纖維素酶在養豬生產中的應用

李曉玲，李少寧，于衍男，宋春陽

（青島農業大學，山東 青島 266109）

近年來，隨著飼料工業的飛速發展以及養殖業的迅速崛起，飼料應用安全、飼料可利用資源的短缺以及造成的環境污染等問題引起了有關部門重視。合理利用現有飼料資源，尋找合適新型飼料添加劑已成為目前亟需解決的問題。酶制劑是一種安全、高效的生物活性催化劑，已經逐漸得以應用，也為飼料工業向高效利用、無污染、無殘留方向發展提供了可能。纖維素酶是一種分布廣、蘊藏量豐富的生物物質，也是較廉價的可再生資源，纖維素酶在養殖業中的應用具有廣闊的發展前景。

1 飼用酶制劑與纖維素酶

1.1 飼用酶制劑

酶是由動物機體活細胞產生的一種具有高效生物催化活性的蛋白質，不同酶在生物體內可以將各種大分子營養物質（脂肪、蛋白質、淀粉等）分解成可供機體吸收利用的小分子營養物質。酶作為一種綠色的生物催化劑，具有高效性、高選擇性、能耗低、綠色環保等特性，酶的使用將極大提高營養物質利用的效率。酶制劑作為一種特殊的新型飼料添加劑，具有營養性和非營養性雙向作用。有研究表明，酶制劑在改善動物營養物質消化和利用、消除飼料中的抗營養因子、促進胃腸道健康、正常生理反應和機體免疫調控、體內脫毒解毒、抑菌殺菌、抗氧化等方面具有特殊作用[1]。飼用酶制劑還具有無毒、無害、無殘留、可降解等特性，使用酶制劑不但可以提高畜禽的生產性能，而且還可提高營養物質原料，特別是氮和磷的消化利用率，可有效減少畜禽氮、磷的排放，減少環境污染[2]。從最初的淀粉酶和蛋白酶，到現在的植酸酶和非淀粉多糖復合酶等，從用于補充內源酶分泌的不足，到用于消除飼料中各種抗營養因子和各種毒素等，飼用酶制劑的應用種類越來越多，使用范圍也越來越廣。

目前在動物飼料中添加應用的酶制劑主要包括單-酶制劑和復合酶制劑兩大類。單-酶制劑分為內源性消化酶和外源性消化酶，內源性消化酶的種類包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，外源性消化酶主要有植酸酶、非淀粉多糖酶等。復合酶制劑具有不同的功能特點，主要分為以β-葡聚糖酶為主的飼用復合酶劑、以蛋白酶和淀粉酶為主的飼用復合酶劑、以纖維素酶、木聚糖酶和果膠酶為主的飼用復合酶劑等。過去動物飼料中主要以植酸酶和非淀粉多糖酶應用較為廣泛，現在動物飼料以復合酶制劑的使用為主，復合酶制劑能夠更廣泛、更高效地分解植物性飼料及動物性飼料，既節約成本又提高飼料的利用率。

1.2 纖維素酶

纖維素酶是指能夠降解纖維素的一類酶的總稱，纖維素酶是由多種水解酶組成，屬于復雜酶系。纖維素酶廣泛存在于自然界的生物體內，細菌、真菌、動物體內都可以產生。纖維素酶的來源主要包括微生物的分泌、反芻動物胃腸道產生以及工業生產等方式，用于生產實踐的纖維素酶一般來自于真菌，較為典型的有木霉屬、曲霉屬和青霉屬等。根據各種酶催化功能的不同可以分為葡聚糖內切酶、葡聚糖外切酶和β-葡聚糖苷酶[3]。一般情況下，植物性飼料中含有大量的纖維素、半纖維素、果膠等物質，動物機體本身難以直接消化吸收利用，只有通過相關酶的分解才能吸收。纖維素的保護層是由多種物質高度聚合而成，其分子結構的結晶區中存有大量氫鍵（包括分子鏈內、鏈間及分子鏈與表面分子之間形成的氫鍵），是導致纖維素難以被動物機體利用的主要原因[4]。纖維素酶的水解作用可以將纖維素徹底分解，降低纖維素性日糧所造成的豬生長不良和對環境的污染，是一種高效和環保的利用方法。

