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1、-饲用酶制剂的研究与分析-第 13 页饲用酶制剂的研究与分析摘要: 20世纪90年代，动物营养学家们普遍认为，饲用酶制剂是配合饲料中的一个必须成分。此后，随着酶制剂在饲料中的应用。酶制剂在改善饲料的消化率、降低原料营养价值的变异以及在提高动物生产性能方面的作用已经得到大量试验数据的证实。酶制剂应用于饲料工业的历史并不长，但是发展速度却很快。饲用酶不仅可以提高饲料利用率，节约粮食，而且还可以起到增重抗病的作用，发展前景非常广阔。 本综述主要介绍了饲用酶制剂的大概发展状况和新进展。关键字：酶制剂 饲用酶 分类 作用机理 研究进展 应用饲用酶制剂的应用效果现已毋庸置经，它既能提高饲料的消化率和利用率
2、，提高畜禽及鱼类的生产性能，又能减少畜禽摄泄物中的氮、磷的摄泄量，保护水体和土壤免受污染，因而饲用酶制剂作为一类高效、无毒副作用和环保型的“绿色”饲料添加剂，在21世纪将有着十分广阔的应用前景.一、酶制剂的概况酶是由活细胞产生的、催化特定生物化学反应的一种生物催化剂。酶制剂是酶经过提纯、加工后的具有催化功能的生物制品。主要用于催化生产过程中的各种化学反应，具有催化效率高、高度专一性、作用条件温和、降低能耗、减少化学污染等特点。其应用领域遍布食品（面包烘烤业、面粉深加工、果品加工业等）、纺织、饲料、洗涤剂、造纸、皮革、医药以及能源开发、环境保护等方面。酶制剂产业是知识密集型高技术产业，是生物工程
3、领域的重要组成部分。目前为止，已报道发现的酶类有3000多种，但其中已实现大规模工业化生产的只有60多种。酶制剂是指按一定的质量标准要求、加工成一定规格且能稳定发挥其功能作用的含有酶成分的制品。常按其性状分为液体剂型酶和固体剂型酶，或按其功能和使用特点分为饲料酶、食品酶和纺织酶等。酶制剂既含有酶成分，也含有载体或溶剂。1、中国酶制剂产业的发展现状及特点中国最早的酶制剂工业起于上世纪中叶，生产的产品主要为应用于纺织退浆的BF7658-淀粉酶。20世纪90年代末，高温淀粉酶和高转化液体糖化酶开始在酒精、味精、制糖、 啤酒等行业广泛应用。当时中国酶制剂主要以淀粉酶和糖化酶为主，两者总量占出口总额的8
4、0以上。现在中国酶制剂产品已经更新换代，主要包括以下9大类：糖化酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、植酸酶、半纤维素酶、果胶酶、饲用复合酶、啤酒复合酶等。其中，糖化酶、淀粉酶、植酸酶产量过万吨；纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶所占比例较小，但增长较快。2、中国食品酶产业的发展现状中国食品酶制剂种类较多，主要包括酿造酶、乳品酶、淀粉酶、蛋白酶、油脂酶、风味酶、果品酶等。其中，碳水化合物用酶、蛋白质用酶、乳品用酶占食品酶制剂的比重较大。在食品加工过程中常用的酶制剂主要有以下几种：木瓜蛋白酶、谷氨酰胺转胺酶、弹性蛋白酶、溶菌酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、异淀粉酶、纤维素酶、超氧化物歧化酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶
5、、生姜蛋白酶等。中国已批准使用于食品工业的酶制剂有淀粉酶、糖化酶、固定化葡萄糖异构酶、木瓜蛋白酶、果胶酶、葡聚糖酶、葡萄氧化酶、乙酰乳酸脱氨酶等。主要应用于果蔬加工、焙烤乳制品加工等方面。3、 中国纺织酶产业的发展现状20世纪80年代,以淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶等为代表的纺织酶制剂，主要用于织物退浆、牛仔布整理和真丝脱胶等，在工业上得到了广泛应用。也代表着纺织生物技术开始兴起。进入21世纪以后，中国酶制剂在纺织工业中的应用领域逐步，包括纤维改性、原麻脱胶、印染前处理、印染废、水处理、服装成衣加工等领域。目前，纺织用酶制剂加工工艺已涉及到几乎所有的纺织湿加工领域市场规模呈稳定递增趋势。二、饲用酶
