酶工程在饲料工程中的应用PPT课件.ppt

酶工程在饲料工业中的应用,1,.,饲料工业发展概况,饲用酶制剂,基因工程技术在饲用酶生产中的应用,固定化酶在饲料工业中的应用,4,1,2,3,酶工程在饲料工业中的应用,2,饲料工业发展概况,我国饲料工业开始于20世纪70年代末，80年代中期蓬勃兴起，尽管起步较晚，但发展较快。2008年，中国饲料产品总产量达137亿吨，饲料工业总产值4258亿元，连续17年饲料总产量位居世界第二，排在美国之后。到2011年全国工业饲料总产量已经突破1.8亿吨，总产值达到6348亿元，总体规模已位居全球第一位。饲料业的持续快速发展，不仅支撑了中国肉类和禽蛋等畜牧饲养业的发展，同时也满足了国内市场对“菜篮子”的需求。,3,饲料工业发展概况,现有饲料原料中，除大豆、鱼粉有较大量进口外，大部分实现了自给。饲料中抗营养因子研究成效显著，如通过加工工艺技术提高饼粕质量及饲用价值，脱除有毒、有害物质，提高棉、菜饼粕蛋白质利用率，对于缓解我国饲料中蛋白质资源的紧缺状况起到了很大作用。由于谷物中非淀粉多糖(NSP)和非常规饲料原料(如棕榈粕、芝麻饼粕、秸秆等)的研究和针对其设计的饲料复合酶的应用，小麦及非常规原料等在畜禽中的应用日趋活跃，在玉米、豆粕减产情况下，确保了饲料的正常供应。,4,饲料工业发展概况,饲用酶制剂,基因工程技术在饲用酶生产中的应用,固定化酶在饲料工业中的应用,4,1,2,3,酶工程在饲料工业中的应用,5,饲用酶制剂,伴随着饲料工业的发展，近年来，酶制剂在生产技术、应用技术方面取得了质的突破。在研究领域，饲用酶制剂一直是热点之一。酶制剂是饲料添加剂的一种，但相比其他饲料添加剂拥有较高的科含量和独特的作用效果，具有更广阔的应用空间。,6,饲用酶制剂,为什么要在饲料中添加酶？,所有的动物在消化食物时都使用酶。酶可以由动物产生，也可以由消化道中的微生物产生。但是任何饲料的消化率都不会达到100%，例如，猪对饲料的消化率为7585%。,使用酶的基本出发点是为了提高饲料原料的营养价值。在动物饲料中添加酶制剂以提高消化率可以看作是动物消化过程的延伸。,7,补充动物自身消化酶分泌的不足或活性降低，防止生产性能下降或消化不良。（幼龄禽畜）,降解在动物饲料中存在的抗营养因子。这些物质不能被动物内源酶降解，从而干扰动物的正常代谢，导致动物消化不良，生产性能下降。,饲用酶制剂的作用,使肠内有益菌增加，抑制病原菌的繁殖，大大改善动物健康状况，减少疾病。（半纤维素酶、蛋白酶、溶菌酶）,提高营养物质特别是氮和磷的消化利用，可以有效地减少饲料成分大量排放造成的养殖业环境污染。,饲用酶制剂,8,饲用酶制剂,常用的饲用酶制剂有：酸性蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、B一葡聚糖酶、植酸酶等。,9,饲用酶制剂,内源性消化酶是指在畜禽体内能够合成并分泌到消化道的酶。动物体内的内源性酶不足有两种情况：一是动物体内酶系不全，如非草食性动物缺少纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、植酸梅等。二是生理性内源分泌不足，即当动物处于幼年、老年、妊娠、疾病或应激状态时，也会出现内源酶的分泌量减少。当动物内源性酶不足时，就需要加入外来类似物，以强化内源酶的作用。添加的内源性酶类似物的结构和性质，可能不同于内源酶，但功能相同，统称内源性酶。此类酶主要包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。,10,饲用酶制剂,外源性消化酶不能在畜禽体内合成，多来源于微生物，主要用于消化动物自身不能消化的物质或降解抗营养因子及有害物质等。主要包括纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、植酸酶等。如纤维素酶是由内切一葡聚糖酶、外切一葡聚糖酶、纤维二糖酶等构成的多酶体系，这些酶协同作用可彻底降解纤维素生成还原糖。半纤维素酶包括木聚糖酶、B一葡聚糖酶、半乳聚糖酶和甘露聚糖酶等，主要降解谷物等饲料中的非淀粉性多糖。,11,饲用酶制剂,随着单酶制剂生产的工业化发展及价格的降低，复合酶制剂的使用越来越广泛。复合酶制剂是由一种或几种单一酶制剂为主体，加上其他单一酶制剂混合而成的，可同时降解饲料中多种抗营养因子及养分，最大限度地提高饲料的营养价值。复合酶制剂主要有以下几类：一是以蛋白酶、淀粉酶为主的饲用复合酶，主要用于补充动物内源酶的不足；二是以木聚糖酶、B一葡聚糖酶为主的饲用复合酶，主要用于以小麦、大麦、燕麦为主的原料；三是以纤维素酶、果胶酶为主的饲用复合酶，主要作用是破坏植物细胞壁、释放细胞中的营养物质，同时消除饲料中的抗营养因子，降低胃肠道内容物的黏度，促进动物的消化吸收；四是以纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、B一葡聚糖酶、果胶酶为主的饲用复合酶，综合各酶类的共同作用，具有更强的助消化作用。