飼用復(fù)合酶的現(xiàn)狀與發(fā)展

付文友 · 發(fā)表于 2009-5-5 17:09:12

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飼用復(fù)合酶的現(xiàn)狀與發(fā)展

飼用復(fù)合酶是一類新型的活性飼料添加劑，其主要功能因子為蛋白酶、淀粉酶等消化性酶，以及纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、果膠酶等非消化性酶 (即非淀粉多糖水解酶) 。在飼料中添加后，能明顯提高動(dòng)物的消化率和飼料轉(zhuǎn)化率；提高日增重，降低料肉比；增加動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)攝入，縮短生長(zhǎng)周期；并能擴(kuò)大粗飼料的使用量，降低飼料成本；還有防病和減少環(huán)境污染等作用，無(wú)任何副作用，被譽(yù)為真正的綠色添加劑，投入產(chǎn)出比在1：10以上，是飼料添加劑領(lǐng)域最有發(fā)展前景的產(chǎn)品。
一、飼用復(fù)合酶的發(fā)展歷史
酶作為添加劑用于動(dòng)物飼料是近50年的事。1958年美國(guó)華盛頓州立大學(xué)的Mc Ginness等人發(fā)現(xiàn)，用水浸泡谷物飼料能使21日齡的肉用仔雞增重提高10-15%。這個(gè)結(jié)果被認(rèn)為與飼料本身酶的作用有關(guān)(谷物浸泡后，可刺激產(chǎn)生大量水解酶)。然而，這個(gè)時(shí)期的一些動(dòng)物生理學(xué)家曾擔(dān)心，添加外源酶會(huì)破壞內(nèi)源或者抑制內(nèi)源酶的產(chǎn)生，加上當(dāng)時(shí)人們對(duì)酶的制取及使用方法都不太清楚，試驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定，沒(méi)有引起動(dòng)物學(xué)家的注意。直到1975年，美國(guó)Kemin公司推出了商品飼用酶，使飼用酶的研究進(jìn)入了相對(duì)穩(wěn)定的階段。八十年代的大量研究表明，外源酶的添加不僅不會(huì)破壞或抑制內(nèi)源酶，而且能促進(jìn)動(dòng)物的消化吸收，從而肯定了酶在飼料中的作用。1985年，芬蘭飼料酶國(guó)際有限公司(簡(jiǎn)稱FFI)首次在以大麥為基礎(chǔ)的家禽飼料中添加β-葡聚糖酶。1988年，Cultor和SuomenRehu在飼用酶的應(yīng)用研究上取得了突破性進(jìn)展，首先證明了復(fù)合酶的效果明顯優(yōu)于單一的β—葡聚糖酶；其次成功地將酶穩(wěn)定化，確保酶在經(jīng)過(guò)制粒過(guò)程后仍然保持高活力。接著FFI公司在飼料酶領(lǐng)域又有一系列的革新，于1989年開(kāi)發(fā)了適用于以大麥為基礎(chǔ)日糧的仔豬飼用酶，1990年開(kāi)發(fā)了適用于不同動(dòng)物以及不同飼料的復(fù)合酶產(chǎn)品。1991年證明了飼用復(fù)合酶能減少污染和改善環(huán)境，建立了酶在豬和家禽體內(nèi)的作用模式，1994年新系列的家禽酶問(wèn)世。
我國(guó)飼用酶的研究可追溯到20世紀(jì)七十年代，曾進(jìn)行過(guò)酶曲的生產(chǎn)并應(yīng)用于飼料，但由于技術(shù)路線欠妥，加上當(dāng)時(shí)飼料工業(yè)體系的尚未形成，國(guó)內(nèi)外關(guān)于酶制劑的活性、穩(wěn)定性、測(cè)試方法的研究都未成熟，飼用酶的研究沒(méi)能形成氣候。到了20世紀(jì)八十年代后期，國(guó)內(nèi)飼料工業(yè)已有較大發(fā)展，科技進(jìn)步，特別是生物技術(shù)迅速發(fā)展，使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到酶作為生物化學(xué)反應(yīng)催化劑在動(dòng)物飼養(yǎng)中的重要作用，引起了國(guó)內(nèi)科技工作者的重視。