左手抓研究，右手抓应用，建立酶制剂技术应用体系——访华南农业大学动物科学学院左建军教授

《广东饲料》杂志编辑部 李朝云

2020 年的畜牧养殖业困难不减、挑战升级，在非洲猪瘟与新冠肺炎疫情的双重压力下，我们迎来了中国饲料的“禁抗元年”。针对饲料禁抗后的动物生产问题，替抗成为当前行业研究的热点和焦点。对于广义的替抗，目前行业普遍认为：没有一个单一产品或单一措施能完全替代抗生素的作用，替抗需要整体解决方案，而维护肠道健康则是所有替抗方案的核心！对于狭义的替抗，即替抗技术或产品的研发应用，行业普遍认可的几种抗生素替代品有：有机酸、益生菌、酶制剂和植物提取物。

近日，《广东饲料》杂志社有幸采访了华南农业大学动物科学学院左建军教授，他一直主要从事动物肠道健康和酶制剂相关研究，在维护肠道健康、酶制剂应用体系构建方面有很深的造诣。左教授指出，维护肠道健康要从母子代营养一体化设计、保持肠道年轻态及饲料源有害因子控制等八大方面着手；酶制剂作为行业认可的替抗产品，后处理技术与国外先进水平还存在一定差距；企业提高研发意识，高校提高开放型，学子沉心服务产业，将助力酶制剂产业蓬勃发展。

1 维护仔猪肠道健康，从源头减少抗生素依赖

《广东饲料》：仔猪肠道健康一直是行业关注的焦点，请您谈谈饲料禁抗背景下，如何维护仔猪肠道健康？

左建军教授（以下简称“左”）：在禁抗元年、产业结构调整这一特殊节点，饲料禁抗后行业将面临动物生产效率降低、免疫力下降等问题。消化道是机体营养消化器官，还是最大的免疫器官，以肠道健康作为切入点研发相应的替抗技术和产品筛选是饲料无抗时代一个重要方向。

总结起来，维护肠道健康有八个方面。首先，推行子代营养一体化，通过母源控制来消除母源抗营养因子或者有毒有害物质对后代的安全隐患。如成年动物对黄曲霉毒素的耐受范围15μg/L，但幼龄动物的耐受性相对较差。饲料厂前期料原料一般非常优质，母源毒素就成了危害幼龄动物比较大的因素，经我们市场调研发现母乳中确实存在霉菌毒素危害问题。第二个方面，保持肠道年轻态。肠道作为机体的一个重要的器官，肠道生理状态尽可能维护好，对于肠道健康有积极作用。第三，建立基于肠道健康的营养需要模型和营养供给方案。其营养供给需要基于整体、突出特点。第四，饲料源有害或抗营养成分控制。饲料中的抗营养因子会造成肠道损伤，酶制剂消除抗原因子的作用不可小觑。第五，激发机体抗损能力、提高自身免疫能力。针对性添加功能性多糖等可上调动物免疫功能相关因子分泌表达、有效支持维护肠道健康状态。第六，肠道渗透压平衡维持。如果肠道健康出现问题，肠腔内渗透压平衡打破，会出现高渗环境，体内的水分进入到肠腔内，导致粪便或者食糜水分含量高，严重时腹泻。第七，肠道损伤进程阻断，即代谢过程中有害代谢因子的控制。以仔猪断奶为例，断奶造成的心理应激会导致代谢紊乱，比较直接的影响是自由基大量产生。断奶前总自由基大概是三千多（mol/L）的水平，断奶之后可能达到五六千（mol/L）。而高水平的自由基一般不能通过维生素消除，需要通过中间作用阻断。第八，肠道损伤修复。对急性损伤问题的弥补性修复，氨基酸、小肽有积极作用。