纖維素酶作用于動物飼料的機理包括：補充內源酶并同時刺激其分泌，由于單胃動物體內缺乏內源性纖維素酶，不能消化食入的植物纖維素，添加纖維素酶能夠使粗纖維得以消化，提高動物對粗纖維的利用，還改善了消化道酶系組成、酶量及活性，極大提高了食入物質的消化利用率；能夠破壞植物的細胞壁，植物細胞壁是細胞外的一層堅固的外殼，主要保護細胞免受外界的傷害，也會阻止畜禽對細胞內營養物質的吸收，纖維素酶與各種酶的共同作用下可破壞細胞壁，釋放細胞內容物，細胞內容物進而被進一步降解，利于動物吸收營養物質；消除抗營養因子，纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶等可將植物飼料的纖維素等大分子物質降解為單糖和寡糖，利于吸收，同時增加內源酶的擴散，增加酶與各種物質的接觸面，促進大物質分解，利于營養物質的吸收。

2 影響豬消化吸收的內在因素

目前，豬常規型飼料主要以玉米-豆粕（豆餅）型為主，這些飼料中含有多種抗營養因子，這些抗營養因子能夠增加豬胃腸道食糜的黏度，影響腸胃消化，引起營養物質難分解，易導致消化不良，同時也會腐生大量的有害細菌，造成腸道黏膜絨毛與微絨毛的形態結構損傷，容易引起腹瀉，降低營養物質的吸收率[5]。單胃動物（尤其是仔豬）體內不能分泌消除抗營養因子作用的相關酶，進而食入的飼料中抗營養因子難以消除，將進一步影響動物機體對營養物質的消化和吸收利用率，甚至導致環境污染等問題。

3 纖維素酶在養豬生產中的應用

3.1 纖維素酶在斷奶仔豬中的應用

斷奶仔豬的消化機能發育并不完善，消化道內的各種酶系統尚未發育成熟。纖維素酶可以破壞富含纖維的細胞壁，使細胞內容物中的淀粉和蛋白質等營養成分釋放出來，增強仔豬對這些養分的消化利用、提高營養物質的利用率，促進仔豬的生長。孫守田等在仔豬的玉米-豆粕型日糧中添加復合纖維素酶0.15%，經統計分析，對照組和試驗組差異極顯著（P＜0.01），加酶后斷乳仔豬總體平均日增重比未添加酶增加0.1455 kg，試驗結果表明，纖維素酶能促進仔豬的生長，對仔豬的生長速度有很好的促進效果，同時添加復合纖維素酶還能減輕斷乳仔豬的腹瀉問題，改善仔豬胃腸道的消化能力[6]。于桂陽等在28日齡斷奶仔豬的玉米-豆粕型日糧中添加了復合酶制劑，結果表明，添加酶制劑0.10%對斷奶仔豬生產性能作用最佳，此水平下粗蛋白質、粗脂肪、無氮浸出物的消化率達到最大值，試驗組斷奶仔豬平均日增重比對照組提高42.11%，且飼料轉化率提高12.32%[7]。王振來等在仔豬次粉日糧中添加以木聚糖酶和β-葡聚糖酶、纖維素酶為主的復合酶制劑，結果表明，復合酶制劑能促進仔豬生長，與未加酶組相比，日增重提高15.16%，平均日采食量提高5.34%，表明飼料中添加纖維素酶能提高血清中生長激素水平，促進蛋白沉積、骨骼生長等，改善斷奶仔豬胃腸道消化能力，提高飼料轉化率[8]。

3.2 纖維素酶在生長育肥豬中的應用

豬機體內缺乏內源纖維素酶，對日糧中粗纖維的利用十分有限，日糧中的粗纖維在豬體內不僅消化率低，而且阻礙日糧中蛋白質的消化，影響其他營養物質的利用。為提高粗纖維的利用，實踐中多利用外源纖維素酶制劑水解細胞壁的纖維素結構，摧毀植物細胞壁，釋放植物細胞的內容物（包括淀粉、蛋白質、脂肪等）。纖維素酶對生長肥育豬的飼喂效果也十分顯著。楊葉東等研究發現，在基礎日糧中添加纖維素酶0.1%，皮×大×長雜交生長豬的平均日增重提高15.64%（P＜0.01），飼料報酬提高7.21%[9]。李德發等在平均體重為19 kg的生長肥育豬的小麥麩日糧中適量添加纖維素酶，結果發現，在試驗期0～2周，生長肥育豬的平均日采食、平均日增重分別提高5.0%、6.2%；3～4周的生長肥育豬平均日增重提高了8.1%，料重比降低了6%，說明酶制劑的添加促進了生長肥育豬的生長，料重比得以提高[10]。任繼平等在含魯梅克斯K-1草粉6%日糧中添加纖維素酶0.15%，觀察其對生長豬生長性能的影響時發現，纖維素酶能夠顯著提高生長豬2周的日增重（P＜0.05），而且日糧中干物質、有機物、總能和酸性洗滌纖維（ADF）的消化率均顯著提高（P＜0.05），干物質、粗蛋白質、粗纖維等的表觀消化率也得以提高[11]。王敏奇等試驗表明，在35 kg生長豬的早秈稻型日糧中添加復合酶制劑0.2%，生長肥育豬的日增重顯著提高（P＜0.05），料重比顯著降低（P＜0.05）[12]。倪良振等在含ADF 5.8%水平日糧中添加纖維素酶組合，發現其對促進煙臺黑豬和杜×魯煙白豬養分消化率、氮的吸收利用率及回腸氨基酸表觀消化率方面效果顯著（P＜0.05或P＜0.01），進一步試驗研究表明，ADF 5.8%水平試驗日糧添加纖維素酶0.15%能極顯著提高杜×魯煙白生長豬的平均日增重（P＜0.01），降低料重比（P＜0.05），減少腹瀉率（P＞0.05）[13]。申瑞玲等的研究表明，在含苜蓿草粉10%的日糧中添加復合纖維素酶0.1%可以顯著提高育肥豬的平均日增重與飼料轉化率（P＜0.05），對豬的胴體品質也有一定改善作用[14]。

