酶的活性，造成消化不良；与消化道后段微生物区系相互作用，造成厌氧发酵，产生大量的生孢梭菌等分泌某些毒素，抑制动物生长；产生黏性粪便，影响畜舍和周围环境，产蛋鸡还会污染蛋品等。NSP可影响消化道的分泌功能，Ikegami等试验显示，随着树胶（一种阿拉伯聚糖）喂量升高，大鼠胰酶分泌量显著增加，胰脏、胆囊的重量显著增加[17]。Zebrowska等报道，日粮中添加可溶性NSP和不可溶性NSP均能使猪胰液和胆汁分泌量增加，其中可溶性NSP将分泌量分别提高81%和40%，提高幅度远高于不可溶性NSP作用[18]。可溶性NSP可抑制一些内源性消化酶的活性，降低养分消化率。Choct等报道，可溶性NSP含量高的低能小麦降低了肉仔鸡消化道食糜中淀粉酶的活性。β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖直接与肠道中胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶结合，降低消化酶活性，但酶制剂的添加则可以很好的解决这些问题[19]。

4 酶制剂的作用

4.1 提高生产性能

酶在饲料中的主要作用是提高饲料中消化养分的比例，提高饲料的利用率。动物饲料主要分为谷物类及粕类，植物细胞壁的存在影响了养分的消化吸收。猪、禽等自然分泌的酶无法分解细胞壁，所以只有在饲料中补加相应的酶才能将其降解。玉米、大麦等谷类以及麦麸、饼粕等农副产品，经添加纤维素酶类、半纤维素酶和果胶酶，在几组酶的协同作用下才能破坏植物的细胞壁，使其变得松软，促使细胞壁及其细胞内容物在动物胃肠中消化吸收，从而提高饲料利用率[20]。木聚糖酶在家禽日粮中的应用较为广泛。研究表明，木聚糖酶能有效促进饲料营养物质吸收消化，提高家禽生产性能。徐骏等报道，添加木聚糖酶0.05%使试验组仔鸡增重提高，而料重比降低[21]。

4.2 消除饲料中的抗营养因子，促进动物生长

抗营养因子具有抗营养作用。不同饲料成分含有不同的抗营养因子。抗营养因子产生作用的方式包括抗营养因子在畜禽胃肠道内与养分结合形成复合物，从而阻止养分的吸收；另外抗营养因子直接抑制对养分消化吸收具有促进作用的内源酶活性，饲料中的半纤维素和果胶溶于水后会产生黏性溶液，增加了消化道内容物的黏稠度，使营养物质和内源酶难以扩散，缩短了饲料通过肠道的时间，影响了动物的消化吸收。在复合酶的协同作用下，可将纤维素、果胶以及糖蛋白降解为单糖和寡糖，降低了肠道内容物的黏稠度，减少了此类物质对消化利用的阻碍，增加了养分的消化吸收。据报道，饲料中添加酶制剂还能激活内源酶的分泌，从而提高饲料的消化利用率，促进动物生长。木聚糖酶的添加也可以促进纤维在反刍动物瘤胃中的消化。高春生等报道，在草鱼基础饲料中添加木聚糖酶0.05%～0.2%，结果发现，草鱼增重率提高，饵料系数降低，干物质、粗蛋白质、粗脂肪和粗纤维的消化率提高[22]。

4.3 拓宽饲料来源

农作物秸秆在世界上的产量每年约有20～30亿t。我国是一个农业大国，农作物秸秆资源十分丰富，作物秸秆中约有65%～80%的干物质能够向动物提供能量，而目前用作饲料的不足10%，绝大部分农作物秸秆仍直接还田或作为燃料使用，既造成资源浪费，又污染环境[23]。除了牛等少数草食家畜能消化秸秆中的纤维素之外，其他家畜都不能利用这部分能量，而且由于纤维素的存在，反而会影响其他营养物质的消化，从而降低饲料营养价值。纤维素酶是分解纤维素的一类酶的总称，其主要作用是降解畜禽消化道内NSP，降低肠道内容物黏性，促进营养物质吸收，减少禽畜下痢，从而促进畜禽生长和提高饲料利用率。农物秸秆中含有较多的NSP，主要包括阿拉伯木聚糖、葡聚糖、半乳糖、果胶、纤维素等。因单胃动物不能分解NSP，从而使其成为一种抗营养因子。酶制剂可消除饲粮中的抗营养因子，提高饲料利用率，节约饲料资源。

