如何评价酶制剂在饲料行业中的应用效果

2017-01-08敬李晓洁宫官张维张

饲料工业 2017年4期

■李敬李晓洁宫官张维张雷

（1.AB Vista Asia Pte Ltd，新加坡 329682；2.辽宁省农牧业机械研究所有限公司，辽宁沈阳 110036）

近年来，饲用酶制剂在畜牧行业的应用非常广泛，但在畜禽日粮的应用中，如何选择合适的酶制剂品种和剂量仍存在很多问题[1]。目前，酶制剂厂家越来越多，产品质量良莠不齐，盲目性和随从性较为严重，导致人们对酶制剂的使用效果产生诸多质疑。然而，酶制剂的应用价值却是毋庸置疑的，它作为一类具有生物活性物质的蛋白质，对底物作用具有高效性和专一性，能有效降解饲料中抗营养因子，保证饲料品质，提高养分利用率，改善肠道微生物菌群结构、优化饲料配方等，这也决定了其在使用过程中的广阔前景[2-5]。酶制剂的使用效果是否能够最终体现在动物生产上，对于饲用酶制剂产品及其品质优劣的评估，目前仍具有很大程度的不合理性，因此，本文旨在于探讨饲用酶制剂的几种评估方法以及如何构建饲用酶制剂的评价体系，仅供使用者参考。

1 常见饲用酶制剂的评估方法

1.1 常规酶活检测

酶活检测指在一定的温度、pH值条件下对规定单一底物的转化能力。不同pH值、温度以及底物浓度都会影响酶制剂活力的测定值，并且市场上没有规范和统一酶制剂的执行标准，因此，造成同一酶种产品活力相差几十倍甚至上百倍。而各公司酶活检测标准的选择和建立则是根据自身的发酵水平、工艺控制以及实验室测定结果的准确性和重复性来决定的。常规来说，酶制剂活力的检测是评估酶制剂在发酵过程中的稳定性和均一性以及成品规格的指标。酶活检测的底物与饲料原料结构有着本质的区别，在不同底物作用下其酶活力不同（表1）[6]。因此盲目的追求酶活，单纯比较酶活的高低，而忽略它的酶组分和对饲料原料底物的作用效率，往往会使其在动物生产上的作用效果难以体现。

1.2 酶制剂的基本特性

任何一种酶制剂都存在固有的独特性，其分子量、理化特性、对底物的亲和力，以及酶制剂的激活剂和抑制剂都存在较大差异[7]。不同来源的木聚糖酶，其最适作用条件和动力学特性不同（如表2）[8-12]。通过酶制剂的最适pH值和温度可以评估酶制剂在不同pH值和温度下对底物的作用效率。酶促反应的化学动力学特性通常用Km(米氏常数)和Vmax来表示。Km值是指酶促反应速度达到最大反应速度一半时所对应的底物浓度，Km表明酶促反应效率的高低；Vmax是反应所能达到的最大速率，其值越大，表明反应的内在潜力越大。通常而言，Km越小，Vmax越大，表示酶和底物的亲和能力越强，同时它们也是产酶菌株筛选和优化的重要指标。

表1 来源于同一菌种的木聚糖酶T1和木聚糖酶T2的底物特性

表2 不同来源木聚糖酶的分子量，理化特性和动力学特性

1.3 酶制剂的稳定性

1.3.1 酶制剂的耐温性能

目前评价酶制剂产品的耐温稳定性主要有干热法、湿热法、直接制粒法。利用水浴或烘箱对酶制剂进行干热和湿热处理虽然操作简便，可快速得到酶制剂的耐温数据，但不同的试验设计所得到的耐温数据却千差万别，且制粒过程中的蒸汽和压力等参数往往难以进行模拟。因此实验室得到的数据常常不能真实反映酶制剂在实际制粒过程中的耐温性能。虽然，直接制粒法对于单位上存留酶活较低的产品，须加大添加量才能进行测定，易给饲料生产带来不便。然而目前，直接制粒法是评价酶制剂耐温性能最直接、最有效的方法。

1.3.2 酶制剂的耐酸性能

通常，酶制剂的耐酸性能需关注其对胃肠道环境的适应性和发挥作用的高效性。如果一种酶制剂在较宽的pH值范围具有较高的酶活保持率，并不易被胃蛋白酶、胰蛋白酶分解，那么这种酶制剂在一定pH值范围内能够较好的作用于底物，在动物胃肠道中能很好的发挥作用。当然也有一些酶制剂在特定的pH值范围内发挥作用，如食糜向后肠道移动时，植酸易与带正电荷的离子或集团（如钙、锌、带正电荷的蛋白复合物等）结合形成不溶性的植酸-钙-蛋白质等复合体，阻碍植酸酶的作用，这就要求植酸酶能在酸性环境下快速与植酸作用进而释放植酸中的磷[13]。因此，根据酶制剂在胃肠道环境中pH值的稳定性和广谱性进行选择，才能更好的评估其耐酸性能和应用效果。