《广东饲料》：饲料禁抗后，替抗产品层出不穷，在维护仔猪肠道健康方面，哪些替抗产品有比较好的应用效果？

左：现在大家谈的替抗主要是针对添加剂产品的研发和筛选，是狭隘的替抗。从这个角度来谈，根据我们的研究及市场交流的信息来看，酸化剂认可度较高，应用广泛。酶制剂也是非常重要的替抗方向，特别是第四代酶制剂，以葡萄糖氧化酶为代表有直接替抗效果。微生物发酵产品应用也较多，这类产品本身比较复杂，衍生出来很多子产品。比较热门的有抗菌肽，但国家对抗菌肽产品顾虑较多，并没有完全放开。另外，植物提取物也表现出比较好的替抗效果。这些常用的替抗类添加剂，酸化剂单独使用比较多，酶制剂和植物提取物配合使用效果比较好。行业普遍共识是，替抗产品很难达到效果，替抗还是一个系统工程。

《广东饲料》：您的团队一直致力于酶制剂的研究，在替抗方面，酶制剂有哪些作用？

左：抗生素作用有很多，归纳起来无非两方面，一是杀菌、灭菌保护肠道健康，这是核心作用；二是促生长。谈起酶制剂替抗，有部分质疑的声音：有蹭热度，哗众取宠之嫌。其实，酶制剂替抗主要从三个方面起作用。首先，它可以消除抗营养因子，减少对抗生素依赖。替抗需求有多大在于早期对抗生素的依赖有多大，企业现在面对的替抗压力也就有多大。其次，在早期消化酶基础上衍生出了功能性酶，这些有直接的杀菌、抑菌作用，比如葡萄糖氧化酶、溶菌酶等。第三，酶制剂作用后产生的代谢产物，如寡糖、寡肽类有积极的营养和生理调控作用。

《广东饲料》：请问如何做好替抗的产品之间配伍？

左：替抗产品与抗生素一样，也存在耐药性问题。虽然现阶段还没有充分证据，但从生物学角度，生物适应性肯定存在。针对这个情况，很多企业做得比较好，他们一般通过多个配伍方案轮换使用来尽量减少耐药性隐患。至于产品间的拮抗是相对而言，比如活菌制剂和抗生素的使用本就矛盾，但是这个矛盾是相对的，因为抗生素能针对性杀菌。现阶段我国替抗产品的技术短板是后期加工，后处理做好了，可以通过程序化释放来回避不同产品的拮抗问题。

2 重视酶制剂后处理技术，打造企业核心竞争力

《广东饲料》：市场上有一些反馈：葡萄糖氧化酶使用后产生的过氧化氢会产生副作用。您怎么看待这个问题？

左：过氧化氢作为一种氧自由基，传统上将它定性为有害物质。但它有两面性，不能盲目否定，就大家比较熟悉的同属于自由基的一氧化氮而言，它同时具有类激素作用，同样的，小环境下适当浓度的过氧化氢有抑菌、杀菌作用。从另一个角度看，机体氧化还原平衡是一种平衡状态，过氧化氢等自由基对平衡状态的维持有支撑作用，少了它们也会对机体带来损害。有些企业在尝试研发过氧化氢作为添加剂，理论上可行，但是技术难度较大，主要是量的控制。一旦过量就会打破机体氧化还原平衡，把机体从还原态转变到氧化态。

《广东饲料》：酶制剂市场存在哪些问题？您对此有什么建议？

左：从竞争模式来讲，目前酶制剂市场竞争以规模取胜占主导。国内企业靠量取胜，国外企业在国内市场已不占优势。但与国外先进技术相比，后处理、精加工技术是我们的短板。比较典型的案例，国外某企业蛋白酶是酶制剂行业的代表，很多企业在研究他们的产品。可是质谱检测成分并无特别，酶活检测结果也比较低，但是仿制后均无法达到同样的效果，说明他们的产品确实有过硬的技术含量。

从产业技术来讲，除了后加工技术的提升，还有建立酶制剂参数体系也有重大意义。

从行业规范来讲，酶制剂行业标准化实施难度大。比如说蛋白酶有很多种，结构不一样，针对性也不一样，所以笼统对所有蛋白酶标准化很难准确反映不其作用和理化特性。另外，如果标准化做不好会带来更多不公平的问题，因为标准会更倾向于拟合性比较高的企业的产品。我们也一直在思考，能否跳出现阶段标准的思维框架，比如酶活力指标的测定，选择这一类酶的敏感靶标来反应的生物效应来评价，这种代表性可能更强。

