酶制劑在飼料中應用的現狀及展望

張開磊，王寶維

（青島農業大學優質水禽研究所，山東 青島 266109）

酶制劑在飼料中應用的現狀及展望

張開磊，王寶維*

（青島農業大學優質水禽研究所，山東 青島 266109）

飼料原料短缺是制約我國飼料工業發展中最大因素。但可作飼料原料的非谷物飼料資源卻又很少或沒有被開發利用，白白被浪費掉，還污染了環境。隨著生物技術的發展，飼用酶制劑和微生物制劑的產量得到了快速增長，飼料資源的質量也有了顯著提高。文章綜述了我國非谷物飼料資源的應用狀況、限制其利用的原因、酶制劑的優點及存在的問題及展望。

酶制劑；飼料；抗營養因子；前景

隨著生物技術的發展，飼用酶制劑和微生物制劑的產量得到快速增長，質量也有顯著提高，酶制劑可以提高飼料利用率、促進動物生長、改善生態環境和防治動物疾病，避免了由于添加抗生素、激素和高銅等物質產生的負面影響，具有明顯的經濟效益和積極的環保意義[1]。我國配合飼料中除一般玉米-豆粕型日糧，還有在玉米-豆粕型日糧基礎上加入10%～40%的大麥或小麥、次粉、麥麩、統糠、棉粕等非常規飼料原料，這使得飼用酶制劑在飼料工業中占有重要地位[2]。另外，外國低價格小麥、大麥產品的涌入，將進一步刺激飼用酶制劑的市場需求。添加以降解纖維素、半纖維素和果膠為主的飼用酶制劑，消除抗營養因子的抗營養作用，其市場前景極為廣闊。

1 酶制劑的定義和分類

酶是一種具有催化反應能力的特殊蛋白質，是促進生物化學反應的高效物質。飼用酶制劑是一種以酶為主要功能因子、通過特定生產工藝加工而成的飼料添加劑[3]。其中復合酶制劑是將兩種或兩種以上具有生物活性的消化酶混合而成的產品，是目前最常用的酶制劑飼料添加劑。按照飼用酶制劑功能可分為以降解多糖和生物大分子物質為主，主要包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、糖化酶、纖維素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶，其主要功能是破壞植物細胞壁（植物細胞壁由蛋白質、脂肪、多聚糖苷鍵連接成網狀結構），使細胞內容物充分釋放出來；以降解植酸、β-葡聚糖、果膠等抗營養因子為主，主要包括植酸酶、β-葡聚糖酶、果膠酶，能降解細胞壁木聚糖和細胞間質的果膠，提高飼料的利用率[4]。

2 我國非谷物飼料資源的應用狀況

近年來，我國家畜數量的持續增長導致飼料缺口不斷加大。作為飼料主要來源的玉米和豆粕價格的大幅上漲直接導致了養殖業經濟效益的下滑，作物秸稈、羽毛、甜菜渣、蔗渣、酒糟、水果皮殼以及屠宰后的下腳料等農副產品因其價廉易得越來越受到養殖戶的重視，農副產品在家畜飼養上的資源化利用由此也成為當前動物營養學研究的熱點。為解決我國糧食問題，必需處理好飼料用糧問題。開發非常規飼料資源為解決人畜爭糧問題提供了可行性。我國在工業化進程中，產生了許多農副產品，而這些農副產品一直以來沒有得到很好的利用，造成了很大的浪費以及環境污染。這些農副產品中含有較豐富的營養物質，可以作為飼料原料。

2.1 農業秸稈

秸稈是農作物生產系統中一項重要的生物資源。我國是農業大國，2009年我國主要秸稈產量約6.3億t，2010年全國秸稈理論資源量為8.4億t，可收集資源量約為7億t。龍芳羽利用微生物發酵農業秸稈，使發酵產物中粗蛋白質提高200%[5]。

2.2 油菜籽餅粕

油菜是我國最主要的油料作物，己成為世界上發展最快的大宗油料，總產量僅次于大豆。從20世紀70年代后期開始，我國的油菜種植面積和產量都己居世界第一位，單產也已超過世界平均水平，每年油菜籽制油后產生菜籽餅粕約600萬～700萬t[6]。

