酶制劑是將生物體內(nèi)產(chǎn)生的酶經(jīng)過加工的產(chǎn)品。目前，細(xì)菌、真菌等微生物是各種酶制劑的主要來源。隨著近代生物工程技術(shù)的不斷進(jìn)展，利用微生物酶制劑來提高飼料利用率、消除抗?fàn)I養(yǎng)因子、提高動(dòng)物的消化能力等已引起飼料工業(yè)的高度重視。國外20世紀(jì)70年代開始了飼用酶制劑的研究與應(yīng)用，我國于20世紀(jì)90年代逐步開始這方面的研究，目前我國酶制劑在飼料中的使用率僅占10%,而歐洲發(fā)達(dá)國家90%的飼料都使用酶制劑。酶制劑飼料添加劑不僅具有提高飼料利用率、促進(jìn)動(dòng)物生長、防治疾病等作用，而且可替代抗生素的添加，減少了動(dòng)物體內(nèi)藥物殘留和產(chǎn)生耐藥性等副作用，是一種綠色環(huán)保型飼料添加劑，具有廣闊的發(fā)展前景。
1微生物酶制劑的生產(chǎn)方式
目前在飼料中添加的酶制劑，都是由微生物生產(chǎn)的。動(dòng)植物也存在各種酶，但提取酶的成本極高，且生產(chǎn)受季節(jié)限制。而用微生物來生產(chǎn)酶制劑，其產(chǎn)量高、生產(chǎn)成本低，不受季節(jié)限制。利用微生物來生產(chǎn)飼用酶制劑有兩種方法，一種是固體發(fā)酵，另一種是液體發(fā)酵。用固體發(fā)酵的方式來生產(chǎn)酶制劑也叫表層發(fā)酵。與液體深層發(fā)酵相比，其生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)成本低、不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，其發(fā)酵的酶活力高、酶系全。但缺點(diǎn)是：生產(chǎn)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、產(chǎn)量不易擴(kuò)大。液體發(fā)酵生產(chǎn)酶制劑主要的優(yōu)點(diǎn)是：操作勞動(dòng)強(qiáng)度小、可自動(dòng)化、可大規(guī)模生產(chǎn)。主要缺點(diǎn)是：生產(chǎn)投資規(guī)模大、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)生廢水易污染環(huán)境。目前國內(nèi)生產(chǎn)的飼用酶制劑，采用固體發(fā)酵法占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)轱暳现谐煞謴?fù)雜，多種酶的效果比單酶效果好。固體發(fā)酵生產(chǎn)的酶，酶系復(fù)雜，酶不經(jīng)濃縮，將發(fā)酵產(chǎn)品烘干后，粉碎，然后測(cè)定其活力單位，再添加填充劑，以達(dá)到企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，包裝后成成品。這樣的復(fù)合酶比單一酶更受到使用單位的歡迎。液體發(fā)酵的產(chǎn)品一般是其中某一種酶的酶活極高，而其他酶的酶活極低。使用時(shí)與其他單一酶配合使用，但總的酶系還不能與固體發(fā)酵產(chǎn)生的酶的酶系相比。不論細(xì)菌還是真菌、放線菌，均能采用固體發(fā)酵的方法來生產(chǎn)酶制劑。
2微生物酶制劑種類
飼料原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子及難于消化的成分較多，飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子是植酸鹽和非淀粉多糖，包括β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、纖維素、果膠，而消除這些抗?fàn)I養(yǎng)因子的酶制劑就是：植酸酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、果膠酶、α-半乳糖苷酶。而對(duì)于早期幼小畜禽來講主要是其內(nèi)源酶分泌不足。一般在常規(guī)日糧飼料中添加以淀粉酶、蛋白酶為主的復(fù)合酶，以促進(jìn)營養(yǎng)物的消化吸收，消除營養(yǎng)不良和減少腹瀉的發(fā)生。