6、制剂概况饲料酶制剂是指添加到动物日粮中，目的是提高营养消化利用、降低抗营养因子或产生对动物有特殊作用的功能成分的酶制剂。我国作为一个养殖大国，在养殖业中推广应用酶制剂有着更为重大的意义：第一，缓解饲料资源的短缺。我国畜牧业生产中，目前使用的饲料配方仍然以玉米豆粕型为主，这种单一的饲料原料不仅会造成玉米-豆粕的严重短缺，并且由于玉米豆粕型饲料中含有纤维素、半纤维素、果胶物质、木质素等难以被单胃动物利用的成分，导致饲料原料的浪费。通过在饲料中添加酶制剂可消除饲料中的抗营养因子，提高饲料利用率，节约饲料资源。第二，减少环境污染：通过在饲料中添加酶制剂可大量减少畜禽排泄物中的有机物：氮和磷等的排放量，
7、从而减轻它们对土壤和水体的污染。第三，提供更加安全的动物产品：酶制剂是一种通过生物生产的蛋白质，无毒副作用、无残留，是一种公认的绿色饲料添加剂。除此之外，酶制剂还有助于控制和预防动物疾病，改善动物健康的作用。通过在饲料中添加酶制剂，减少抗生素等对人体有害添加剂的使用，对获得优质安全的动物产品有重要意义。1、 饲用酶制剂的种类及功能饲用酶制剂品种很多，可分为单酶制剂和复合酶制剂2类。 1.1 单酶制剂 单酶制剂又可分为消化酶(内源酶)和非消化酶(外源酶)2大类。 消化酶 畜禽体内能够合成这类并非用来消化营养物质，但因为某种原因却需要强化和补充的酶类。这类酶主要包括淀粉酶、糖化酶、蛋白酶和脂肪酶等
8、。1）淀粉酶，作用于-1，4糖苷键，将淀粉水解为双糖、寡糖和糊精，使之易于吸收，并能在胃中迅速液化淀粉，减轻胃部胀感，促进消化。2）糖化酶，可水解线性的寡糖、双糖和糊精，生成葡萄糖和果糖，也可作用于淀粉的非还原性末端，依次缓慢水解-1，4 糖苷键生成葡萄糖。因此可在淀粉酶的协同作用下，将淀粉完全分解成葡萄糖。3）蛋白酶，是指能催化分解蛋白质肽键的一群酶的总称，有酸性、中性和碱性之分。在饲料中由于动物胃液多呈酸性，肠道多数为弱酸性至中性，所以大多数添加酸性和中性蛋白酶的主要作用是将动物摄取的饲料蛋白质分解为氨基酸，并由动物体重新组合合成自身的蛋白质。4）脂肪酶，将脂肪分解为甘油、脂肪酸和磷脂酸。
9、主要来源于动物的胃液、胰液及微生物黑曲酶、根酶和酵母等。 非消化酶 非消化酶包括纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和-葡聚糖酶。1）纤维素酶，包括Cl酶、Cx酶和-葡萄糖苷酶 (Cb)。其中Cl酶将结晶纤维素分解为活性纤维素，降低结晶度，然后经Cx酶的作用将活性纤维素分解为纤维二糖和纤维寡糖，在Cb的作用下，生成动物机体可利用的葡萄糖。2）半纤维素酶，包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、阿拉伯聚糖酶和聚半乳糖酶等，主要是将植物细胞中的半纤维素降解为各种五碳糖，并可降低半纤维素溶于水后的黏度。纤维素酶和半纤维素酶协同作用，破坏富含纤维素的细胞壁，将难于消化和黏性的多糖分解，从而大大提高低能饲料的饲用价值，提高饲
10、料利用率。3）果胶酶，果胶是一种多糖，果胶酶可裂解果胶单糖间的糖苷键，并脱去水分子，分解位于植物细胞壁及胞间层的果胶，促使植物组织崩解，使营养成分得到充分释放和利用。4）-葡聚糖酶，多存在于大麦和燕麦等谷物中，可溶于水形成黏性的凝胶，成为一种抗营养因子，阻碍动物(特别是幼畜)对营养物质的利用，从而影响其生长。1.2 复合酶制剂 动物配合饲料中含有多种营养素，这些营养素多由生物高分子组成，动物在消化利用这些营养物质前，必须经酶解后才能利用。而酶具有严格的专一性和特异性，使用单一酶系的作用效果要低于使用多酶系统。利用各种消化酶和非消化酶的协同作用，可最大限度地提高饲料中能量、蛋白质和纤维素等营养物
11、质的利用率，从而达到增质量和减少饲料消耗的目的。目前世界上生产的复合酶制剂，由于具有不同的功能特点，可分为以下几类： 以-葡聚糖酶为主的饲用复合酶剂 此类酶制剂的主要功能是消除饲料中的-葡聚糖等抗营养因子。主要应用于北美、欧洲等以大麦为饲料主原料的国家。 以蛋白酶和淀粉酶为主的饲用复合酶剂此类酶制剂主要功能是用于补充动物内源酶的不足，从而降解畜禽体内的多糖和蛋白质等生物大分子。 以纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶为主的饲用复合酶剂此类酶制剂主要由木霉、曲霉和青霉直接发酵而成。主要作用为破坏植物细胞壁，使细胞中营养物质充分释放出来，供进一步消化吸收，并能消除饲料中的抗营养因子，增加饲料的营养价值，降低