2.3 茶籽

茶籽包括油茶茶籽和茶葉茶籽。油茶是我國南方丘陵地區一種重要的油料作物，占全國木本食用油料作物的80%。我國油茶林面積約400萬km2，是世界上油茶品種最多、分布最廣、產量最多的國家[7]。據統計，我國近年來年產油茶茶籽約55萬t，按機榨得油率70%計算，油茶餅粕年均產量約40萬t[7]。我國采摘茶園面積約為100萬公頃，茶葉茶籽產量約為44萬t，按機榨得油率70%計算，全國茶葉茶籽粕可達30萬t。我國油茶茶籽粕和茶葉茶籽粕產量約為70萬t，由此可見，我國潛在的可利用茶粕資源十分豐富[7]。

2.4 棉籽粕

我國是世界上主要的產棉大國，年產棉籽800余萬t，棉籽中含棉仁約50%～55%，棉仁中含油30%～35%，含蛋白質35%～38%，提煉油后的棉粕中含有豐富的蛋白質。棉籽資源得到充分利用，每年都可得到優質棉籽蛋白約200余萬（t蛋白質含量約50%），可部分替代豆粕和魚粉，緩解我國蛋白質飼料的供需矛盾，促進養殖業的發展[8]。

2.5 玉米胚芽粕

玉米胚芽粕是以玉米胚芽為原料，經壓榨或浸提取油后的副產品，除極個別品種屬于蛋白質飼料外，大部分產品屬于能量飼料。玉米胚芽粕中含粗蛋白質18%～20%，粗脂肪1%～2%，粗纖維11%～12%，氨基酸組成與玉米蛋白飼料的水平相似，因此，研究其在畜禽日糧中的飼用效果有一定的實際意義。我國年產玉米1.39億t，每年都會生產出大量的玉米胚芽粕[9]。

2.6 菌糠

菌糠是指以棉籽殼、鋸木屑、稻草、玉米芯、甘蔗渣及多種農作物秸稈、工業廢物（如酒糟、醋糟、造紙廠廢液及制藥廠黃漿液等）為主要原料栽培食用菌后的廢棄培養料。我國食用菌總產量從1978年的6萬t到2007的1 682萬t，約占世界食用菌總產量的70%以上[10]。然而，大多數食用菌的絕對生物學效率約為10%，即干培養料1 kg能產出干菇重約0.1 kg，所以90%的干培養料仍然存在于菌糠當中，因此我國有巨大的菌糠資源[10]。

2.7 酒糟

2010年我國啤酒產量達3 000萬t，而啤酒糟達750萬（t濕糟）[11]。啤酒糟具有豐富的營養價值，其營養成分為蛋白質24%～28%，脂肪8%～11%，纖維55%～61%，糖1%～3%，灰分3%～5%[12]。我國年產白酒400～600萬t，而發酵丟糟達1 500～2 100萬t，丟糟量大而集中，如果不及時加以處理，就會腐敗變質，不僅浪費了寶貴的資源，還會嚴重污染周圍的環境。白酒糟含有豐富的蛋白質和18種氨基酸，還含有豐富的磷、鉀等無機元素及維生素[13]。此外，還存在由微生物菌體產生的核糖核酸及嘌呤等微量有益成分。黃酒糟是黃酒釀造中的主要副產物，約含有30%的蛋白質，氨基酸種類齊全。我國有黃酒生產企業500多家，2010年全國黃酒產量為134萬t。黃酒的平均出糟率約為20%～30%，數量相當可觀[14]。

2.8 其他

近年來，我國玉米年產量已達到1.2億t，預計2010年玉米年產量將達到1.5億t。在玉米的消費中，工業消費占消費總量的80%，并呈不斷上升的趨勢。玉米生產加工中會產生大量的副產物，估算玉米須的年產量為750萬t、玉米為1 500萬t、玉米苞葉為1 000萬t[15]。由此可見，要提高玉米加工產業的社會及經濟效益，就要不斷提高玉米加工綜合利用與整體開發的技術水平，其中加大對玉米加工副產物的深度開發利用尤為重要。

