饲用酶为不断增长的食品需求提供支持

赵　瑜 译自 International Pig Topics，Vol.30，№8：15，17贾良梁 校　潘雪男 复校　罗静如 制图表



饲用酶为不断增长的食品需求提供支持

赵瑜 译自 International Pig Topics，Vol.30，№8：15，17
贾良梁 校潘雪男 复校罗静如 制图表

人口的不断增长正导致对食物需求的持续增加，其中包括对肉类和其他动物蛋白产品的需求。据推测，人类对家禽食品的需求将增长最快，其次是对猪肉产品的需求。对水产产品的需求也将增加，但其基数很小。反刍动物数量的增长将不如单胃动物数量的增长，但预计中国的奶业将会扩张。

为了支撑不断增长的食品需求，未来动物所采食的饲料可能与当前所提供的饲料不同。一种趋势是副产品和下脚料会按一些的水平加入单胃动物的饲料中，2000年以前这都没有予以考虑。

虽然是否添加这些替代品将取决于谷物和大豆的价格，但朝着更长期使用质量较差饲料原料的举措可能需要实施很长一段时间。饲料原料本身也含有能够降低营养吸收效率的抗营养因子（ANFs），因而，会提高蛋白质的生产成本。

1　未来的重大挑战

高效的动物生产和环境管理都面临着重大挑战，除非这些质量较差的饲料原料被生产得更具营养，从而实现持续高效的蛋白质生产，改善健康以及降低环境污染。

应用酶制剂将是构成通过提供一种降低此类抗营养因子作用、降解饲料中动物不能利用的成分并释放出更多营养的方法以应对这些挑战所必须的。

酶的活性具有底物特异性。因此，单个酶的效应是可以独立计算的，不管是否与其他酶和添加剂联合使用。联合使用可能会表现出超出被测得能量、氨基酸和矿物质释放值的更多功效，如更平衡的肠道菌群。

因此，当前植酸酶和木聚糖酶等重要的酶，单独或除了越来越重要的蛋白酶外，将会彼此互补，因为它们在动物消化道中作用于不同的底物。

虽然蛋白酶是最近加入饲用酶组方中作为单组份的产品，但是植酸酶和木聚糖酶已经广泛使用，特别是在猪饲料中。

即使在不使用替代饲料原料时，这些酶作用于特定的底物也是必然的，因为抗营养因子存在于所有天然饲料中。

2　为什么使用植酸酶

植酸，在种子萌发时可以作为磷（P）的储存库，同时在种子的整个生命过程中作为保护剂抵抗氧化应激。其以矿物-植酸复合物的形式存在，而且植物性饲料中大部分P以植酸-P的形式存在。

真如在米糠中所见到的那样，植酸结合型P的总比例可能高达80 %。传统饲料中植酸结合型P的精确水平，在同一种饲料原料中和不同种饲料原料间含量差别很大。由植酸-P引发的一个问题是未被消化的磷将会排出体外，从而引发环境灾难。

P源的替代产品包括矿物质（如磷酸氢钙）和肉骨粉，这些替代产品所含P高度易消化，从而可以平衡动物的日粮，但是对环境的危害小。

释放植酸中的P可以降低环境负担，而且还可以降低饲料成本，因为这可降低对其他P源的的需求。

另外，植酸还会结合其他矿物质，如Zn、Cu、Ca和Fe，降低这些矿物质的可利用率。植酸还能够结合蛋白质，这反过来又会降低氨基酸的消化率。微生物植酸酶被认为在pH较低的环境中能表现出最大的活性。对猪来说，植酸酶展现其作用的主要部位是胃部。新一代植酸酶最能在胃内酸性环境中完全发挥其功能。

细菌性植酸酶的出现提高了动物饲料的生物学效价。真如其更高基质价值所暗示的那儿，新一代植酸酶能够使饲料的生物学效价得到更进一步的改善，当然这高度依赖于原料的质量和试验的条件。

与此同时，由于对植酸酶的作用方式有了广泛的了解，植酸酶也许能够产生更多的益处。正在进行的研究将继续揭示植酸酶对养猪生产者的更多价值。

3　为什么使用木聚糖酶

非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharides，NSPs）属于一组被称作日粮纤维的碳水化合物。其在小肠中难以被消化，但可以被微生物完全或部分消化，经发酵后生成短链脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFAs）而被小肠或大肠吸收。

NSPs可分为细胞壁组分和非细胞壁组分二种，包括纤维素、半纤维素、果胶和水解胶体。

木聚糖是半纤维素的主要成分，是自然界中排在纤维素之后的第二丰富的多糖。半纤维素是种子中的储存聚合物以及木本植物的结构成分。

谷物，如小麦和大麦，因其可溶性NSP的特性，会提高肠道内容物的粘度，从而导致饲料采食量降低，还会对细菌的增殖产生不利作用和包裹营养。

玉米中的木聚糖酶主要作用是破坏胚乳壁，从而释放出被包埋的蛋白质和淀粉。小麦副产品和生物乙醇工业副产品（基于玉米或小麦的干酒糟及其可溶物，即DGGS）含有高水平的不溶性纤维，会使营养物质快速通过肠道，降低营养物质的吸收。