《广东饲料》：酶制剂种类众多，请您谈谈酶制剂的筛选标准？

左：酶制剂标准化还没有很好地解决，因为酶的复杂性导致标准化难度高。生硬地用一个标准去评价一类酶不够准确。企业可以建立自己比较熟悉的筛选评价体系。比如说比较常用的酶活力测定，大家认为酶活代表性不够，但是它作为理化特性评价指标非常必要。然而企业必须明确测酶活力的评估角度和目的。第一，当现场试验效果比较好，对这种酶比较认可的前提下，酶活力是为了去评估产品批次的差异性。第二，产品稳定性的评价。虽然在酶制剂产品推出市场前都会做稳定性改造和评估，但不同企业提供的产品存在差异。比如第三代植酸酶在80℃左右可以维持80%～90%的酶活，但是前几代植酸酶只能达到50%～60%。第三，酶制剂的有效性评价。比如对消化酶的评估做活体消化代谢实验当然好，但是存在几个方面的局限性。首先是时间的局限性，实验周期一般需要半个月，如果是评价体系的储备性研发可以接受，但如果是做应激实验，这个周期太长。所以，针对这个问题，可以选择做体外消化试验。有人会认为体外消化试验反应不了真实情况，但我认为有重要的参考价值。有时候体外反应的结果甚至比体内更真实，因为动物生产试验干扰因素过多。另外，对于酶制剂的评价，我有一些建议。首先，做酶活力评价时，企业应选择自己的原料去做评估，如果用标准化底物去评价存在代表性不好的问题。其次，如果有条件也可以结合一些模式细胞或动物。在前期没有准备的情况下盲目开展动物养殖试验，反而会产生误导，因为影响因素太多。除非像温氏，以前评估一个产品做3～4 个试验，现在做7～8 个试验，然后做概率分析，比如有效果的概率多少、改善15%效果的概率有多少。否则做一次试验就判断有效与否，可信度不大。使用细胞模型比动物生长试验更直接，周期更短。使用模式动物的优点是遗传性好，环境可控性强，便于放大观察酶制剂的功能作用。当然最后要回到养殖动物上做验证，但是在投入生产应用前做一些铺垫性工作，对于养殖试验的真实性、有效性和效率有很大的价值。

3 多方协作，促进产学研更好落地

《广东饲料》：酶制剂研发存在哪些技术瓶颈？

左：首先，酶的筛选。酶品种丰富，但是面临筛选难度大，或者筛选出来也达不到工业化生产需求。第二，酶的特性改造问题，包括稳定化和发酵效率的改造。因为我们行业受成本制约比较明显，酶的发酵效率决定它是否能实现工业化。第三，从产物到产品设计还有很多技术需要突破，涉及到载体、填充剂的选择，这一块容易被忽略。第四，精准使用的问题。现阶段酶制剂的使用比较粗糙，远达不到精准。主要从酶解程序化去突破，一是通过包被等技术实现定向酶解。复合酶的效果比单一酶效果好，但是复合酶有序发挥作用需要合适的时间和空间，如果只是简单的混合添加是多种酶制剂混战的局面，作用效率不高。如何实现多种酶制剂在体内有序化作业，就需要我们通过后处理，比如包被，让多种酶程序化作用。这对于我们来说难度比较大，因为对于包材技术我们的理解和掌握比较局限、成本限制也不可忽略的一个方面。二是通过定向酶解将有害产物转化功能型产物，从这种角度去提升酶制剂的功效。深入研究发现，国内外产品最大的差距就在于，优质产品的后处理不是简单的包材，还涉及到佐剂的选择和使用。比如葡萄糖氧化酶需要一定的葡萄糖浓度才能发挥作用，如果在幼龄动物早期消化不良的情况下，葡萄糖不足，葡萄糖氧化酶的效应不能充分发挥，优质产品适当搭配补充葡萄糖来提高葡萄糖氧化酶的酶解效应，把产品发挥作用的条件也一起做进去，让它的生物学效应发挥到最大。