3 限制非谷物飼料資源利用的原因

抗營養因子是限制非谷物資源利用的主要原因。而非淀粉多糖是主要的抗營養因子。非淀粉多糖（NSP）是植物組織中除淀粉以外所有碳水化合物的總稱，包含纖維素、半纖維素、果膠等結構多糖和抗性淀粉，主要存在于植物細胞壁中，是構成細胞壁的主要成分[16]。

NSP在動物生產中表現的抗營養作用主要包括降低飼料營養物質的消化吸收，影響日糧的轉化效率和動物生產性能；引起動物消化道形態和生理變化，一些水溶性NSP可使動物消化器官增大或變重；與某些消化道中的生理活性物質結合，例如消化酶、膽汁鹽、脂類、膽固醇等，降低消化酶的活性，造成消化不良；與消化道后段微生物區系相互作用，造成厭氧發酵，產生大量的生孢梭菌等分泌某些毒素，抑制動物生長；產生黏性糞便，影響畜舍和周圍環境，產蛋雞還會污染蛋品等。NSP可影響消化道的分泌功能，Ikegami等試驗顯示，隨著樹膠（一種阿拉伯聚糖）喂量升高，大鼠胰酶分泌量顯著增加，胰臟、膽囊的重量顯著增加[17]。Zebrowska等報道，日糧中添加可溶性NSP和不可溶性NSP均能使豬胰液和膽汁分泌量增加，其中可溶性NSP將分泌量分別提高81%和40%，提高幅度遠高于不可溶性NSP作用[18]。可溶性NSP可抑制一些內源性消化酶的活性，降低養分消化率。Choct等報道，可溶性NSP含量高的低能小麥降低了肉仔雞消化道食糜中淀粉酶的活性。β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖直接與腸道中胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶結合，降低消化酶活性，但酶制劑的添加則可以很好的解決這些問題[19]。

4 酶制劑的作用

4.1 提高生產性能

酶在飼料中的主要作用是提高飼料中消化養分的比例，提高飼料的利用率。動物飼料主要分為谷物類及粕類，植物細胞壁的存在影響了養分的消化吸收。豬、禽等自然分泌的酶無法分解細胞壁，所以只有在飼料中補加相應的酶才能將其降解。玉米、大麥等谷類以及麥麩、餅粕等農副產品，經添加纖維素酶類、半纖維素酶和果膠酶，在幾組酶的協同作用下才能破壞植物的細胞壁，使其變得松軟，促使細胞壁及其細胞內容物在動物胃腸中消化吸收，從而提高飼料利用率[20]。木聚糖酶在家禽日糧中的應用較為廣泛。研究表明，木聚糖酶能有效促進飼料營養物質吸收消化，提高家禽生產性能。徐駿等報道，添加木聚糖酶0.05%使試驗組仔雞增重提高，而料重比降低[21]。

4.2 消除飼料中的抗營養因子，促進動物生長

抗營養因子具有抗營養作用。不同飼料成分含有不同的抗營養因子。抗營養因子產生作用的方式包括抗營養因子在畜禽胃腸道內與養分結合形成復合物，從而阻止養分的吸收；另外抗營養因子直接抑制對養分消化吸收具有促進作用的內源酶活性，飼料中的半纖維素和果膠溶于水后會產生黏性溶液，增加了消化道內容物的黏稠度，使營養物質和內源酶難以擴散，縮短了飼料通過腸道的時間，影響了動物的消化吸收。在復合酶的協同作用下，可將纖維素、果膠以及糖蛋白降解為單糖和寡糖，降低了腸道內容物的黏稠度，減少了此類物質對消化利用的阻礙，增加了養分的消化吸收。據報道，飼料中添加酶制劑還能激活內源酶的分泌，從而提高飼料的消化利用率，促進動物生長。木聚糖酶的添加也可以促進纖維在反芻動物瘤胃中的消化。高春生等報道，在草魚基礎飼料中添加木聚糖酶0.05%～0.2%，結果發現，草魚增重率提高，餌料系數降低，干物質、粗蛋白質、粗脂肪和粗纖維的消化率提高[22]。