4.4 提高动物幼崽的成活力

近年来，由于农户养殖成活率低、生长速率慢，家庭式养殖的数量逐渐减少，在推广企业+农户式的生产方式过程中遇到很大难度。酶制剂在饲料中的应用能改善NSP引起的家禽消化、免疫器官发育不良，调节血液代谢激素的水平，最终提高家禽的生产性能和成活率。在小麦基础日粮中添加木聚糖酶能使肉仔鸡的脾脏、胸腺和法氏囊的相对重量提高，死淘率下降60%[24]。史宝军等研究发现，在小麦型基础日粮中添加木聚糖酶可以使肉鸡日增重提高2.38%，料重比下降6.91%，成活率提高6.47%[25]。

5 存在问题

目前很多企业实现了饲料酶制剂的工业化，获得了较高酶活力的菌株，但在粗放的工业条件下（如高温、高压、重金属离子、氧化剂和极端pH等），天然酶常会遭到破坏，使酶的生产和使用受到极大限制。目前工业上直接利用酶制剂时还存在一些缺点，如稳定性差、使用率低、不能在有机溶剂中使用及寿命不长等，造成了使用酶的成本升高。其中，酶的稳定性是现阶段酶应用中的一大难题。虽然国内外有关饲料酶制剂应用的研究报道很多，但添加水平和结论并不一致。对于不同酶活性的产品、不同动物种类、不同生理阶段以及不同饲料品种的适宜添加量并不明确，因此，在实际应用中往往因用量不当而影响应用效果。饲料酶制剂大多是微生物制剂，对温度、湿度、酸、碱等敏感，处理不当易失活，而对其进行稳定化处理的研究还不够，导致饲用效果不稳定。我国大多采用固体发酵，由于目前固体发酵饲料用酶制剂生产工艺存在着一些无法克服的缺陷，造成产品质量不如液体发酵稳定，在生产中有时带入杂菌，给应用带来一定的不利因素。饲料酶制剂要广泛、经济、高效的应用于饲料工业应具备一定条件。因此，通过诱变筛选优良菌种，使之产生的酶能耐高温、有较宽的pH作用范围等抗不良外界条件的性能，是可供选择的一种好方法，也是一个迫切需要解决的问题。

6 展望

酶制剂尤其是黏性谷物酶已经在食品、饲料、造纸等众多工业领域充分显示出了巨大的应用潜力，随着科学技术的发展和研究手段的不断丰富，必然会诞生一大批适合不同应用领域要求的饲料酶制剂优良新品种，为解决人类发展中可能遇到的能源、粮食、环境等诸多问题做出巨大贡献，实现可持续发展。

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Present Situation and Expectation of
the Enzymes Application in Feed

ZHANG Kailei,WANG Baowei*
（Institute of High Quality Waterfowl,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,Shandong China）

Feedstuff shortage is the biggest constraint in the development of feed industry in our country.How⁃ever,a lot of raw material is wasted and polluted the environment at the same time.With the development of the biotechnology,the production of enzyme preparation and microbial agents got rapid growth with high quality.This paper reviewed the application status of the grain feed resources,the advantages and expectation of the enzyme preparation.

enzyme preparation;feed;antinutritional factors;prospect

TQ925；S816.8

A

1001-0084（2014）02-0026-05

2013-12-03

国家水禽产业技术体系（CARS-43-11）

张开磊（1988-），男，山东日照人，硕士研究生，研究方向为动物营养与保健。

*通讯作者：教授，硕士生导师，E-mail:wangbw@qau.edu.cn。