4 纖維素酶的應用方法與注意問題

4.1 纖維素酶的應用方法

目前，國內外利用纖維素酶的方法主要包括體外酶解法和體內酶解法兩種。體外酶解法是把纖維素酶與秸稈或其他粗飼料拌勻后，在一定溫度、濕度和pH環境下堆積或密封發酵一定時間后，晾干或直接飼喂動物，該方法主要是在動物機體外將植物粗纖維降解，飼喂給動物后可以在體內直接被吸收。體內酶解法是把纖維素酶以添加劑的形式加入飼料中，與飼料拌勻后飼喂動物，借助動物消化道的內環境而發揮作用。纖維素酶在動物體內將食入的粗纖維逐漸降解，動物體內合適的溫度、濕度、pH等使酶能夠發揮極大的分解作用，充分利用酶制劑[15]。大量試驗研究表明，飼料中添加纖維素酶對其他動物的飼喂效果也十分顯著。許梓榮等在含麩皮30%的肉雞日糧中添加β-葡聚糖酶、木聚糖酶和纖維素酶，結果表明，肉雞日增重提高9.79%，飼料轉化率增加4.76%，干物質、粗纖維、粗脂肪和粗灰分的消化率均有不同程度提高[16]。在實際生產中，通常將纖維素酶與半纖維素酶、果膠酶、β-葡聚糖酶等組成復合酶添加到飼料中，補足機體內缺乏的各種酶，在其共同作用下使得植物飼料中的各種物質得以分解[17]。復合酶制劑作為一種綠色飼料添加劑，不但可以促進動物對營養物質的消化吸收，提高飼料利用率，改善動物生長性能，且無毒副作用，無殘留，在畜牧業生產中有著廣泛的應用前景[18]。

4.2 纖維素酶應用的注意問題

纖維素酶解反應受溫度、pH、底物濃度及纖維素、木質素含量的影響，不同種微生物產生的纖維素酶，其最適反應溫度差別較大，多數研究表明，纖維素酶作用底物的最適溫度為45～65℃；大部分纖維素酶的活性受pH的影響也較大，在最適pH下，酶反應速度最快，一般認為纖維素酶的最適pH為4.0～5.5[19]。因此飼料纖維素酶在實際生產應用中應注意以下幾方面的問題：應根據動物機體本身的生理特點、營養需要以及動物飼料的結構來選擇所需的酶制劑；注意盡量保持酶的穩定性，避免酶活性受到不必要因素的影響；飼用酶制劑反應條件必須與動物消化道生理條件相適應，動物消化道的生理條件不可更改，只有和酶制劑的反應條件相適應，酶活性才會最高；酶制劑經加工后應盡快使用，盡量縮短貯存時間，貯存時應放于干燥陰涼處，低溫貯藏，溫度過高、濕度過大、儲存時間過長都會導致酶制劑失效[20]。

飼料成分復雜，其中很多物質都會影響酶制劑的活性，例如植物凝集素以及Cu2+、Ag+、Fe2+等金屬離子對酶制劑均有負效應，Zn2+、Mg2+、Ca2+等金屬離子對酶制劑具有激活作用[21]。而植物組織中含有天然的纖維素酶抑制劑，保護植物免遭霉菌的腐爛，例如植物體組織中存在高的氧化酶活力，能將酚類化合物氧化成醌類化合物，后者能抑制纖維素酶[22]。因此，在飼料酶制劑的保存及分級預混合過程中，盡量避免對酶制劑有不利影響的因素[23]。提高纖維素酶降解率的方法主要包括：通過篩選產酶菌種，篩選菌種培養條件，尋找高活性纖維素酶；采用各種方法處理纖維素（如物理、化學、生物等方法），使其更易于分解；篩選酶解工藝條件，包括溫度、pH、酶促反應時間、激活劑等[24]。