4.3 拓寬飼料來源

農作物秸稈在世界上的產量每年約有20～30億t。我國是一個農業大國，農作物秸稈資源十分豐富，作物秸稈中約有65%～80%的干物質能夠向動物提供能量，而目前用作飼料的不足10%，絕大部分農作物秸稈仍直接還田或作為燃料使用，既造成資源浪費，又污染環境[23]。除了牛等少數草食家畜能消化秸稈中的纖維素之外，其他家畜都不能利用這部分能量，而且由于纖維素的存在，反而會影響其他營養物質的消化，從而降低飼料營養價值。纖維素酶是分解纖維素的一類酶的總稱，其主要作用是降解畜禽消化道內NSP，降低腸道內容物黏性，促進營養物質吸收，減少禽畜下痢，從而促進畜禽生長和提高飼料利用率。農物秸稈中含有較多的NSP，主要包括阿拉伯木聚糖、葡聚糖、半乳糖、果膠、纖維素等。因單胃動物不能分解NSP，從而使其成為一種抗營養因子。酶制劑可消除飼糧中的抗營養因子，提高飼料利用率，節約飼料資源。

4.4 提高動物幼崽的成活力

近年來，由于農戶養殖成活率低、生長速率慢，家庭式養殖的數量逐漸減少，在推廣企業+農戶式的生產方式過程中遇到很大難度。酶制劑在飼料中的應用能改善NSP引起的家禽消化、免疫器官發育不良，調節血液代謝激素的水平，最終提高家禽的生產性能和成活率。在小麥基礎日糧中添加木聚糖酶能使肉仔雞的脾臟、胸腺和法氏囊的相對重量提高，死淘率下降60%[24]。史寶軍等研究發現，在小麥型基礎日糧中添加木聚糖酶可以使肉雞日增重提高2.38%，料重比下降6.91%，成活率提高6.47%[25]。

5 存在問題

目前很多企業實現了飼料酶制劑的工業化，獲得了較高酶活力的菌株，但在粗放的工業條件下（如高溫、高壓、重金屬離子、氧化劑和極端pH等），天然酶常會遭到破壞，使酶的生產和使用受到極大限制。目前工業上直接利用酶制劑時還存在一些缺點，如穩定性差、使用率低、不能在有機溶劑中使用及壽命不長等，造成了使用酶的成本升高。其中，酶的穩定性是現階段酶應用中的一大難題。雖然國內外有關飼料酶制劑應用的研究報道很多，但添加水平和結論并不一致。對于不同酶活性的產品、不同動物種類、不同生理階段以及不同飼料品種的適宜添加量并不明確，因此，在實際應用中往往因用量不當而影響應用效果。飼料酶制劑大多是微生物制劑，對溫度、濕度、酸、堿等敏感，處理不當易失活，而對其進行穩定化處理的研究還不夠，導致飼用效果不穩定。我國大多采用固體發酵，由于目前固體發酵飼料用酶制劑生產工藝存在著一些無法克服的缺陷，造成產品質量不如液體發酵穩定，在生產中有時帶入雜菌，給應用帶來一定的不利因素。飼料酶制劑要廣泛、經濟、高效的應用于飼料工業應具備一定條件。因此，通過誘變篩選優良菌種，使之產生的酶能耐高溫、有較寬的pH作用范圍等抗不良外界條件的性能，是可供選擇的一種好方法，也是一個迫切需要解決的問題。

6 展望

酶制劑尤其是黏性谷物酶已經在食品、飼料、造紙等眾多工業領域充分顯示出了巨大的應用潛力，隨著科學技術的發展和研究手段的不斷豐富，必然會誕生一大批適合不同應用領域要求的飼料酶制劑優良新品種，為解決人類發展中可能遇到的能源、糧食、環境等諸多問題做出巨大貢獻，實現可持續發展。

[1]鐘茂,謝和芳.飼料木聚糖酶的開發[J].飼料工業,2005（14）: 56-59.

[2]蘇軍,陳代文.非淀粉多糖酶制劑在動物營養中的研究進展[J].家畜生態學報,2006,27（1）:79-83.

[3]趙燕飛,汪以真.飼用酶制劑及其應用中應該注意的問題[J].飼料研究,2004（2）:25-26.

[4]史寶軍.酶制劑在飼料應用中的研究進展[J].廣東飼料,2009, 18（8）:25-28.

[5]龍芳羽.鵝源纖維素分解菌固態發酵秸稈工藝的研究[D].青島:青島農業大學,2007.