12、胃肠道内容物的黏度，促进动物消化吸收。 植酸酶制剂纯植酸酶或辅以其他的一些消化酶和非消化酶，主要作用是水解饲料中的植酸，消除植酸的抗营养作用，部分替代或完全替代饲料中添加的无机磷，减少动物磷排泄。2、 饲用酶制剂的应用原理2.1 提高畜禽消化道内源酶活性，补充内源酶的不足畜禽消化道内缺乏植酸酶、纤维素酶以及其他的一些非淀粉多糖酶，因而多建议在饲料中添加外源酶制剂，以改善饲料品质，提高饲料利用率；断奶后的幼畜消化道机能尚未完善，各种消化酶分泌不足，添加外源酶制剂更有必要。正常的健康成年动物，在适宜的生产条件下，能分泌足够的消化饲料中淀粉、蛋白质、脂类等养分的酶，但动物处于高温、寒冷、转群、疾病等
13、应激状态时，动物分泌酶的能力较弱或者易出现消化机能紊乱，内源消化酶分泌减少。因此在日粮中添加外源性消化酶，可以补充内源酶的不足，提高饲料的利用率，改善动物的消化能力，减少应激条件下生产能力的下降，同时还可以促进内源酶的分泌。2.2 破坏植物细胞壁，提高饲料的利用效率动物饲料组分多为谷物类及粕类，而植物的细胞由一层细胞壁包围着，细胞壁的主要成分是非淀粉多糖，包括阿拉伯木聚糖、-葡聚糖、纤维素和果胶等。它们是细胞内容物养分(如淀粉、蛋白质和脂肪)和消化酶接触的机械屏障。谷粒虽经机械加工使部分细胞壁受到破坏，但大部分未被触动。添加外源性非淀粉多糖酶，可有效地溶解植物细胞壁，释放被包埋的养分。同时，具
14、有活性的各种酶能有效地将饲料的一些大分子多聚体分解和消化成动物容易吸收的营养物质或分解成小片段营养物质，使其它消化酶进一步消化这些动物本身难以分解和吸收的大分子物质，从而提高植物细胞内养分利用率。2.3 消除饲料中的抗营养因子，促进营养物质的消化吸收饲料中的抗营养物质是指饲料本身含有，或从外界进入饲料中的阻碍养分消化的微量成分，如影响蛋白质消化的抗营养物质或营养抑制因子有蛋白质酶抑制剂、凝结素等，影响矿物质消化利用的有植酸、草酸等，以及植物细胞壁中含有的木聚糖、纤维素、-葡聚糖、甘露聚糖、果胶等难以消化的物质，抗营养因子不能被作为养分消化吸收，且干扰整个日粮其他营养的消化吸收和利用，阻碍动物内
15、源消化酶与细胞内营养物质的作用，降低饲料中脂肪、淀粉和蛋白质营养价值。而饲用酶制剂可以有效地降解这些抗营养因子，促进日粮消化吸收，提高动物生产性能。 2.4 改善肠道内微生物区系，提高免疫功能小麦、大麦、燕麦和黑麦中的非淀粉多糖(主要是-葡聚糖和戊聚糖)能大幅度提高胃肠道黏度，继之引起肠道机械混合内容物的能力严重受阻，从而改变微生物区系、菌虫数量，使得更多的养分到达后肠难以吸收，用葡聚糖酶和戊聚糖酶降解可溶性非淀粉多糖，能降低食糜的黏度，提高饲料消化吸收效率进而减少肠道后段微生物的活动。酶制剂在动物胃肠道应用产生的寡聚糖还可以显著激活动物巨噬细胞的活性，充当免疫刺激的辅助因子，调节机体免疫系统
16、，提高抗体免疫应答能力，从而增加动物体液及细胞免疫能力。3、 饲用酶制剂的应用技术3.1 根据科学指标应用酶制剂酶制剂的高度专一性决定了酶制剂产品使用的严格要求，随着植酸酶等单一酶制剂在饲料中得到普遍推广，目前在饲料行业中使用复合酶制剂也越来越广泛。衡量饲用酶制剂质量水平和作用效果的依据主要是酶的种类和含量，以及酶的活性和稳定性。由于酶的一些检测指标目前较难检测和判断，因此在选用时应特别注意。在选用酶制剂产品时最好选用一些信誉度较好、被人们广泛认可的产品，有条件最好进行一些试验后再大量应用。3.2 根据动物的种类和不同生长阶段应用酶制剂由于酶有高度的专一性和特异性，不同动物品种和不同生长阶段，
17、动物体内的种类和数量并不相同，因此根据不同动物和不同生长阶段的特点，选用合适的酶制剂，才能有效地发挥和提高酶制剂的作用效果。动物幼龄阶段，消化系统的发育尚不完善，多种消化酶都分泌不足，是使用消化酶类酶制剂较理想的阶段，一般应选用含有多种消化酶，特别是蛋白酶和淀粉酶为主的酶制剂。动物成年阶段，动物的消化机能较为完善，对多种营养物质都有较好的消化能力，因此应用时最好选用-葡聚糖酶、果胶酶等对抗营养因子有消除作用的酶制剂。酶制剂使用方法应因动物品种不同存在一定差异。家禽由于具有嗉囔，且食糜在嗉囔中停留一定时间，酶制剂在此条件下，可对饲料中的底物进行分解，但由于肉禽的采食量相对大于蛋禽，食糜在肉禽消化
18、道中的停留时间相对比蛋禽短，因此蛋禽饲料中单位酶活性所发挥的作用要大于肉禽；相对于禽而言，酶制剂在猪消化道内也具有很广泛的作用空间，酶制剂在乳仔猪饲料中应用效果最为突出，添加酶制剂是改善乳仔猪生长状况的有效手段之一。对于生长肥育猪，虽然其消化系统已经很健全，但是添加酶制剂在应用上仍会产生很明显效果。水产动物胃肠道多为中性，且鱼为变温动物，肠道内的温度低于畜禽，同时水产饲料大多需经过制粒、膨化等高温高压工艺处理，因此水产动物饲料中使用酶制剂，需要考虑消化道温度、pH值，以及饲料制粒、膨化等加工对酶活的影响。对反刍动物植酸酶的使用，由于目前研究资料较少，且反刍动物本身可以分泌植酸酶和其它酶制剂，所
