饲用复合酶的现状与发展

付文友 · 发表于 2009-5-5 17:09:12

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饲用复合酶的现状与发展

饲用复合酶是一类新型的活性饲料添加剂，其主要功能因子为蛋白酶、淀粉酶等消化性酶，以及纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、果胶酶等非消化性酶 (即非淀粉多糖水解酶) 。在饲料中添加后，能明显提高动物的消化率和饲料转化率；提高日增重，降低料肉比；增加动物营养摄入，缩短生长周期；并能扩大粗饲料的使用量，降低饲料成本；还有防病和减少环境污染等作用，无任何副作用，被誉为真正的绿色添加剂，投入产出比在1：10以上，是饲料添加剂领域最有发展前景的产品。
一、饲用复合酶的发展历史
酶作为添加剂用于动物饲料是近50年的事。1958年美国华盛顿州立大学的Mc Ginness等人发现，用水浸泡谷物饲料能使21日龄的肉用仔鸡增重提高10-15%。这个结果被认为与饲料本身酶的作用有关(谷物浸泡后，可刺激产生大量水解酶)。然而，这个时期的一些动物生理学家曾担心，添加外源酶会破坏内源或者抑制内源酶的产生，加上当时人们对酶的制取及使用方法都不太清楚，试验结果不稳定，没有引起动物学家的注意。直到1975年，美国Kemin公司推出了商品饲用酶，使饲用酶的研究进入了相对稳定的阶段。八十年代的大量研究表明，外源酶的添加不仅不会破坏或抑制内源酶，而且能促进动物的消化吸收，从而肯定了酶在饲料中的作用。1985年，芬兰饲料酶国际有限公司(简称FFI)首次在以大麦为基础的家禽饲料中添加β-葡聚糖酶。1988年，Cultor和SuomenRehu在饲用酶的应用研究上取得了突破性进展，首先证明了复合酶的效果明显优于单一的β—葡聚糖酶；其次成功地将酶稳定化，确保酶在经过制粒过程后仍然保持高活力。接着FFI公司在饲料酶领域又有一系列的革新，于1989年开发了适用于以大麦为基础日粮的仔猪饲用酶，1990年开发了适用于不同动物以及不同饲料的复合酶产品。1991年证明了饲用复合酶能减少污染和改善环境，建立了酶在猪和家禽体内的作用模式，1994年新系列的家禽酶问世。
我国饲用酶的研究可追溯到20世纪七十年代，曾进行过酶曲的生产并应用于饲料，但由于技术路线欠妥，加上当时饲料工业体系的尚未形成，国内外关于酶制剂的活性、稳定性、测试方法的研究都未成熟，饲用酶的研究没能形成气候。到了20世纪八十年代后期，国内饲料工业已有较大发展，科技进步，特别是生物技术迅速发展，使人们进一步认识到酶作为生物化学反应催化剂在动物饲养中的重要作用，引起了国内科技工作者的重视。改革开放后，国外饲用酶产品先后进入中国市场，如“八宝威”(美国)、“爱维生”(芬兰)、“保安生”(芬兰)，其独特的优越性，开始为饲料界接受。从八十年代后期到九十年代，饲用复合酶的研究、开发、应用，在我国是同步进行的，并得到了高度重视。在“八五”国家科技攻关项目中列出了《饲用复合酶制剂的研究》、《植酸酶研究与开发》等课题，取得了可喜的进展。
二、饲用复合酶的作用
动物饲料中使用复合酶的主要目的是为了提高饲料和养殖企业的经济效益，饲用复合酶应用于动物或饲料中有以下方面的作用：
1、
补充动物内源酶的不足，提高动物的消化能力
由于不同动物生理上的差异，不同动物消化道中的酶系不同，有些动物肠道内分泌的酶数量很有限，再加上饲料在消化道停留的时间很短，如鸡4小时左右，鱼4-7小时，所以饲料中的营养成分并不能完全被吸收利用，有相当大的部分作为粪便排出体外，如草鱼，对鱼粉的消化率为44%左右，对其中蛋白质的消化率为62%，添加复合酶能大大提高动物消化能力；幼年动物分泌的内源酶较少，而且酶系不全，在饲料中添加复合酶可弥补内源酶的不足；处于病理、应激状态的动物，内源酶分泌发生障碍或分泌减少，需要在饲料中补充复合酶，才能使动物正常生长发育，提高抗病能力。
2、
提高饲料利用率和转化率
由于植物细胞壁中含有大量的纤维素组成的微纤维埋在木质素、半纤维素和果胶的连续相之中，形成结构稳定且复杂的细胞壁结构，加工粉碎只能打碎部分细胞壁，还有相当多的植物细胞壁完整无损，营养物质包在其中难以被动物消化吸收，饲用复合酶产品中含有一些属于动物自身不能合成的酶，如纤维素酶、半纤维素酶(包括木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶等)、果胶酶等非淀粉多糖水解酶，这些酶可以破解植物细胞壁，使营养物质更好地被吸收；分解纤维、半纤维素、果胶后可产生动物能利用的单糖，提高饲料的营养价值；饲用复合酶还能促进饲料中抗营养物质(如大麦中的β—葡聚糖、黑麦中的戊聚糖)的分解，减轻这些物质对动物消化系统的损害作用；半纤维素和果胶部分溶于水后，会产生粘性溶液，增加消化物的粘度，使营养物质和内源酶难以扩散，添加复合酶可降低食糜粘度、促进消化吸收。