《广东饲料》：酶制剂的理论效果与实际应用之间的差距可以通过哪些途径来解决？

左：现阶段来讲，还是靠大数据来解决。有条件的企业，可以通过多次试验来消除影响因素带来的误差。对于条件相对不足的企业，数据来源可以多样化，可以查阅文献总结别人的研究数据，在此基础上去修正。

《广东饲料》：在酶制剂的研发和应用中，是否存在产学研落地难的问题？

左：酶制剂产业上游企业自主研发、参与度不够，菌种一般靠买，以前是买国外的，现在是买国内科研院所的。上游的科研院所做菌的筛选、酶制剂改造后，直接卖给企业。原因一方面是上游的研究团体开放性不够，认为企业没参与的必要。长此以往，企业形成了惰性。另一方面，企业研发条件受限，因为这块属于基础性研究，对技术要求高，研发成本高。再者，我国在单位功能分配上是基础性研发多由科研院所承担，企业更多承担转化和衔接。

下游的合作模式会多一些。一般模式是，企业提出课题立项，通过横向课题与高校科研院所合作。合作目的也各有不同，有的是因为自身条件受限联合科研院所做技术和体系评估。还有一种是希望通过与高校合作达到宣传效果。但项目合作的个人行为会多一些，两个单位层面的合作比较少。也有企业、高校共建平台的合作模式，比如共建研究院、设立研究中心等，这种模式存在的问题是企业投入和产出的期望值不对等，投少了不够支撑，投多了企业期望值相应会提高。

总的来说，受产业环境、各方面条件限制，企业和高校的合作存在紧密度不够、功利性强于技术提升需要、短周期行为等问题，一定程度上缺少从框架上长远规划的深度合作。

《广东饲料》：您认为如何让产学研更好地落地？

左：企业方面，企业对研发的重视程度是推进产学研非常重要的因素，企业对研发认识需要转变。规模大的企业已夺取市场主动权，认为资本运营和营销是最有效的方式，研发价值不大；小企业又不具备研发的条件和实力。再者是市场环境的影响，比如近两年的猪价行情让猪企基本不用考虑成本问题，只要把猪养出来就能挣钱。没有精细化控制成本压力的情况下，技术参数都是“身外之物”，这种特殊市场环境下，需求不明显，当然研发动力就不会足。

高校方面，我们还需要不断引导市场。这些年我们一直在搭建平台，每年组织召开饲料酶制剂的科技发展大会，目的也是为了宣传酶制剂的价值，加深企业对酶制剂研发必要性的认识。

还有“学”的方面，学生对酶制剂产业的认识需要调整。酶制剂在畜牧养殖业是比较小的一环，以前我们毕业大多数同学的就业方向是去饲料厂做配方，现在产业岗位门类已经逐渐细化，建议学生不要死盯着那几个配方师的岗位，随着企业的发展很可能一个饲料企业就一个配方师。

如何端正学生对酶制剂领域的认识，如何调动相关专业的学子学成之后对产业服务的积极性，也是企业和高校需要考虑的问题。

《广东饲料》：您前面提到的数据库的建立，那么现在有没有数据化共享平台？

左：这个暂时还很难，前期我们也有做，也非常希望大家能共建这样的平台。但是这项工作耗时耗力，做了大量的工作之后可能最后呈现出来的只有一个数据表格，无法支撑成果产出效率的需求。这让高校科研院所面临无法高效满足科研考核要求的问题，严重打击科研工作者在基础营养参数和数据库建设方面工作的积极性。而已经有数据储备的企业，共享数据的意愿不强，存在技术壁垒。而且这项工作投入很大，因为做一两个数据的意义也不大，需要很多时间、资金和精力。当然这个价值是很大的，需要国家政策支持，企业、科研院所共同努力。