5 小結

纖維素酶是一種高效、安全、綠色的生物催化劑，是可再生的重要資源和能源。動物飼料中添加適量纖維素酶對提高粗飼料利用率、促進動物生長、改善生態環境和防治動物疾病等有明顯效果。纖維素酶的使用對解決畜牧業可持續發展等方面問題具有良好潛力，具有廣闊的開發前景。

[1]王琤韡,瞿明仁.淺談幾種常見酶制劑的研究及其應用[J].飼料工業,2006,27（24）:55-59.

[2]王恬.安全動物生產系統中飼料添加劑的應用與研究[J].今日畜牧獸醫報,2006（4）:45-46.

[3]劉大森,鞠濤,楊方,等.纖維素酶在反芻動物飼料中的應用研究進展[J].東北農業大學學報,2011,42（6）:7-11.

[4]郭松林.纖維素酶及其在畜禽生產中的應用[J].中國飼料,2001（9）:23-24.

[5]遠德龍,趙英,宋春陽.飼用酶制劑在養豬生產中的應用[J].飼料與畜牧:新飼料,2014（7）:32-34.

[6]孫守田,遲占東,艾立威.纖維素酶應用于斷乳仔豬的效果[J].黑龍江畜牧科技,1999（2）:4.

[7]于桂陽,張昊,郭武生,等.斷奶仔豬日糧中添加復合酶制劑的效果研究[J].家畜生態學報,2005（3）:26-29.

[8]鄭文波,王振來,路廣計,等.高次粉飼糧中添加木聚糖酶、β-葡聚糖酶和纖維素酶（GXC）對仔豬生長性能的影響及作用機理探討[C].豬營養與飼料研究進展——第四屆全國豬營養學術研討會論文集,2003.

[9]楊葉東,韓祎君,潘愛中.纖維素酶對生長育肥豬飼養效果的影響[J].激光生物學報,2000,9（3）:203-205.

[10]李德發,趙君梅,宋國隆,等.纖維素酶對生長豬的生長效果試驗[J].畜牧與獸醫,2001（4）:18-19.

[11]任繼平,李德發,譙仕彥,等.魯梅克斯K-1草粉和纖維素酶對生長豬生長性能及養分消化率的影響[J].糧食與飼料工業,2006（3）:36-38.

[12]王敏奇,許梓榮,孫建義.早秈稻飼糧中添加酶制劑對豬生長和消化的影響[J].中國水稻科學,2003,17（2）:179-183.

[13]龐華靜,宋春陽,倪良振,等.日糧纖維對煙臺黑豬及其雜交配套系養分消化率和氮平衡的影響[J].中國飼料,2012（10）:21-26.

[[14]申瑞玲,張建杰,張改清.苜蓿草粉日糧中添加復合纖維素酶對生長育肥豬生產性能的研究[J].動物科學與動物醫學,2002,19（7）:52-55.

[15]周光明,王光,王嬡,等.纖維素酶的作用及其在豬生產中的應用[J].中國飼料,2012（22）:28-30.

[16]奚剛,許梓榮,錢利純.不同類型飼糧中外源酶對畜禽內源消化酶活性的影響[C].第三屆全國飼料營養學術研討會論文集,1998.

[17]朱崇淼.飼用纖維素酶的研究與應用[J].飼料博覽,2002（9）:12-14.

[18]聶昌林,宋春陽,韓子華.纖維素酶在豬生產中的應用研究進展[J].豬業科學,2013（11）:74-75.

[19]蘇東海,孫君社.提高纖維素酶水解效率和降低水解成本[J].化學進展,2007（2）:1147-1152.

[20]萬年升,郭榮富.纖維素酶的作用因素和應用中應注意的問題[J].飼料工業,2002,23（7）:41-42.

[21]張剛,張石蕊,戴求仲,等.生長豬含高木薯渣飼糧中添加纖維素酶的效果研究[J].湖南畜牧獸醫,2014（5）:13-15.

[22]鐘發剛,王新華.飼用纖維素酶研究進展[J].中國微生態學雜志,2002,14（5）:308-309.

[23]王曉亮,周櫻,張慶麗.酶制劑在豬生產中的應用[J].飼料工業,2013,34（6）:23-25.

[24]李明華,張大偉,楚杰,等.飼料纖維素酶的研究與應用進展[J].飼料與畜牧,2006（7）:28-32.