1.4 酶制剂的应用效果

1.4.1 体外消化法

体外消化法是指将酶制剂与饲料预混后，模拟动物胃和小肠内消化环境，包括肠道温度、pH值，酶液等进行处理[14]，测定干物质以及还原糖的生成量。该方法在评价产品效果上存在很大的误区，酶制剂的应用效果与降解植物细胞壁所生成的还原糖含量无直接关系[15]。非淀粉多糖酶的应用主要体现在破坏植物细胞壁对营养物质的包裹作用，促进营养物质的消化吸收，生成低聚寡糖，改善肠道微生物菌群等，而非对纤维素或半纤维素的完全降解。低聚寡糖作为一种益生元，具有抗氧化和免疫调节的作用，能够促进有益微生物的繁殖，维护动物肠道健康[16]。很多研究发现与果寡糖（FOS）相比，木寡糖（XOS）具有更好的耐温和耐酸性能，并表现出优异的益生元作用，它能显著刺激双歧杆菌等有益微生物的增殖和后肠道的发酵，生成乳酸和乙酸等短链脂肪酸，促进肠道中矿物质的吸收，提高机体免疫机能，改善肠道健康。然而，XOS的益生元效果取决于寡糖的聚合度、分子结构、木糖和阿拉伯糖的比值以及肠道菌群的分布[17-21]。从图1中我们可以发现，不同来源菌种所产的木聚糖酶对底物的降解能力和生成的木寡糖种类存在较大的差异，Econase能将底物更多地降解为X2～X5等5以下聚合度的木寡糖，这些产物更有利于后肠道双歧杆菌的繁殖和短链脂肪酸的生成[22]。当木聚糖酶将植物细胞壁中的木聚糖更多地降解为戊糖时，肠道中微生物不能对其有效利用，会导致能量利用率的降低，增加有机物的排放，甚至引起动物腹泻，从而影响饲料转化率和动物的生产性能[23]。因此，仅利用还原糖生成量的多少来评价酶制剂在动物生长中的作用效果，并没有实际意义。

图1 不同公司木聚糖酶对木聚糖产物生成的影响

1.4.2 单胃动物仿生仪法

与传统体外消化法相比，单胃动物仿生消化仪更接近体内消化环境，操作简单、重复性好，可实现体外条件下简单模拟动物胃肠道消化饲料的过程[24]。仿生仪能有效模拟动物胃肠道环境和内源酶分泌变化等参数，但对食糜流动过程中引起的局部pH值环境变化，胃肠蠕动以及肠道微生物的分布，和对分解产物的吸收以及排出等很难进行模拟。然而，利用仿生消化仪测定酶制剂对饲料养分和能量利用率的影响，以及生成寡糖的种类等，可以在一定程度上反映酶制剂对饲料的作用效果。因此，它仅可以作为评估酶制剂作用效果的一种初级手段。

1.4.3 饲养试验法

动物种类及其饲养阶段不同，其消化道生理结构存在较大的差异。笼统模拟动物消化道环境，在实际应用中具有一定的局限性。普遍认为饲养试验是最贴近酶制剂实际作用效果的方法。虽然动物试验易受外界环境的影响，波动较大，且耗时长，但在同一养殖环境中进行严格的试验设计和数据统计，则是评价酶制剂优劣的最佳手段。对于使用者而言，目前评价饲用酶唯一有效的方法是将它添加到适合的饲料中来饲喂目标动物，以目标动物的生长性能来确定酶制剂的好坏。因此，饲养试验是最能体现饲用酶制剂在动物生产中的应用效果的有效依据。

2 如何构建酶制剂评价体系

饲用酶制剂的作用环境和降解的底物种类存在复杂和多变性，这使酶制剂在饲料生产中的应用非常独特。因此，构建饲用酶制剂的评价体系，需综合考虑以下几点：①所选的产品在饲料加工过程中能否耐受高温制粒；②在畜禽胃肠道环境下能否耐受酸性环境以及胃蛋白酶和胰蛋白酶的处理；③在胃或肠道中能否快速、高效地作用于底物；④产物的生成特点；⑤在动物试验上能否体现最大化的生产效益。