19、以具体添加使用效果如何尚不明了，酶制剂一般只适宜在单胃动物中使用。3.3 根据饲料中原料情况应用酶制剂由于酶制剂作用的特异性，要使酶制剂发挥效应，应用时必须考虑日粮的原料组成。饲料配方中原料的使用品种和用量不同、原料产地不同、收获季节不同，原料的成分含量会有差异。以玉米豆粕型为主原料类型的日粮，最好应用以木聚糖酶、果胶酶和-葡聚糖酶为主的酶制剂；饲料较多使用小麦、大麦和米糠等原料，应选用以木聚糖酶和-葡聚糖酶为主的酶制剂；饲料原料中稻壳粉、统糠和麦麸等含量较多时应选用以-葡聚糖酶、纤维素酶为主的酶制剂；而饲料中原料较多使用菜籽粕、葵花籽粕等蛋白质含量较高的原料，最好选用以纤维素酶、蛋白酶和甘露
20、聚糖酶为主的酶制剂。植酸酶主要作用于单一的特定底物植酸，只要使用的饲料中含有足够的植酸，就可以使用植酸酶。3.4 根据饲料生产工艺应用酶制剂 酶是一种蛋白质，对热、光、酸等较敏感，而饲料在生产过程中，由于粉碎、预混、制粒以及其他添加剂的影响，都可能使酶的活性受损甚至变性，因此使用酶制剂应尽可能减少生产工艺对酶活性的影响。在实际生产中，颗粒饲料的使用越来越普遍，在制粒或膨化的调制过程中，高温高湿使饲料中的酶受到不同程度的破坏，特别是制粒的温度最好不要超过75，以保证酶制剂有较好作用效果。商品化植酸酶主要是酸性植酸酶，其剂型以高活性颗粒型和吸附型为主，但是对高温湿热的耐受性较差。因此，对于需要制粒
21、的饲料而言，应选用耐高温制粒专用植酸酶或采用液体植酸酶进行制粒后喷涂。使用酶制剂的饲料最好尽快使用，贮存期限一般不宜太长。4、 饲用酶制剂的生产方法4.1单一酶制剂 单一酶制剂是纯酶制剂加载体或稀释剂混合而成，纯酶制剂的工业化生产一般都是用微生物液体发酵法生产的，该法是利用液态培养基在容积为50100平方米发酵罐，进行通风搅拌培养，待微生物充分生长繁殖并合成大量的微生物酶后，将酶分离、提取纯化，制成一定形式的酶制剂。酶的分离提取需经过细胞破碎、抽提、离心、过滤、浓缩、干燥等全部过程。该法的优点是液态培养基的流动性大，对工艺条件(如温度、溶氧、pH、营养成分等)的控制较容易，有利于自动化生产；由
22、于在密闭的发酵罐内纯菌发酵，因而所产的酶纯度质量也较稳定；具有机械化程度高、劳动强度小、设备利用率高等。缺点是产酶量较少；酶的组分不完全；耗能量多；分离提取难度较大；设备多而复杂、投资多等。由于影响畜禽配合饲料消化因素是多方面的，单一酶作为添加剂的作用必然很有限，为了更好地提高饲料营养价值和畜禽消化能力，充分利用酶的协同作用，发挥其综合效应，同时使用多种酶复合使用十分重要，所以近10年来，世界各国普遍研制饲用的多酶系统，生产饲用复合酶产品。生产符合配方要求的复合酶有如下2种方法：完全复配法 生产或购买各种单一酶制剂，按配方复配，再加分散剂、稀释剂而成。这种方法只要求酶制剂质量可靠，配方执行非常
23、精确。缺点很多，商品纯酶制剂成本已经很高，如再用多种纯酶制剂进行复配，配制出的饲用复合酶的成本就会更高，限制了其应用。再者，这种方法生产的饲用复合酶很难获得除酶功能以外可促进动物生长的一些未知生长因子等。固体发酵法固体发酵法也称麸陆培养法，该法是利用麸皮或米糠为主要原料，另视需要添加其他成分， 加水拌成含水量适度的固态物料作为培养基，供做微生物繁殖和产酶用。固体发酵法也是古老的工艺，其缺点易受杂菌污染，因此所产酶纯度较差；固态原料的利用率较低，又因固体发酵的条件控制不易均匀，所产酶的质量就难稳定；生产劳动强度大、占用场地多等。许多优点，如单位体积培养设备中的产酶量高；节省动力；由污染引起的问题
24、少；酶抽提液浓度可任意调节；后处理设备少；投资少，技术易掌握。对固体发酵的研究正在重新引起重视。随着生物技发酵工业的发展和进步，固体发酵的缺点会逐步被克服。 国内传统的酿造制品， 如白酒、酱油生产的酒曲、酱油曲、酿酒工业的糖化曲等都采用固体发酵法。此法适于使用霉菌生产酶制剂。固体发酵法有2种具体方法。 单菌种固体发酵，补加酶法：采用单一菌株发酵，再复配一定种类一定量的纯酶制剂 ，其酶成分有所改善，但成本增高。 多菌株混合固体发酵，自然互补酶系法：大多数微生物菌株只有1个酶活性突出，因而可采用几个菌种混合发酵、互补产酶，让每个菌株最大产酶性能发挥出来，生产出的酶不但组成全面、活性高、功能强，而且