2.1飼用植酸酶的應(yīng)用
植物性飼料中的磷大部分在植酸及植酸鹽中，單胃動(dòng)物難以利用而隨糞便排出，污染環(huán)境，而且植酸鹽中的磷通過鰲合作用，降低動(dòng)物了Zn、Mn、Ca、Cu、Fe、Mg等微量元素的利用，通過蛋白質(zhì)結(jié)合，形成復(fù)合體而降低對(duì)蛋白質(zhì)的消化吸收。植酸酶是一種降解植物性原料中的植酸及其鹽類中一種酯酶。產(chǎn)植酸的微生物種類很多，之中最主要的是真菌曲霉屬微生物，如Aspergillus、Ficuum、Aspergill niger.它們分泌的植酸酶能催化植酸向正磷酸鹽、肌醇和肌醇衍生物轉(zhuǎn)化，在豬、雞、日糧中添加植酸酶制劑可使植酸中的磷水解釋放出來，使其中的磷得以為動(dòng)物利用，使植酸磷消化率提高60%~70%,這樣可以減少外加無機(jī)酸鹽，減少糞便磷的排放，減輕對(duì)環(huán)境污染，而且還可以提高被結(jié)合的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)的利用，提高消化率。Simons等首次在豬飼料中添加微生物合成的植酸酶取得滿意效果，當(dāng)1000單位/千克飼料的植酸酶可使磷的利用率達(dá)21%~57%.
Cromwell等在豬飼料中添加0毫克/千克、250毫克/千克、500毫克/千克、1000毫克/千克植酸酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加500毫克/千克植酸酶時(shí)，平均日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和磷利用率分別提高12%~16%、6%和23%~80%,當(dāng)添加1000毫克/千克植酸酶時(shí)，平均日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和磷利用率分別提高9%~23%、6%、33%~57%.在雞飼料的試驗(yàn)表明，添加植酸酶50~1500單位/千克時(shí)，飼料轉(zhuǎn)化率提高，并有效改善鈣、磷的利用率，與添加無機(jī)磷的對(duì)照組相比，除生長性能相似或稍好外，磷的糞便排出減少一半。
大量研究表明，豬、禽日糧添加植酸酶可提高植酸磷的利用率，取代或減少無機(jī)磷酸鹽的添加，同時(shí)減輕因磷酸鹽含氟量高而中毒。同時(shí)使磷的排放量大幅度降低，蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)的消化率亦提高，對(duì)于因磷污染環(huán)境而制約家禽、家畜飼養(yǎng)業(yè)發(fā)展的國家，飼料中添加植酸酶具有特別重要的意義。
2.2蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和α-半乳糖苷酶
蛋白酶的作用是將組成蛋白的大分子多肽水解成寡肽或氨基酸，淀粉酶的作用是將大分子淀粉水解成寡糖、極限糊漿和葡萄糖。脂肪酶的作用是可將天然油脂分解，最終產(chǎn)物為單酸苷油脂、脂肪酸。α-半乳糖苷酶能將α-半乳糖苷低聚糖分解為單糖。