改革開(kāi)放后，國(guó)外飼用酶產(chǎn)品先后進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，如“八寶威”(美國(guó))、“愛(ài)維生”(芬蘭)、“保安生”(芬蘭)，其獨(dú)特的優(yōu)越性，開(kāi)始為飼料界接受。從八十年代后期到九十年代，飼用復(fù)合酶的研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用，在我國(guó)是同步進(jìn)行的，并得到了高度重視。在“八五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目中列出了《飼用復(fù)合酶制劑的研究》、《植酸酶研究與開(kāi)發(fā)》等課題，取得了可喜的進(jìn)展。
二、飼用復(fù)合酶的作用
動(dòng)物飼料中使用復(fù)合酶的主要目的是為了提高飼料和養(yǎng)殖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，飼用復(fù)合酶應(yīng)用于動(dòng)物或飼料中有以下方面的作用：
1、
補(bǔ)充動(dòng)物內(nèi)源酶的不足，提高動(dòng)物的消化能力
由于不同動(dòng)物生理上的差異，不同動(dòng)物消化道中的酶系不同，有些動(dòng)物腸道內(nèi)分泌的酶數(shù)量很有限，再加上飼料在消化道停留的時(shí)間很短，如雞4小時(shí)左右，魚(yú)4-7小時(shí)，所以飼料中的營(yíng)養(yǎng)成分并不能完全被吸收利用，有相當(dāng)大的部分作為糞便排出體外，如草魚(yú)，對(duì)魚(yú)粉的消化率為44%左右，對(duì)其中蛋白質(zhì)的消化率為62%，添加復(fù)合酶能大大提高動(dòng)物消化能力；幼年動(dòng)物分泌的內(nèi)源酶較少，而且酶系不全，在飼料中添加復(fù)合酶可彌補(bǔ)內(nèi)源酶的不足；處于病理、應(yīng)激狀態(tài)的動(dòng)物，內(nèi)源酶分泌發(fā)生障礙或分泌減少，需要在飼料中補(bǔ)充復(fù)合酶，才能使動(dòng)物正常生長(zhǎng)發(fā)育，提高抗病能力。
2、
提高飼料利用率和轉(zhuǎn)化率
由于植物細(xì)胞壁中含有大量的纖維素組成的微纖維埋在木質(zhì)素、半纖維素和果膠的連續(xù)相之中，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且復(fù)雜的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，加工粉碎只能打碎部分細(xì)胞壁，還有相當(dāng)多的植物細(xì)胞壁完整無(wú)損，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包在其中難以被動(dòng)物消化吸收，飼用復(fù)合酶產(chǎn)品中含有一些屬于動(dòng)物自身不能合成的酶，如纖維素酶、半纖維素酶(包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶等)、果膠酶等非淀粉多糖水解酶，這些酶可以破解植物細(xì)胞壁，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)更好地被吸收；分解纖維、半纖維素、果膠后可產(chǎn)生動(dòng)物能利用的單糖，提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；飼用復(fù)合酶還能促進(jìn)飼料中抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)(如大麥中的β—葡聚糖、黑麥中的戊聚糖)的分解，減輕這些物質(zhì)對(duì)動(dòng)物消化系統(tǒng)的損害作用；半纖維素和果膠部分溶于水后，會(huì)產(chǎn)生粘性溶液，增加消化物的粘度，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)源酶難以擴(kuò)散，添加復(fù)合酶可降低食糜粘度、促進(jìn)消化吸收。