[6]周守敘.菜籽餅粕的營養價值與毒性分析[J].廣東飼料,2012（2）:30-32.

[7]楊強,胡海波,張石蕊.茶粕飼料資源開發及利用技術研究進展[J].飼料工業,2006,27（19）:53-55.

[8]王文秀,楊啟元,孫國林,等.微生物發酵棉粕飼料喂養蛋雞的優勢[J].新疆畜牧業,2010（3）:32-33.

[9]張樂樂,胡文婷,王寶維.玉米胚芽粕在動物營養中的研究進展[J].飼料廣角,2010（17）:47-48.

[10]潘軍,劉博,廉紅霞,等.菌糠在飼料中的應用研究[J].家畜生態學報,2010（3）:88-94.

[11]邱雁臨.生物技術在啤酒糟綜合利用中的研究進展與前景[J].食品與發酵工業,2002,28（1）:72-73.

[12]王文宗,李恒,張文學,等.新型麩曲釀酒發酵的實用化研究[J].釀酒科技,2009（8）:80-82.

[13]高路.酒糟的綜合利用[J].釀酒科技,2004（5）:101-102.

[14]邵明,王家林,張穎,等.廢棄黃酒糟的開發利用[J].中國釀造, 2011（9）:15-18.

[15]魯曉翔,連喜軍,唐津忠,等.玉米加工副產物高附加值利用研究進展[J].糧油加工,2007（4）:84-87.

[16]王冉.非淀粉多糖的化學結構和營養特性[J].國外畜牧科技, 1998,25（6）:9-14.

[17]Ikegami S,Tsuchihashi F,Harada H,et al.Effect of viscous indi?gestible polysaccharides on pancreatic-biliary secretion and di?gestive organs in rats[J].Journal of Nutrition,1990,120（4）:353-360.

[18]Zebrowska T,Low A G,Zebrowska H.Studies on gastric digestion of protein and carbohydrate,gastric-secretion and exocrine pan? creatic-secretion in the growing-pig[J].British Journal of Nutri?tion,1983,49（3）:401-410.

[19]Choct M,Hughes R J,Trimble R P,et al.Nonstarch polysaccha?ride-degrading enzymes increase the performance of broil?er-chickens fed wheat of low apparent metabolizable energy[J]. Journal of Nutrition,1995,125（3）:485-492.

[20]陳碧祥,吳振強.飼料用酶制劑的開發與應用[J].糧食儲藏, 2002（5）:40-44.

[21]徐駿,袁華根,高峰.小麥日糧中添加木聚糖酶對肉仔雞生長性能的影響[J].飼料研究,2007（4）:70-72.

[22]高春生,劉忠虎,肖傳斌.木聚糖酶對草魚生長性能和消化率的影響[J].飼料研究,2006（8）:48-49.

[23]饒輝.國內外秸稈類微生物發酵飼料的研究及應用進展[J].安徽農業科學,2009,37（1）:159-161.

[24]王金全,蔡輝益,陳寶江,等.小麥日糧中添加木聚糖酶對肉仔雞生產性能、免疫、消化器官發育和血液代謝激素水平的影響[J].河北農業大學學報,2005,28（1）:73-76.

[25]史寶軍,崔細鵬,王淑彩,等.木聚糖酶在肉雞小麥日糧中的應用效果[J].養殖與飼料,2007（6）:55-57.

Present Situation and Expectation of
the Enzymes Application in Feed

ZHANG Kailei,WANG Baowei*
（Institute of High Quality Waterfowl,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,Shandong China）

Feedstuff shortage is the biggest constraint in the development of feed industry in our country.How?ever,a lot of raw material is wasted and polluted the environment at the same time.With the development of the biotechnology,the production of enzyme preparation and microbial agents got rapid growth with high quality.This paper reviewed the application status of the grain feed resources,the advantages and expectation of the enzyme preparation.

enzyme preparation;feed;antinutritional factors;prospect

TQ925；S816.8

A

1001-0084（2014）02-0026-05

2013-12-03

國家水禽產業技術體系（CARS-43-11）

張開磊（1988-），男，山東日照人，碩士研究生，研究方向為動物營養與保健。

*通訊作者：教授，碩士生導師，E-mail:wangbw@qau.edu.cn。