3、
缓解饲料资源短缺，开发新饲料资源
解决饲料资源短缺不外乎开源和节流两种方法。开源即开发新饲料资源，尤其是非常规饲料资源，节流即提高现有常规饲料资源的利用率，饲用复合酶在这两个领域内均大有用武之地。
4、
节约蛋白资源，降低饲料成本
应用饲用复合酶，可在家畜饲料中使用价廉的蛋白质饲料原料，而不影响生产性能。仔猪或雏鸡的蛋白质需求量大，但由于消化道发育不完全，蛋白质消化能力不强，在其日粮中常需使用优质蛋白质饲料，如鱼粉或乳制品，使用纯植物蛋白饲料往往易导致消化不良。使用复合酶后，可提高无鱼粉饲料的消化率，避免消化不良和生长速度降低，并可节约动物蛋白质资源，降低饲料成本。
5、
减少饲料加工环节，提高经济效益
在幼畜饲料中，常对某些饲料进行加热、研磨、压片与膨化等加工处理，以提高饲料的消化率与适口性。使用复合酶后可减少或不使用这些常用的加工环节，降低加工费用。
6、
减少环境污染
使用复合酶可大大减少畜禽排泄物中的有机物，从而大幅度减少它们对土壤和水体的污染。环保意识的加强和一些国家法律上的限制，从客观上促进了饲料和养殖业广泛应用饲用复合酶。
三、饲用复合酶的生产方式与产品类型
1、
生产方式
①复配法
是国外普遍采用的生产方式。先通过液体大罐法分别生产单一种酶，然后根据需要复配一种或几种其它酶。再加一定的载体或稀释剂稀释而成。液体生产法自动化程度高，但生产条件要求严格，设备投资大。产品制作成本高。这种方式目前还不适合中国国情。
②固体发酵法
是国内复合酶的主要生产形式，它是接种高产酶菌株在麸皮、蔗渣、秸杆粉等固体基质上通过浅盘或通风发酵，将发酵基物直接干燥而成，具有投资少、生产成本低等优点，但存在劳动强度较大，对生产技术管理要求很高(否则容易出现生产不稳定现象)等缺点。
它有如下几种方式及特点：
a.发酵时，采用单一菌株发酵。发酵容易控制。但酶组成单一，功能不强
b.发酵时，也采用单一菌株发酵，再复配一定种类、一定量的纯酶制剂。其酶组成有所改善，但成本高，增大投入。
c.采用两个以上菌株分别发酵，再按一定比例将它们复配而成。特点是酶组成较全面，但由于复配系数大，彼此稀释后酶活性下降多，功能也不强。
d.多菌株混合固体发酵法
是将不同的高产酶菌株同时接种发酵，在发酵时，让每一个菌株最大产酶性能发挥出来，生产出的酶不仅组成全面、活性高、功能强，而且成本也较低，应用效果好。但有很高的技术难度。国内仅有与华农大合作的武汉万达生物有限公司拥有这方面的成熟技术。
2、
饲用复合酶的产品类型
国内外饲用酶产品主要是复合酶，主要有以下类型：
①
以蛋白酶、淀粉酶为主的饲用复合酶。此类酶制剂主要用于补充动物内源酶的不足。
②
以β—葡聚糖酶为主的饲料复合酶。此类酶制剂主要用于以大麦、燕麦为主要原料的饲料，其主要作用是消除大麦中的β—葡聚糖等抗营养因子，在北美、欧洲应用广泛。
③
以纤维素酶、果胶酶为主的饲用复合酶。这类酶主要由木霉、曲霉和青霉直接发酵而成，主要作用是破坏植物细胞壁，使细胞中的营养物质释放出来，增加饲料的营养价值，并能降低胃肠道内容物的粘稠度，促进动物消化吸收。
④
以纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡聚糖酶、果胶酶为主的饲用复合酶。它综合以上各酶系的共同作用，具有更强的助消化作用。武汉万达生物工程有限公司生产的万达福牌饲用复合酶属此类型。
四、饲用复合酶的质量要求
1、
要求酶系全面
饲料品种较多，但是主要由植物性原料组成。它们含有蛋白质、淀粉、脂肪、纤维素、半纤维素、果胶质等多种成分，因此，一种强功能的饲用复合酶首先应适应饲料成分复杂性的要求，含有多种水解酶类，尤其是非淀粉多糖水解酶，如纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶等，因为动物缺少这些水解酶类，这些物质又是构成细胞壁的主要成分，是阻碍动物消化吸收营养物质的主要抗性因子。
2、
要求有较高的酶活性
理论上，一个酶分子可以一个一个地分解众多个底物分子，但酶的作用效率随催化时间延长和环境影响会逐步下降，且饲料在动物肠胃道的停留时间是有限的，因此，要求产品中酶有效含量较高。
3、
要求产品中酶能适应动物肠胃道环境
要求产品中各种酶能耐受胃液酸度在PH3，甚至PH3以下不受影响，并在37-40℃发挥作用(动物的消化温度在此范围内)
4、
要求有较高的热稳定性
饲用酶在自身生产加工中要有较强抗逆性，而且要能耐受饲料制粒过程中的高温过程和在较长时间内保持活力。
5、
要求有一定的细度
饲料酶在饲料中添加量较少，要预混均匀，颗粒大小要求在40目以下。
五、万达福牌饲用复合酶的优势
1.