3、
緩解飼料資源短缺，開(kāi)發(fā)新飼料資源
解決飼料資源短缺不外乎開(kāi)源和節(jié)流兩種方法。開(kāi)源即開(kāi)發(fā)新飼料資源，尤其是非常規(guī)飼料資源，節(jié)流即提高現(xiàn)有常規(guī)飼料資源的利用率，飼用復(fù)合酶在這兩個(gè)領(lǐng)域內(nèi)均大有用武之地。
4、
節(jié)約蛋白資源，降低飼料成本
應(yīng)用飼用復(fù)合酶，可在家畜飼料中使用價(jià)廉的蛋白質(zhì)飼料原料，而不影響生產(chǎn)性能。仔豬或雛雞的蛋白質(zhì)需求量大，但由于消化道發(fā)育不完全，蛋白質(zhì)消化能力不強(qiáng)，在其日糧中常需使用優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料，如魚(yú)粉或乳制品，使用純植物蛋白飼料往往易導(dǎo)致消化不良。使用復(fù)合酶后，可提高無(wú)魚(yú)粉飼料的消化率，避免消化不良和生長(zhǎng)速度降低，并可節(jié)約動(dòng)物蛋白質(zhì)資源，降低飼料成本。
5、
減少飼料加工環(huán)節(jié)，提高經(jīng)濟(jì)效益
在幼畜飼料中，常對(duì)某些飼料進(jìn)行加熱、研磨、壓片與膨化等加工處理，以提高飼料的消化率與適口性。使用復(fù)合酶后可減少或不使用這些常用的加工環(huán)節(jié)，降低加工費(fèi)用。
6、
減少環(huán)境污染
使用復(fù)合酶可大大減少畜禽排泄物中的有機(jī)物，從而大幅度減少它們對(duì)土壤和水體的污染。環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)和一些國(guó)家法律上的限制，從客觀上促進(jìn)了飼料和養(yǎng)殖業(yè)廣泛應(yīng)用飼用復(fù)合酶。
三、飼用復(fù)合酶的生產(chǎn)方式與產(chǎn)品類型
1、
生產(chǎn)方式
①?gòu)?fù)配法
是國(guó)外普遍采用的生產(chǎn)方式。先通過(guò)液體大罐法分別生產(chǎn)單一種酶，然后根據(jù)需要復(fù)配一種或幾種其它酶。再加一定的載體或稀釋劑稀釋而成。液體生產(chǎn)法自動(dòng)化程度高，但生產(chǎn)條件要求嚴(yán)格，設(shè)備投資大。產(chǎn)品制作成本高。這種方式目前還不適合中國(guó)國(guó)情。
②固體發(fā)酵法
是國(guó)內(nèi)復(fù)合酶的主要生產(chǎn)形式，它是接種高產(chǎn)酶菌株在麩皮、蔗渣、秸桿粉等固體基質(zhì)上通過(guò)淺盤或通風(fēng)發(fā)酵，將發(fā)酵基物直接干燥而成，具有投資少、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但存在勞動(dòng)強(qiáng)度較大，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)管理要求很高(否則容易出現(xiàn)生產(chǎn)不穩(wěn)定現(xiàn)象)等缺點(diǎn)。
它有如下幾種方式及特點(diǎn)：
a.發(fā)酵時(shí)，采用單一菌株發(fā)酵。發(fā)酵容易控制。但酶組成單一，功能不強(qiáng)
b.發(fā)酵時(shí)，也采用單一菌株發(fā)酵，再?gòu)?fù)配一定種類、一定量的純酶制劑。其酶組成有所改善，但成本高，增大投入。
c.采用兩個(gè)以上菌株分別發(fā)酵，再按一定比例將它們復(fù)配而成。特點(diǎn)是酶組成較全面，但由于復(fù)配系數(shù)大，彼此稀釋后酶活性下降多，功能也不強(qiáng)。