,12,饲用酶制剂,饲用酶制剂具有众多突出的优点：饲用酶制剂安全无毒、无蓄积和残留，也不会使动物产生抗药性，在当前食品安全问题突出的情况下，意义重大；分解饲料原料中存在的多种抗营养因子，节粮降成本；饲用酶制剂的应用，可提高养分的消化与吸收，减少氮、磷排放，缓解环境污染；饲用酶制剂的降解产物为可提高畜禽免疫水平的寡糖，能增强畜禽抗病能力，有效减少抗生素的使用，促进养殖业向健康、安全、绿色的方向发展。因此，饲用酶制剂对促进我国饲料工业的可持续发展具有重大意义。,13,猪饲料,在异育银鲫(豆粕一鱼粉型日粮)中添加植酸酶500Ukg，蛋白质消化率由72提高786，饲料成本降低11。,在猪的玉米一豆粕型日粮中添加植酸酶，粪便中排磷量减少3454，大麦型猪饲料中添加B一葡聚糖酶后应，日增重提高545。,在蛋鸡日粮中添加05的纤维素酶，其产蛋率提高288，破蛋率降低1619。；在鸭饲料中添加O12的饲用复合酶，肉鸭每增重lkg可节省饲069kg。,饲用酶制剂,禽饲料,鱼饲料,14,饲料工业发展概况,饲用酶制剂,基因工程技术在饲用酶生产中的应用,固定化酶在饲料工业中的应用,4,1,2,3,酶工程在饲料工业中的应用,15,基因工程技术在饲用酶生产中的应用,运用基因工程技术可以改善原有酶的各种性能，如提高酶的产率、增加酶的稳定性等，可以将原来由有害的、未经批准的微生物产生的酶的基因，或由生长缓慢的动植物产生的酶的基因，克隆到安全的、生长迅速的、产量很高的微生物体内，改由微生物来生产。可以通过克隆各种天然蛋白或酶基因，将克隆的酶基因和适当的调节讯号通过一定的载体（质粒）精确导入便于大量繁殖的微生物中并使之高效表达，然后通过发酵的方法可大量生产所需要的酶。,16,基因工程技术在饲用酶生产中的应用,例如植酸酶可用微生物如黑曲霉、毕赤酵母等真茵进行生产，但这些天然茵的酶产率低。为提高其酶产率，在分离克隆和修饰改造植酸酶基因phac的基础上，首创利用重组的基因工程毕赤酵母（Pichiapastoris）来高效表达植酸酶。发酵液中植酸酶的含量可达68U/mL，比原始茵株提高了3OOO倍。【参考文献】罗明典.酶制剂在农牧业上的应用前景J.世界农业,2003,286(2):41-42.,17,基因工程技术在饲用酶生产中的应用,乳糖酶能水解乳糖为半乳糖和葡萄糖。幼小动物在断奶时，消化道中乳糖酶急剧下降，动物对乳清粉中乳糖消化率降低，易引发腹泻。在饲料中添加乳糖酶即可缓解这一症状，提高饲料利用率。研究人员已筛选到一种新型乳糖酶（这种酶在实际应用中的有效性、热稳定性、抗逆性和广谱性方面均较高），并克隆到了此酶的新基因，成功地构建了高效表达乳糖酶的重组生物反应器,使乳糖酶的单位表达量近6g/L。表达的乳糖酶可自行分泌到细胞外，解决了目前乳糖酶生产过程中的单位产量低、酶后加工困难的问题,使乳糖酶的工业化廉价生产成为可能。【参考文献】罗明典.酶制剂在农牧业上的应用前景J.世界农业,2003,286(2):41-42.,18,饲料工业发展概况,饲用酶制剂,基因工程技术在饲用酶生产中的应用,固定化酶在饲料工业中的应用,4,1,2,3,酶工程在饲料工业中的应用,19,固定化酶在饲料工业中的应用,固定化技术是在20世纪70年代兴起的一种新型生物技术，1969年日本首先研制成功，它包括固定化酶和固定化细胞技术。所谓固定化是指利用物理或化学手段将游离的细胞或酶与固态的不溶性载体相结合，使其保持活性并可反复使用的一种技术。,20,固定化酶在饲料工业中的应用,固定化酶与游离酶相比，具有稳定性高、酶可反复使用、产物纯度高、生产可连续化和自动化、设备小型化以及可节约能源、较游离酶更适合于多酶反应等优点。目前世界上己有几十个固定化酶和细胞反应系统投入到实际应用中。在前苏联为数众多的酶中全都实现了固定化。在酶制剂工业发达的美国、欧洲和日本，近年来纷纷加大了该技术投资的比例。随着饲料工业新型酶制剂的开发，固定化技术己成为生产饲料添加剂的核心技术。,21,固定化酶在饲料工业中的应用,D-泛酸钙作为饲料添加剂在物质代谢中起着重要的作用。在日本和美国D-泛酸钙70%80%用于饲料添加剂，而我国生产规模小，工艺落后，作为饲料用D-泛酸钙主要依靠进口，国内缺口较大。用卡拉胶包埋后进行反复分批水解拆分泛酸钙合成中间体泛解酸内酯，再用酶水解泛解酸内酯，每天一次反应2324h，重复利用30次，水解率始终保持20%30%，达到水解最好效果。,22,固定化酶在饲料工业中的应用,纤维素是自然界中最丰富的可再生资源之一，将其转化为葡萄糖作为重要粮食和饲料来源的关键就在于纤维素酶的酶解效率。酶的固定化技术为提高纤维素酶的使用效率、降低成本提供了可能。近20年国内外应用不同性质的载体研究纤维素酶的固定化，成功地采用了不溶性的载体胶原蛋白、脱己酞几丁质、尼龙和可溶性P