Corring等的研究表明，仔豬胃腸道的消化酶活性隨著年齡增長而增長，但斷奶對(duì)消化酶的活性增長趨勢(shì)有倒退的影響，在第4周至斷奶后1周內(nèi)各種消化酶活性降低到斷奶前水平的1/3.這是的腸道消化生理功能不適應(yīng)高淀粉、高蛋白的飼料日糧，引起胃腸機(jī)能紊亂，易誘發(fā)腹瀉發(fā)生，同時(shí)脂肪酶活性低也是誘發(fā)腹瀉原因之一，如果在仔豬飼料日糧中加入外源性淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶來補(bǔ)充內(nèi)源性酶分泌不足，可以改善消化，減輕腹瀉。在以豆粕為主要蛋白源的日糧中添加α-半乳糖苷酶、蛋白酶可以有效改善營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。根據(jù)研究，添加枯草桿菌蛋白酶，可以分解大豆儲(chǔ)存蛋白質(zhì)，還可以降解胰蛋白酶抑制因子、植物凝結(jié)素和抗原蛋白等。
2.3非淀粉多糖酶
在非常規(guī)植物性飼料中存在大量的非淀粉多糖。植物性原料的細(xì)胞壁都含有纖維素、果膠等物質(zhì)，蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)都包裹在里面，大麥、小麥和黑麥都含有β-葡聚糖、木聚糖，米糠中含有大量的纖維素和木聚糖。
纖維素酶、果膠能破除植物細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物充分釋放出來，為單胃動(dòng)物腸道所吸收。β-葡聚糖酶、木聚糖酶和果膠酶能水解水溶性β-葡聚糖、木聚糖和果膠，能有效降低動(dòng)物腸道中食糜黏度，有利于內(nèi)源消化液充分和食糜混合，充分消化，利于營養(yǎng)物的吸收提高飼料的利用率及能量，降低料重比。添加非淀粉多糖酶可在飼料日糧中加大非常規(guī)飼料的用量，非常規(guī)飼料資源豐富，價(jià)格低廉，這樣可以提高養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
Friesen etal在以大麥為基礎(chǔ)的日糧，加β-葡聚糖酶后，肉雞增重可提高46%,（加或不加酶的增重為100克/只、146克/只）表觀代謝能AEM提高33%（10.77兆焦/千克日糧∶14.3兆焦/千克日糧）,脂肪消化率提高193%（17.4%∶15%）.根據(jù)浙江農(nóng)科院畜牧所研究表明，以大麥為基礎(chǔ)的日糧加β-葡聚糖酶后，即使大麥價(jià)格高于玉米0.1元，也可和玉米基礎(chǔ)日糧達(dá)到同等效益。大量研究表明，以大麥為基礎(chǔ)日糧添加酶可以改善肉雞生長和飼料轉(zhuǎn)化率，以前人們很少將大麥用于肉雞日糧中，因其含有較高的β-葡聚糖酶，不利于生長，降低飼料轉(zhuǎn)化率，出現(xiàn)黏糞，添加β-葡聚糖酶已證明能減少β-葡聚糖酶的負(fù)效應(yīng)。
大量試驗(yàn)表明，日糧添加高比例的小麥，同時(shí)加木聚糖酶，肉雞的表觀代謝能、增重、飼料轉(zhuǎn)化率、蛋白質(zhì)消化率、脂肪消化率及糞便均得到改善。與玉米相比，其生長或飼料轉(zhuǎn)化率與玉米日糧相同，甚至超過玉米日糧。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)以米糠在肉雞上做試驗(yàn)，在米糠日糧添加以木聚糖為主的粗酶制劑，其日增重可提高11.1%,為米糠類飼料的利用開辟了有效途徑。
3飼用酶的應(yīng)用模式
家禽家畜等的喂養(yǎng)方式是以粉料或顆粒的方式來喂養(yǎng)的。當(dāng)使用粉料時(shí)，酶可以直接先加到預(yù)混料中，要均勻混合進(jìn)去。當(dāng)采用高溫制粒時(shí)就涉及到蛋白質(zhì)變性問題，酶是一種活性蛋白質(zhì)，它與所有的蛋白質(zhì)一樣對(duì)環(huán)境很敏感，在高溫時(shí)會(huì)變性。飼料制粒后進(jìn)入冷卻系統(tǒng)前，飼料的溫度很高，可達(dá)90℃，制粒會(huì)導(dǎo)致飼料自身內(nèi)源酶和外添加酶的活性受到損失，只是不同性質(zhì)的酶其活性損失程度不同。加酶飼料制粒后酶活性損失程度與不同酶的特性、酶制劑的劑型、制粒時(shí)溫度有關(guān)。