d.多菌株混合固體發(fā)酵法
是將不同的高產(chǎn)酶菌株同時(shí)接種發(fā)酵，在發(fā)酵時(shí)，讓每一個(gè)菌株最大產(chǎn)酶性能發(fā)揮出來(lái)，生產(chǎn)出的酶不僅組成全面、活性高、功能強(qiáng)，而且成本也較低，應(yīng)用效果好。但有很高的技術(shù)難度。國(guó)內(nèi)僅有與華農(nóng)大合作的武漢萬(wàn)達(dá)生物有限公司擁有這方面的成熟技術(shù)。
2、
飼用復(fù)合酶的產(chǎn)品類型
國(guó)內(nèi)外飼用酶產(chǎn)品主要是復(fù)合酶，主要有以下類型：
①
以蛋白酶、淀粉酶為主的飼用復(fù)合酶。此類酶制劑主要用于補(bǔ)充動(dòng)物內(nèi)源酶的不足。
②
以β—葡聚糖酶為主的飼料復(fù)合酶。此類酶制劑主要用于以大麥、燕麥為主要原料的飼料，其主要作用是消除大麥中的β—葡聚糖等抗?fàn)I養(yǎng)因子，在北美、歐洲應(yīng)用廣泛。
③
以纖維素酶、果膠酶為主的飼用復(fù)合酶。這類酶主要由木霉、曲霉和青霉直接發(fā)酵而成，主要作用是破壞植物細(xì)胞壁，使細(xì)胞中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放出來(lái)，增加飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并能降低胃腸道內(nèi)容物的粘稠度，促進(jìn)動(dòng)物消化吸收。
④
以纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡聚糖酶、果膠酶為主的飼用復(fù)合酶。它綜合以上各酶系的共同作用，具有更強(qiáng)的助消化作用。武漢萬(wàn)達(dá)生物工程有限公司生產(chǎn)的萬(wàn)達(dá)福牌飼用復(fù)合酶屬此類型。
四、飼用復(fù)合酶的質(zhì)量要求
1、
要求酶系全面
飼料品種較多，但是主要由植物性原料組成。它們含有蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等多種成分，因此，一種強(qiáng)功能的飼用復(fù)合酶首先應(yīng)適應(yīng)飼料成分復(fù)雜性的要求，含有多種水解酶類，尤其是非淀粉多糖水解酶，如纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果膠酶等，因?yàn)閯?dòng)物缺少這些水解酶類，這些物質(zhì)又是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分，是阻礙動(dòng)物消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要抗性因子。
2、
要求有較高的酶活性
理論上，一個(gè)酶分子可以一個(gè)一個(gè)地分解眾多個(gè)底物分子，但酶的作用效率隨催化時(shí)間延長(zhǎng)和環(huán)境影響會(huì)逐步下降，且飼料在動(dòng)物腸胃道的停留時(shí)間是有限的，因此，要求產(chǎn)品中酶有效含量較高。
3、
要求產(chǎn)品中酶能適應(yīng)動(dòng)物腸胃道環(huán)境
要求產(chǎn)品中各種酶能耐受胃液酸度在PH3，甚至PH3以下不受影響，并在37-40℃發(fā)揮作用(動(dòng)物的消化溫度在此范圍內(nèi))
4、
要求有較高的熱穩(wěn)定性
飼用酶在自身生產(chǎn)加工中要有較強(qiáng)抗逆性，而且要能耐受飼料制粒過(guò)程中的高溫過(guò)程和在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持活力。
5、
要求有一定的細(xì)度
飼料酶在飼料中添加量較少，要預(yù)混均勻，顆粒大小要求在40目以下。
五、萬(wàn)達(dá)福牌飼用復(fù)合酶的優(yōu)勢(shì)
1.