25、成本较低，效果好。该技术难度非常大。 三、饲用酶制剂的研究进展饲料酶制剂是近年来伴随饲料工业和酶制剂工业不断发展而出现的一种新型饲料添加剂，具有提高养分消化率、提高配合饲料质量稳定性、降低环境污染等作。作为一类高效、无毒、无副作用和环保性的绿色饲料添加剂，饲料酶制剂已成为世界工业酶产业中增长速度最快 势头最强劲的一部分。其应用效果已在世界范围内得到公认。中国饲料酶制剂自20世纪80年代开始在饲料中添加应用，20世纪90年代中国最早生产的饲料酶制剂商品开始进入市场。 至2000年中国饲料酶制剂的年销售量达到800以上。近年来中国饲料酶制剂市场规模逐渐扩大，由2006年的4.64亿元增加到2010
26、年的6.82亿元。2009年中国国内用于动物饲料添加剂的酶制剂总量超过1万t且增长速度迅猛。开发饲料用酶有着重大意义：可缓解饲料资源短缺、人畜争粮的局面，有利于保障粮食安全；提供更为安全、优质的动物产品，有利于保障食品安全；减轻环境污染，保障养殖业的可持续发展，是一种环保型绿色饲料添加剂。1、 组合酶和组合型复合酶所谓组合酶(Combinative Enzymes )是指由催化水解同一底物的来源和特性不同，利用酶催化的协同作用，选择具有互补性的两种或两种以上酶的配合而成的酶制剂。例如，蛋白酶组合酶制剂由多种来源不同的蛋白酶组成，可以有木瓜蛋白酶和黑曲霉蛋白酶，甚至其他来源的蛋白酶；木聚糖酶组合
27、酶制剂由多种来源不同的木聚糖酶组成，真菌木聚糖酶和细菌木聚糖酶的组合；纤维素酶组合酶制剂由木霉纤维素酶和青霉纤维素酶组成等等。组合酶不是简单 的复合，而应该是根据不同酶的最适特性、作用特点和抗逆性的互补有机组合。可以是多种内切酶的组合，也可以是内切酶和外切酶的组合。组合酶应用最常见的例子是有目的地选择多种蛋白酶水解蛋白质原料生产生物活性肽，根据蛋白质原料的不同，几种蛋白酶的要求不同；而目的肽的不同，几种蛋白酶的选择也不一样。选择也不一样。 饲料组合酶是酶制剂应用技术体系的一个技术创新。饲料组合酶一般应具备四个方面的特性：催化水解同一底物酶的来源多样性(在一定程度体现经济性)；酶的催化反应的配合
28、性(催化水解位点的不同和配合)；酶最适条件和抗逆特性的互补性；酶的应用效果的高效性。饲料组合酶最终反映在解决催化饲料复杂底物的高效性问题。从严格意义上讲，设计和开发生产饲料组合酶应考虑这些特性，组合酶不是多种催化水解同一底物酶的简单混合，而是根据各自酶学特性的有机组合。一般地，与常见的单酶与复合酶相比，科学合理的组合酶应考虑作用底物更有针对性、多种酶源的配合及互补和催化作用更加高效性。组合酶在饲料应用中的最大好处就是在酶的催化环境条件不想的情况下，发挥其配合作用，从而达到高效能的目的。 如果考虑复合酶的作用同时，又要考虑组合酶的效果，可以配制应用组合型复合酶制剂。一个典型的组合型复合酶制剂产品
29、应该包括催化水解多种底物，而且催化水解同一底物的酶制剂有几种来源不同的单酶组成，例如，应用大量杂粕和麦类的非常规原料的日粮，可以设计含有真菌木聚糖酶、细菌木聚糖酶、木霉纤维素酶和青霉纤维素酶等组成的组合型复合酶制剂。2、 饲用酶制剂的划代饲用酶制剂的研究开发和推广应用，已成为生物技术在饲料工业和养殖应用中的重要领域，而新型的饲料酶制剂不断被研究和开发是重要前提。由于酶制剂种类较多、作用目的差别较大且应用日粮和饲料原料范围较广，为了规范饲料酶制剂的使用，有必要进行适当的分类和划代，以便应用更有效。2.1 第一代饲料酶制剂把以助消化为目的的一类酶制剂称为第一代饲料酶制剂。由于主要目的是补充体内消化
30、酶，一般也称为外源性营养消化酶。如：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、乳糖酶和肽酶等。外源性营养消化酶主要是水解大分子化合物为小分子化合物或其基本组成单位，如：寡肽、寡糖、一酰（二酰）甘油、氨基酸、葡萄糖和脂肪酸。直接为体内提供可吸收的营养。经过长期的进化，高等动物的大部分消化功能已由特定消化酶执行。一般情况下，动物本身的消化酶活性能够有效地完成消化功能。但有些情况下可大大影响动物的消化能力，如：病畜和幼年仔畜常常存在消化功能问题；现代饲养方式人为压抑了动物的消化功能，如：仔猪的逐渐断奶改为突然断奶，自然断奶改为提早断奶。早期的饲料酶制剂产品主要以这类为多，用于助消化，特别是幼年动物和存在消化道健康问题