木聚糖酶能够对抗不溶性纤维的上述效应，继而允许更多地采用营养价值较低的饲料原料，从而可以提高饲料配方的灵活性，降低饲料成本。而且还能减少动物排出的粪便量。

木聚糖酶在接近中性pH环境下往往会表现出最佳的活性。有证据表明，肉鸡主要通过自由采食的方式将通常为碱性的作物采食到体内，而且家禽的嗉囊和腺胃为酸性环境。

小肠pH处于弱酸和弱碱之间，这种环境对部分木聚糖酶来说pH有些太高。

肠管前段的食糜含水量太低，这不利于酶发挥其活性作用，酶的活动需要有合理水平的含水量。因此，非淀粉多糖（NSP）酶的活性在肠管前段可能会较低。

对家禽来说，木聚糖酶的活性作用可能主要发生在小肠，不过其对作物的某些作用可能取决于饲喂方案。

对猪来说，其胃内容物的pH处于3～5之间，有可能成为酶活性的重要场所。因此，木聚糖酶和植酸酶的部分或全部的活性可能在猪体内的同一部位发挥作用。

4　为什么使用蛋白酶

植物性蛋白饲料还涉及另一种的抗营养因子（ANF）。全球动物饲料中蛋白质主要来自豆粕，大豆产量占全球油料作物产量的55 %。然而，还有其他来源植物蛋白，如菜籽粕、DDGS、豆皮和豌豆。由于豆粕含有高水平的蛋白 （高达49 %），且易被非反刍动物消化和平衡，因而豆粕是畜禽和水产动物的主要蛋白来源。

然而，豆粕的质量因生产地的不同而差异很大，而且还含有抗营养因子（ANFs），这些抗营养因子可以降低猪的生长性能，它们包括蛋白酶抑制剂、植酸、低聚糖、抗原因子（如大豆球蛋白）以及外源凝集素；后者能干扰营养物质的吸收。

其他植物性蛋白也是有价值的氨基酸和不受欢迎的ANFs的结合体。

总而言之，蛋白酶具有多种益处。其可以降低上述抗营养因子的作用。

因此，蛋白酶会降低饲料配方不平衡和饲料成分营养品质变化所造成的风险。蛋白酶还允许人们以较高的水平使用质量较差的饲料原料。最后，蛋白酶还可降低饲料的蛋白水平和饲料成本。

然而，一种酶除了具有主要的活性外，可能具有多种营养益处。

如，蛋白酶可以降解了醇溶蛋白复合物，保护高粱淀粉颗粒，这具有能释放供宿主动物间接使用的能量额外的益处。

因此，虽然蛋白酶将能够显著地提高高粱中的氨基酸消化率（以及相关的能量消化），但是由于存在间接的影响，全部的能量值将会得到显著的提高。鉴于商用产品所处于的典型pH范围，或许可以预测蛋白酶在小肠中的活性更高。

植酸酶和木聚糖酶在十二指肠近端中的功效可能存在重叠，但是即使植酸酶和木聚糖酶丧失活性，蛋白酶仍将具有活性。蛋白酶和淀粉酶的活性也可能存在重叠，这对某些饲料成分而言可能是有利的。

5　复合酶

所有饲料原料含有来自纤维、植酸和对蛋白酶作用敏感的因子的ANFs复合物。玉米中的大量P与植酸相结合，可以通过添加植酸酶将其释放。

玉米还含有一定数量的不溶性NSP，这些NSP也可能被木聚糖酶裂解。来自乙醇工业副的产品（玉米基或小麦基干酒糟可溶物）含有较高水平的NSP，因添加木聚糖酶而使其价值得到提升。

大豆的营养价值可因添加植酸酶（分解植酸）、木聚糖酶（降解纤维）以及蛋白酶（减少抗营养因子）而得到提高。

因此，每种酶的作用模式可能具有加性效应。添加多种、现有的酶可能比添加单一的一种酶释放出更多的营养，同时能够更多地降低饲料中抗营养因子的不良作用。

Nortey等（2007）的研究表明，日粮中磷的消化率在添加植酸酶或木聚糖酶后得到了提高，但当同时在小麦型日粮中添加这两种酶后能得到最大的提高（图1）。

这项研究还表明，植酸酶和木聚糖酶能够改善能量和赖氨酸的回肠消化率。这表明多种复合酶在提高单一营养物质消化率水平上远甚于其单独的功效。

植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶的作用模式存在互补性，应该能在不同饲料原料间产生更一致的结果。此外，在饲料原料的质量较差或多变时，这些反应将更强烈。

6　结论

鉴于人类对食品需求的不断增长以及长期以来资源缺乏不断加剧，对动物生产而言，为了满足全球不断增长的需求，更好地利用所有可利用的饲料原料将是至关重要的。

由于饲用酶能够为可持续动物生产提供一个重要的潜在解决方案，因此它的应用应运而生。酶不仅能够提高昂贵营养物质的利用率，而且可以通过降低抗营养因子（ANFs）的不良作用来提高动物的生产性能，因而，有利于降低动物生产成本。

最后，酶能够减少矿物质、氮和碳的潜在排泄，这些物质在品质较差的饲料原料中含量较高。

一般情况下，多种酶联合应用时，酶的功效将更显著。

新一代和改良型酶将会不断涌现。现在和将来，所有形式的动物生产都将从不断创新的酶技术及其应用中受益。□□

原题名：Feed enzymes support the challenge of growing food demand （英文）

原作者：Howard Simmins博士（InSci公司）和Ajay Bhoyar博士（Novus国际公司全球市场高级经理）

中图分类号：S815

文献标识码：C

文章编号：1001-0769(2016)05-0055-03

译者简介：赵瑜（1983.12- ），男，硕士，现就职于信阳农林学院牧医工程学院，主要研究方向为畜禽科学饲养与疾病防治。E-mail：zhaoyu1213@163.com。