技術(shù)上的創(chuàng)新與突破
國(guó)外飼用復(fù)合酶一般采用復(fù)配法生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較高，國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)價(jià)格更高，同時(shí)其酶系并不完全，國(guó)內(nèi)飼用復(fù)合酶主要由微生物發(fā)酵法生產(chǎn)，從這些酶的生產(chǎn)菌株來(lái)看，一個(gè)菌株僅有某些酶活較高，都不能滿足飼料方面萬(wàn)分復(fù)雜性的需要。
本研究采用了多菌種混合固體發(fā)酵法，保證了酶組成的多樣性，并由發(fā)酵基物直接干燥后，經(jīng)后處理而成復(fù)合酶產(chǎn)品，去掉了酶的提取過(guò)程，生產(chǎn)周期短，成本低，而且對(duì)酶的破壞程度小。微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中分泌的維生素、未知生長(zhǎng)因子等其它有益成分也保留下來(lái)。產(chǎn)品價(jià)格、酶活性與進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)同類產(chǎn)品相比都有明顯優(yōu)勢(shì)。
2、技術(shù)水平
技術(shù)依托華中農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)酵工程室于八十年代初開(kāi)始從事食品復(fù)合酶制劑的研究，并成功的用于豆奶粉、啤酒、醬油、果汁的生產(chǎn)，九十年代初已系統(tǒng)地轉(zhuǎn)入飼用復(fù)合酶的研究，取得較好的成果，有關(guān)菌株的研究獲國(guó)家教委科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。為使這一技術(shù)更好地服務(wù)于飼料業(yè)，現(xiàn)已在本公司投資批量生產(chǎn)萬(wàn)達(dá)福牌系列飼用復(fù)合酶，生產(chǎn)的產(chǎn)品飼喂動(dòng)物效果非常明顯。產(chǎn)品優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品，主要體現(xiàn)在：
⑴酶活力高于同類產(chǎn)品。例如：FFI公司肇慶分裝廠酶活力指標(biāo)為：木聚糖酶12800u/g、淀粉酶240u/g、蛋白酶80 u/g、纖維素酶640 u/g、β-葡聚糖酶3200u/g、果膠酶1000 u/g，而萬(wàn)達(dá)福牌系列產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的酶活力分別不低于為(木聚糖酶)15000 u/g、(淀粉酶)200 u/g、(蛋白酶)1500 u/g、(纖維素酶)800 u/g、(β-葡聚糖酶)5000 u/g、(果膠酶)2000 u/g。
⑵通過(guò)菌種誘變及培養(yǎng)條件的設(shè)計(jì)，提高了酶的熱穩(wěn)定性。目前市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品在飼料熱制粒過(guò)程中酶活力損失在50%以上，高的甚至達(dá)80%，我們的產(chǎn)品熱制粒過(guò)程中酶活力損失則小于40%。
⑶產(chǎn)品通過(guò)特殊的殺菌處理，殺滅了產(chǎn)品中的細(xì)菌和霉菌，而酶活不受影響，衛(wèi)生達(dá)到食品級(jí)的要求。
⑷開(kāi)發(fā)了系列產(chǎn)品，以滿足不同的動(dòng)物種類及其不同生長(zhǎng)期的需求。
六、飼用復(fù)合酶的發(fā)展趨勢(shì)與前景
飼用復(fù)合酶是飼料工業(yè)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。目前飼用復(fù)合酶已經(jīng)歷了從直接應(yīng)用于飼料工業(yè)到根據(jù)飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的特點(diǎn)出發(fā)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)專用復(fù)合酶產(chǎn)品的變化。下一步將以適合中國(guó)飼料工業(yè)發(fā)展的飼用復(fù)合酶產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為熱點(diǎn)，如現(xiàn)今我國(guó)仍以玉米—豆粕型日糧為主，但隨著種植業(yè)由糧食——經(jīng)濟(jì)作物向糧食——飼料——經(jīng)濟(jì)作物三元結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，飼用大麥、小麥、薯類等飼料作物種植面積將會(huì)增大。節(jié)糧型草食動(dòng)物也會(huì)大大發(fā)展，與此相適應(yīng)的飼用復(fù)合酶將應(yīng)運(yùn)而生。另外，產(chǎn)品的形式和后處理技術(shù)也將出現(xiàn)新的變化。目前國(guó)產(chǎn)飼用復(fù)合酶大都是粉劑，在飼料中直接添加，這樣的形式將會(huì)延續(xù)下去，但耐高溫后處理技術(shù)和定點(diǎn)釋放技術(shù)將更受重視。此外，液態(tài)飼用復(fù)合酶的開(kāi)發(fā)也將成為今后發(fā)展趨勢(shì)。在飼用復(fù)合酶的應(yīng)用對(duì)象方面，也將會(huì)向除豬、雞、鴨等以外的其它經(jīng)濟(jì)動(dòng)物全面拓展，其應(yīng)用非常廣闊。