31、的成年动物消化酶的补充。植酸酶的目的是分解并释放与植酸盐化学键结合的氨基酸、脂肪酸、矿物质或微量元素，也是比较早的分解类的酶。所以把植酸酶也归为第一代饲料酶制剂，也是外源性营养消化酶，是小分子营养消化酶，与蛋白酶等不同的是水解酶和分解酶的差别。2.2 第二代饲料酶制剂以降解单一组分抗营养因子或毒物为目的的酶制剂，可以称为第二代饲料酶制剂，如：木聚糖酶、-葡聚糖酶和纤维素酶等，这类酶同样也是水解酶类。与第一代饲料酶制剂不同，其目的是去除抗营养因子，木聚糖和-葡聚糖的抗营养特性已经被广泛认识，纤维素尽管有时候并不归类于抗营养因子，高质量的纤维甚至有一定的营养意义，但是，对于单胃动物而言，纤维素更多
32、的情况是影响日粮的消化利用。这类酶作用的产物没有营养意义，或没有直接的营养价值，木聚糖酶水解木聚糖产生的木糖和木寡糖，猪禽不能利用，-葡聚糖酶对-葡聚糖和纤维素酶对纤维素并不能够产生游离的葡萄糖，对单胃动物同样没有直接的营养价值。部分产物只是可能有一定的生理活性或微生态调节作用。第二代饲料酶制剂即非淀粉多糖酶的研究和开发一直十分活跃，大大推动了酶制剂在饲料工业和养殖领域的应用。随着高质量和有针对性的非淀粉多糖酶的科学使用，部分非常规饲料原料已经变成常规饲料原料。另外，黄曲霉毒素脱毒酶等酶制剂也可归为第二代饲料酶制剂。2.3 第三代饲料酶制剂以降解多组分抗营养因子为目的的酶制剂， 如：-半乳糖苷
33、酶、- 甘露聚糖酶、果胶酶、壳聚糖酶和木质素过氧化物酶，可称之为第三代饲料酶制剂。第三代饲料酶制剂有2方面的含义：一是该类酶制剂发展的阶段相对较晚。二是其作用的底物类型的差别。- 半乳糖苷酶、- 甘露聚糖酶、果胶酶和木质素过氧化物酶（分解木质素的一系列酶的主要组分）等第三代酶制剂，既非第一代饲料酶也非第二代饲料酶，由于不好归类，暂时定义为特异酶或双非酶。另一方面，实际上，非淀粉多糖不是糖生物学的概念，而是动物营养学的概念，并不十分准确。广义的非淀粉多糖酶也包括-半乳糖苷酶、-甘露聚糖酶和果胶酶等（但不包括木质素过氧化物酶）。广义的非淀粉多糖也包括由2种或多种成分构成的糖类。而狭义的非淀粉多糖仅
34、指木聚糖、-葡聚糖和纤维素等，它们是单一的一种基本单位。-半乳糖苷酶、- 甘露聚糖酶、果胶酶、壳聚糖酶、几丁质酶和葡萄糖胺酶等第三代饲料酶是双非酶。双非酶与传统非淀粉多糖酶的主要区别是：理论上，后者水解单一组分的糖类（一般称为同多糖）；而前者水解多组分糖类（一般称为杂多糖）。第2个区别是，非淀粉多糖酶是针对大分子的多聚糖类，而双非酶的情况则比较复杂，从大分子的多聚糖类到中等碳链长度的寡聚糖类。所有非淀粉多糖酶是多聚糖酶，-甘露聚糖酶是多聚糖酶，-半乳糖苷酶是寡聚糖酶。第3个区别是，非淀粉多糖酶作用的饲料原料基本是非常规原料。而双非酶中的-甘露聚糖酶针对非常规原料。双非酶属于第三代的水解酶，而木
35、质素过氧化物酶等则是第三代的分解酶。：1）了解饲料酶制剂是一个不断认识和发展的过程，说明饲料酶仍然有进一步发展的可能；2）说明饲料酶不同一般的添加剂，非常复杂，不能简单笼统归类，根据需要，可以用多种方法分类和区别；3）使用好饲料酶制剂除了酶学特性外，了解作用底物和原料特点同样重要；4）根据不同目的，饲料酶制剂的使用有许多方案，如：可使用单酶、复合酶或组合酶；也可同时使用组合型的复合酶；可使用第一代酶、第二代酶或第三代酶；也可同时使用一三代酶；可使用水解酶或分解酶；也可同时使用水解酶和分解酶；5）饲料酶制剂的适当区分和细化，为解决作用的高效性和针对性提供了必要的条件，避免酶制剂使用的混乱，同时能
36、够达到经济合理的目的。3、 新型饲用酶制剂壳聚糖酶分布于细菌、放线菌、真菌和动植物等广泛的生物群中，其主要作用在于-1,4-氨基葡萄糖苷键，以内切作用方式水解壳聚糖生成其低聚产物。但不同来源微生物的壳聚糖酶对不同脱乙酰度的壳聚糖和壳聚糖衍生物有不同特异性。壳聚糖酶的相对分子质量一般都在2350 ku，相对低于甲壳素酶的相对分子质量（31115 ku），但也存在少数高相对分子质量的壳聚糖酶，如：烟曲霉KH-94有2种壳聚糖酶，其中一种酶的相对分子质量高达108 ku。甲壳素酶比壳聚糖酶分布更广泛，其对线性结构的乙酰胺基葡萄糖苷键有专一性水解作用，水解最终产物是甲壳二糖，甲壳素酶通常分为2大类：一