由于酶在飼料制粒時(shí)，使用蒸汽調(diào)質(zhì)，同時(shí)也承受壓力，用干酶制劑做耐高溫試驗(yàn)或用酶在高溫溶液內(nèi)做耐高溫試驗(yàn)不能說明制粒的結(jié)果，當(dāng)然會(huì)存在一定的相關(guān)性。制粒酶活損失是一個(gè)頗有爭(zhēng)議的問題，因?yàn)槊副桓叨认♂專侥壳盀橹惯�沒有精確測(cè)定加酶飼料中的酶活性的方法。Nunes報(bào)道，制粒溫度高于60℃時(shí)顯著降低戊聚糖酶（如木聚糖）的活性。Spring報(bào)道，真菌淀粉酶和戊聚糖酶在制粒溫度達(dá)到80℃時(shí)無明顯的活性損失。
為了避免飼料制粒的活性損失，可采用穩(wěn)定化技術(shù)和制粒后噴酶技術(shù)。采用穩(wěn)定化技術(shù)，主要采用物理包埋、化學(xué)修飾來提高酶的耐熱性，這樣在制粒時(shí)，能有效減少酶的損失。制粒后噴酶，是將酶制劑在制粒后添加到飼料中的技術(shù)，其方法是采用液體酶通過噴霧系統(tǒng)，將酶均勻地涂布到還保持余熱的顆粒飼料表面，利用余熱讓水分蒸發(fā)。采用這兩種技術(shù)都會(huì)極大提高飼用酶的成本，在飼料工業(yè)中目前還沒有應(yīng)用，有些加酶飼料還仍采用制粒方法。
4飼用酶生物有待進(jìn)一步研究的領(lǐng)域
盡管已證明酶在動(dòng)物飼料中應(yīng)用有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但它的應(yīng)用仍處于起步階段，有許多問題需待研究。
4.1提高生物發(fā)酵效價(jià)，大幅度提高酶活性
目前很多酶的生產(chǎn)活力單位不夠高，這樣在應(yīng)用時(shí)成本較高，不利于廣泛應(yīng)用。如植酸酶，既能節(jié)約外加磷源的量又能改善環(huán)境，但它的應(yīng)用受到了極大的限制，在國內(nèi)只應(yīng)用于蛋雞上。其主要原因是，目前微生物發(fā)酵產(chǎn)生植酸酶的酶活力不高，在使用時(shí)并不比外加磷源成本低。肉雞生長快，磷的需求大，如果用外加植酸酶來代替磷源，其成本比外源磷高很多。如果極大地提高植酸酶發(fā)酵活力單位，降低成本，可使植酸酶得到更廣泛地應(yīng)用。
4.2集多種酶有同一微生物生產(chǎn)
由于飼料成分復(fù)雜，添加復(fù)合酶效果比單一酶好。采用固體發(fā)酵生產(chǎn)的酶制劑，都是復(fù)合酶，以一種酶為主，活力較高，如含有其他幾種酶，一般活力較低。如果采用基因工程方法，構(gòu)筑基因工程菌，使產(chǎn)兩種以上高活力的酶的基因在同一種菌表達(dá)，如可采用將高產(chǎn)活力蛋白酶、果膠酶、α-半乳糖苷酶的基因構(gòu)筑在同一菌中，生產(chǎn)的酶用在以豆餅為主要蛋白源的飼料中（目前讓研究人員感興趣是將纖維素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、植酸酶這些單胃動(dòng)物體內(nèi)不能分泌的酶的基因構(gòu)筑在一起，來產(chǎn)生復(fù)合酶）,這樣可以極大的降低成本，促進(jìn)酶制劑廣泛應(yīng)用。
4.3研制能耐高溫的酶
能耐高溫的酶加入飼料中，能保證在飼料制粒時(shí)減少酶活性損失。通過各種方法選育出來的新型微生物酶，這種酶在高溫時(shí)沒有高的活性，而在37℃左右具有較高的活性，在制粒時(shí)也不受明顯的損失。這樣的酶最受飼料工業(yè)的歡迎。
4.4酶的應(yīng)用方面
研究酶與日糧成分的相互作用，以確定所需酶的種類，同時(shí)研究酶在腸道內(nèi)的作用方式，和不同日糧狀況下酶的最佳組成，以及加酶后哪些氨基酸和微量元素或礦物質(zhì)可以不加或少加，所有這些將帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。