技术上的创新与突破
国外饲用复合酶一般采用复配法生产，生产成本较高，国外产品进入中国价格更高，同时其酶系并不完全，国内饲用复合酶主要由微生物发酵法生产，从这些酶的生产菌株来看，一个菌株仅有某些酶活较高，都不能满足饲料方面万分复杂性的需要。
本研究采用了多菌种混合固体发酵法，保证了酶组成的多样性，并由发酵基物直接干燥后，经后处理而成复合酶产品，去掉了酶的提取过程，生产周期短，成本低，而且对酶的破坏程度小。微生物在生长过程中分泌的维生素、未知生长因子等其它有益成分也保留下来。产品价格、酶活性与进口或国产同类产品相比都有明显优势。
2、技术水平
技术依托华中农业大学发酵工程室于八十年代初开始从事食品复合酶制剂的研究，并成功的用于豆奶粉、啤酒、酱油、果汁的生产，九十年代初已系统地转入饲用复合酶的研究，取得较好的成果，有关菌株的研究获国家教委科技进步二等奖。为使这一技术更好地服务于饲料业，现已在本公司投资批量生产万达福牌系列饲用复合酶，生产的产品饲喂动物效果非常明显。产品优于国内外同类产品，主要体现在：
⑴酶活力高于同类产品。例如：FFI公司肇庆分装厂酶活力指标为：木聚糖酶12800u/g、淀粉酶240u/g、蛋白酶80 u/g、纤维素酶640 u/g、β-葡聚糖酶3200u/g、果胶酶1000 u/g，而万达福牌系列产品对应的酶活力分别不低于为(木聚糖酶)15000 u/g、(淀粉酶)200 u/g、(蛋白酶)1500 u/g、(纤维素酶)800 u/g、(β-葡聚糖酶)5000 u/g、(果胶酶)2000 u/g。
⑵通过菌种诱变及培养条件的设计，提高了酶的热稳定性。目前市场上的同类产品在饲料热制粒过程中酶活力损失在50%以上，高的甚至达80%，我们的产品热制粒过程中酶活力损失则小于40%。
⑶产品通过特殊的杀菌处理，杀灭了产品中的细菌和霉菌，而酶活不受影响，卫生达到食品级的要求。
⑷开发了系列产品，以满足不同的动物种类及其不同生长期的需求。
六、饲用复合酶的发展趋势与前景
饲用复合酶是饲料工业发展到一定阶段的必然产物。目前饲用复合酶已经历了从直接应用于饲料工业到根据饲料工业和养殖业的特点出发开发、生产专用复合酶产品的变化。下一步将以适合中国饲料工业发展的饲用复合酶产品开发为热点，如现今我国仍以玉米—豆粕型日粮为主，但随着种植业由粮食——经济作物向粮食——饲料——经济作物三元结构的转变，饲用大麦、小麦、薯类等饲料作物种植面积将会增大。节粮型草食动物也会大大发展，与此相适应的饲用复合酶将应运而生。另外，产品的形式和后处理技术也将出现新的变化。目前国产饲用复合酶大都是粉剂，在饲料中直接添加，这样的形式将会延续下去，但耐高温后处理技术和定点释放技术将更受重视。此外，液态饲用复合酶的开发也将成为今后发展趋势。在饲用复合酶的应用对象方面，也将会向除猪、鸡、鸭等以外的其它经济动物全面拓展，其应用非常广阔。