37、类为内切甲壳素酶，对甲壳素长链进行随机降解，最终产物是甲壳二糖和少量的甲壳三糖；另一类N-乙酰葡萄糖胺酶，亦称甲壳二糖酶，能降解甲壳二糖，生成游离态葡萄糖。木质素是植物的重要组成成分之一，它是填充在细胞间和细胞壁的结构成分，占细胞结构的15 %30 %。木质素与半纤维素以共价键形式结合，将纤维素分子包埋在其中，形成一种天然屏障，使酶不易与纤维素分子接触，而木质素的非水溶性和化学结构的复杂性，导致了部分植物的难降解性，要彻底降解纤维素，必须首先解决木质素的分解问题。分解木质素是依靠一个复杂的胞外过氧化物酶系统，这一系统主要由3种酶构成：木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶。木质素过氧化物酶是一系
38、列含有1个Fe(S)-卟啉环(IX)血红素辅基的同功酶，相对分子质量3.7万4.7万，等电点约为3.5。木质素过氧化物酶在温度大于35时开始失活，pH为4.5时很稳定，pH低于3极不稳定。锰过氧化物酶是一种糖蛋白，相对分子质量约为4.6万，由1个铁血红素基和1个Mn2+构成了活性中心，另外还有2个起稳定结构作用的Ca2+，其分子中有10条长的蛋白质单链，一条短的单链，它是唯一的一个中间过氧化物酶，因为它的主要底物为有机酸。漆酶是一种含铜的多酚氧化酶，主要来源于生漆和真菌，相对分子质量为6万8万，含有15 %20 % 的糖类和520550个氨基酸残留物。四、饲用酶制剂的应用和发展前景1、饲用酶制
39、剂在畜牧业中的应用1.1 在猪饲料中的应用1 在仔猪饲料中的应用仔猪体内消化酶系统尚未发育成熟，断奶仔猪的日粮从吸收易消化的母乳转为以谷物为主，常造成消化不良而引起腹泻，在仔猪日粮中添加酶制剂，可以对内源性酶进行调整，从而弥补了仔猪早期各种消化酶的不足。国内在仔猪饲料中添加(一般添加量为0.1) 复合酶制剂效果非常明显。对3856 日龄仔猪进行试验，加酶组仔猪体增质量比对照组提高 10.56 ，饲料效率提高14.42（张申等，2008）。尹清强等报道，用复合酶(纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和糖化酶等)对仔猪进行试验，对照组饲喂基础日粮，试验1和2组分别在基础饲粮中添加0.6和1.2的复合酶制剂，结
40、果表明：试验1和2组猪的日增质量分别比对照组提高16.68和21.85，料肉比分别比对照组下降9.64和12.5。1 在肥育猪饲料中的应用生长肥育猪中添加饲用酶制剂，其主要作用是改善饲料的营养价值。张克刚等对育肥猪进行试验，试验1组用40小麦次粉代替日粮中40的玉米，试验2组用20小麦次粉和20小麦麸皮代替日粮中40的玉米，添加1酶制剂预混料，对照组采用正常玉米日粮。结果表明：试验1和2组的日增质量平均分别比对照组提高16.65和4.41，饲料转化率分别比对照组提高14.02和4.25，饲料成本分别比对照组降低1.95和3.9，而净增值分别比对照组高49和20。葛勤宝等选择6头阉公猪(体质量3
41、540 kg)，采用全收粪法进行消化试验，研究复合酶制剂对日粮养分表观消化率的影响。结果表明：添加酶制剂能显著提高生长猪的生产性能和日粮养分的表观消化率，与对照组相比，日增质量提高8.29，饲料转化率提高8.89，粗纤维表观消化率提高36.76，粗蛋白质表观消化率提高 7.23，干物质表观消化率提高9.75。1.2 在禽类饲料中的应用1 在肉仔鸡饲料中的应用家禽不具备反刍动物在消化道前段所具有的微生物来分解植物性物质，且肠道较短，很难提供足够的酶来分解饲料粗纤维成分，只能在消化道后段分解植物性物质。张宏福等报道，在肉用仔鸡日粮中添加0.051复合酶制剂后可分别提高日增质量4.69.4，提高饲料
42、报酬35.5。 在蛋鸡饲料中的应用在蛋鸡日粮中添加适量的酶制剂，有利于鸡体内营养物质的沉积，提高生产性能。刘向安(2008)研究发现，菜籽粕和棉籽粕型杂粕型日粮添加复合酶制剂后，产蛋率、料蛋比和经济效益等指标可以达到或接近豆粕型日粮水平，并取得良好的经济效益。1 在鹅饲料中的应用裴相元在鹅的日粮中添加0.75 %纤维素酶，使其日增质量提高8.9 %，饲料消耗降低 5.1 %7.8 %，同时可以提高蛋白质消化率 5.3 %，当酶的增加量达到1.75 %时，可显著提高粗纤维消化率5 %、干物质消化率13.6 %和蛋白质消化率15 %。1.3 在反刍动物饲料中的应用酶制剂有提高青贮饲料品质及饲用价值
