酶制剂在家禽日粮中的应用

韩浩月 唐彩琰 韩浩月

摘  要：本文旨在回顾目前酶制剂在家禽日粮中的作用及其来源的科学信息。饲料成本是家禽生产中最大的单笔支出，可占每羽家禽总生产成本的70%。家禽行业从业者已经将酶制剂认定为一种标准的日粮（尤其是小麦-大麦型基础日粮）成分。酶是一种由氨基酸、维生素和矿物质组成的生物催化剂。它们可引发生化反应，而自身保持不变。家禽可自然生成酶来辅助消化饲料中的营养物质，但它们无法生成可以完全分解纤维素的酶，因此需要在饲料中添加外源性酶来帮助它们消化。根据应用目的，饲用酶基本上分为可在数量上补充单胃动物内源性消化酶（如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶）的酶和单胃动物自身无法分泌的酶（如β-葡聚糖酶、戊聚糖酶和植酸酶）。影响酶活性的因素包括底物分子中的特定降解位点、pH、温度以及催化剂或抑制剂。细菌、真菌和酵母是家禽日粮中作为酶来源的微生物。在家禽饲料行业，过去几年中已经使用过或具有潜在使用价值的酶制剂包括纤维素酶（β-葡聚糖酶）、木聚糖酶及其相关酶制剂、植酸酶、蛋白酶、脂肪酶和半乳糖苷酶等。在家禽日粮中添加酶不仅能提高家禽的生产性能和饲料利用率，还能减少排泄物引起的环境问题，包括降低肠道食糜的黏度、提高宿主（或内源性）酶的功效、改变饲料在消化道中的排空速度、影响排泄物的特性、改善垫料质量、释放养分、提供磷、增加可利用能量以及提高营养物质消化率等。在日粮中添加酶来改善动物的生产指标取决于多种因素，包括饲料原料的类型和数量、谷物中抗营养因子的水平——同一种谷物所含的抗营养因子水平也可能不同（例如，低β-葡聚糖大麦对高β-葡聚糖大麦）、所使用酶的作用范围和浓度、动物的类型（家禽比猪对酶制剂更加敏感）、动物的年龄（幼龄动物对酶的响应比大龄动物更好）、肠道微生物菌群组成情况以及家禽的生理状况。

关键词：家禽日粮;酶;微生物

中图分类号：S816 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2020）03-0017-03

在任何形式的家禽生产系统中，饲料成本都是家禽生产的最大单笔支出，可占到每羽家禽总生产成本的70%。家禽可自然分泌酶来辅助消化饲料中的营养物质，然而它们无法分泌可以完全分解纤维素的酶，这需要在饲料中添加外源性酶来帮助消化。植物含有一些动物无法消化或会阻碍其消化系统消化的化合物，这通常是因为动物无法生成可以降解这些化合物所必需的酶。营养师可以帮助动物识别这些难以消化的成分，并给它们补充合适的酶来助其消化。这些酶由出于该目的而精心选择并且在受控条件下培养的微生物分泌。家禽行业已经将酶制剂作为标准日粮的一个组成部分，尤其在小麦-大麦型基础日粮中。但是，许多问题仍待解决，例如：酶是如何在动物消化道中发挥作用的？动物的生长速度是否可以反映各种酶的功效？动物消化道中食糜的黏度、酶的功效和动物生长速度之间有什么联系？所有家禽日粮是否都需要添加酶？小麦和黑麦中阿拉伯木聚糖或戊聚糖的含量相对较高（小麦为50 g/kg～80 g/kg，黑麦为100 g/kg），这可能还会影响肉鸡的生产性能。单胃动物摄入非淀粉多糖会提高消化道中食糜的黏度，这会降低食糜在消化道中的排空速度，从而导致总采食量的减少、生产性能的下降、粪便黏稠以及所产蛋肮脏等问题。在日粮中添加酶可以降低非淀粉多糖的黏性，从而提高饲料的利用效率，改善粪便的质量，也可增加低成本饲料原料的使用比例。

1  酶

酶是由氨基酸、维生素和矿物质组成的生物催化剂。它们可引发生化反应，但能够保持自身不改变。在日粮中添加酶制剂不仅可以提高家禽的生产性能和饲料利用率，还可减少它们的排便量，从而减少环境污染问题。另外，酶是研究动物的生理机制和代谢机制的一个非常有用的工具。

1.1 酶的特性

1.1.1 酶分子中的特定降解位点

酶的重要特性是酶的催化反应速度会随底物浓度的增加而加快，因为底物的浓度越大，可以与活性位点结合的底物分子就越多，从而会形成更多的酶-底物复合物，直至酶的活性位点处于饱和状态。因此，我们需要根据底物的浓度计算所需的酶制剂的数量。

1.1.2 酸碱（pH）值

最适pH是指酶发挥最大催化能力时所需的pH。大多数酶的最适pH为7.0。具体来说，胃蛋白酶的最适pH为1.8，胰蛋白酶的最适pH为7.8。pH的高低会影响氨基酸活性位点上的电荷，因此该活性位点的特性会随pH的改变而改变，而底物可能不再与酶结合。例如，羧酸R基团在低pH下不带电荷（COOH），但在高pH下带电荷（COO-）。

1.1.3 温度

对于恒温动物来说，35 ℃～40 ℃是理想温度。温度每升高10 ℃，酶的反应速度就会加快2倍。酶和底物分子会拥有更多的动能，会更加频繁地发生碰撞，从而使更多的分子具有足够的能量来克服活化能。较高的温度会使酶变性。但是，有些酶在极端的温度下功效最佳，例如：北极积雪中的酶在-10 ℃下才能发挥功能，而嗜热细菌中的酶在90 ℃下能进行酶解反应。

1.1.4 催化剂/抑制剂的存在

抑制剂是指某些可以降低酶催化反应速度的分子。抑制剂可能是动物机体正常的代谢产物或外来物（药物和毒素）。抑制剂对酶的抑制过程可以是不可逆的，也可以是可逆的。能够产生不可逆抑制过程的抑制剂会与酶的必需基团以共价键的方式结合，无法通过简单的透析或过滤作用除去。这种结合可导致酶部分或完全丧失活性。能够产生可逆抑制过程的抑制剂与酶以非共价的方式结合，其特征是自由酶和与抑制剂结合的酶之间保持平衡。动物营养需要这些酶，其通常在40 ℃时有活性，并且在70 ℃～80 ℃（制粒温度）下耐受。

1.2 酶的来源

能够产生酶的微生物通常有：细菌（枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌）、真菌（长枝木霉、曲霉菌和曲霉）和酵母（酿酒酵母）（表1）。真菌可产生用于降解各种底物的酶。这些微生物有一个共同的特点，即可生成能够降解以高分子碳水化合物形态存在的植物细胞壁的酶。

1.3  酶的分类

根据应用的目的，饲用酶制剂基本上可分为：

① 可以在数量上补充单胃动物内源性消化酶的酶，如蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶。

② 单胃动物无法生成的酶，如β-葡聚糖酶、戊聚糖酶和植酸酶。

1.4  酶的稳定性

1.4.1 动物

为了维持酶的最佳活性，酶应该在pH低至2的胃中和pH高至6.5的肠道中均具有活性。动物消化系统中的温度显著低于激活酶活性的温度。

1.4.2 饲料

酶能够在制粒所需的80 ℃～85℃下经过1 min～2 min以及在飼料pH为5.5～6.5下保持活性。

（待续）

原题名：Review paper on enzyme supplementation in poultry ration（英文）

原作者：Mulisa Faji Dida