43、的独特作用。据报导，解放军农牧大学在奶牛日粮中每头牛每天添加复合酶50g，加酶组与对照组相比，饲料消耗率下降10，而牛奶产量能提高8.3。国内也有报道，把复合酶制剂添加到育肥肉牛的日粮中，添加酶的试验组日增质量较对照组提高7.23，节省混合精料6.64，缩短出栏时间6.73。1、 饲用酶制剂在动物营养中的合理应用1. 保证酶制剂的稳定性2. 根据动物的种类和生长阶段合理选择酶制剂3. 根据畜禽日粮特点合理选用酶制剂4. 在生产中选择最适宜的生产方式5. 酶制剂应适量添加2、 存在的问题与分析1.1. 经过几十年的发展，中国酶制剂产业从无到有，初步形成一定规模。在发展过程中，由于中国酶制剂产业起
44、步晚，受到国外同行业企业的较大压力。近年来，中国酶制剂产业发展速度迅猛，取得了明显进步。但从世界酶制剂工业来看，高新技术在世界酶制剂产业的应用进一步拉大了中国酶制剂产业和世界先进水平的差距，整个行业生产规模小，技术研发力量薄弱， 产品相对单一，结构不合理等问题突出。1.2. 研发投入和研发创新能力不足。中国酶制剂企业用于开发新产品，改进生产工艺的资金平均。人员投入也严重不足，主要原因是国内酶制剂企业相对规模较小，全行业企业每年研发投入资金总量累计不足1亿元人民币。但由于酶制剂产业属于技术密集型产业，需要大量资金投入。国外酶制剂企业研发投入一般占总销售额的10以上，诺维信公司近3年的研发投入一直
45、维持在销售总额的13以上。2010年研亿元左右，研发投入的严重不足，导致中国酶制剂企业技术储备薄弱，发展面临巨大挑战。1.3. 生产工艺不规范。目前，细菌、真菌等微生物培养物的干制品是饲用酶制剂的主要来源。因其生产工艺粗糙等原因，往往纯度较低，不仅包含大量微生物生长的基质和增殖与代谢过程中的产物；还可能含有利于微生物生长的佐剂(如消沫剂和食盐等)。这些物质的存在无疑会影响饲用酶制剂的质量及实际使用效果。1.4. 生产工艺及设备水平相对落后。中国酶制剂产业的各项生产技术水平与国外相比存在一定的落后。国内酶制剂生产大多采用较为传统的发酵、分离提取技术和制剂制备技术，造成资源严重浪费，产品纯度不高，
46、产品质量偏低等问题。国外酶制剂生产过程中，广泛采用基因工程、蛋白质工程、人工合成、模拟和定向进化改造等技术。其中以基因工程和蛋白质工程为主的高科技成果在酶制剂生产领域中已实现产业化，为酶制剂产业带来革命性的发展。国内在该领域的研究还相对薄弱，自主创新的酶制剂应用技术落后，成为中国国产酶制剂市场进一步扩大的主要限制性因素。1.5. 酶活力定义混乱。酶制剂活性一般以单位(Unit)表示，1单位的定义为：在标准条件下1 min内催化一定浓度的作用物(或称底物)进行转化所需的酶量。但目前为止，除了淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、脂肪酶之外，其他酶种的活力检测方法尚无国家标准或行业通用标准。实际生产中，绝大多数
47、企业的酶活定义都是本企业制定的，各企业定义不同单位酶活的含义也不 同，有的可以相差200倍。这为评价各种酶制剂产品的质量带来了诸多不便。1.6. 酶活力有效性的判断依据不足。饲用酶制剂活力，是实验室理想环境中检测得出的数据，但动物体内温度和pH值与理想环境存在一定的差距，使用时酶活力必然受到一定影响。 此外，酶制剂在饲料中的分布均匀程度，也会影响酶制剂的活力及效应。因此，在实际生产中饲用酶 制剂有效酶活力的确定仍需进一步探讨。1.7. 饲用酶的添加量缺乏可靠依据。在活性稳定的前提下，酶制剂添加量的多少影响其使用效果。酶制剂的用量必须与饲料中底物禽量相适应，添加量过少无法获得理想效果，但过量添加
48、必然会增加饲料成本。日前市场中流通的饲用酶制剂添加量，大多数未经过生长试验的鉴定，而只是根据理论计算得出。因此，饲用酶制剂在不动物饲料中适宜添加量有待研究。1.8. 酶制剂产品结构不合理，应用深度不够。中国酶制剂仍以传统酶制剂种类：糖化酶、淀粉酶、 蛋白酶等为主，缺少高端酶制剂产品，结构不合理。同时，由于品种单一和恶性竞争现象存在，导致中国酶制剂行业经济效益较差，发展后劲不足。目前，国外酶制剂企业正在大力发展液剂型、颗粒型产品，重视固定化酶的发展。国内酶制剂由于提取技术，工艺和装备水平相对落后。产品以粗酶为主质量参差不齐，应用受到限制。国际酶制剂的主流是附加值高的复合酶，复合酶的开发需以酶制剂生产和应用的综合技术为背景。国内酶制剂公司在生产酶制剂品种应用方面缺乏应用车间及专业研究人员等，缺乏根据原料、工艺和设备情况，通过试验提出相应解决方案的条件，限制了中国酶制剂产业的进一步快速发展。2. 饲用酶制剂的发展趋势