饲料酶制剂技术体系三门峡课件

1、饲料酶制剂技术体系的建立和应用冯定远(华南农业大学动物科学学院) 8/8/20221饲料酶制剂的复杂性一、酶制剂生物活性的敏感性；二、酶的种类和来源的多样性；三、动物种类和生理阶段的差别性；四、日粮类型和饲料原料的复杂性；五、酶作用和加工条件的变异性；六、日粮营养水平与酶作用提供可利用营养的比较性；七、酶制剂在畜禽饲料中应用功能的多元性 。8/8/20222酶制剂在畜禽饲料中应用的功能 1 营养消化利用的功能2 肠道健康的功能 3 生理和免疫调控的功能 4 脱毒解毒的功能 5 抑菌杀菌的功能 6 抗氧化等方面的功能 8/8/20223酶制剂改善营养消化利用的途径（1）直接补充消化道营养水解所需

2、的酶 （2）间接去除饲料中抗营养因子 （3）间接增加动物内源消化酶分泌 8/8/20224饲料酶理论与应用技术体系之一 饲料酶制剂的分类和划代及其理论基础8/8/20225第一代、第二代、第三代饲料酶第一代饲料酶：以补充体内“消化酶”不足为目的。如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、植酸酶等酶制剂。一般称为“外源性营养消化酶”。第二代饲料酶：以降解“单一组分抗营养因子及毒物酶”为目的。如木聚糖酶、-葡聚糖酶、纤维素酶、黄曲霉毒素脱毒酶等酶制剂。水解酶一般称为“非淀粉多糖酶”，分解酶是“脱毒酶”。第三代饲料酶：以降解“多组分抗营养因子”为目的。如-半乳糖苷酶、-甘露聚糖酶、果胶酶、壳聚糖酶、木质素过氧化物酶

3、。暂时称为“特异碳水化合物酶”。8/8/20226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，我们可以称为“第二代饲料酶制剂”，如木聚糖酶、-葡聚糖酶、纤维素酶等。这类酶同样也是水解酶类。一般称为“非淀粉多糖酶”，也是狭义上的“非淀粉多糖酶”。与第一代饲料酶制剂不同，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。8/8/20227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-半乳糖苷酶、-甘露聚糖酶、果胶酶、壳聚糖酶、木质素过氧化物酶，我们可称之为“第三代饲料酶制剂”。 所谓“第三代饲料酶制剂”有两方面的含义，一是该类酶制剂发展的阶

4、段相对较晚，二是其作用的底物类型的差别。 既“非”第一代饲料酶和也“非”第二代饲料酶，由于不好归类，暂时定义为“特异碳水化合物酶” 或者“双非酶”。8/8/20228第三代饲料酶制剂“非淀粉多糖”并不是糖生物学（Glycology）的概念，是动物营养的概念，并不十分准确。广义的非淀粉多糖也包括由两种或者多种成分构成的碳水化合物，如-半乳糖苷类由半乳糖和葡萄糖构成、-甘露聚糖由甘露糖和葡萄糖构成。而狭义的“非淀粉多糖”仅指木聚糖、-葡聚糖和纤维素等。 狭义非淀粉多糖以外的非淀粉多糖由两种或者多种成分构成，如-半乳糖苷由半乳糖和葡萄糖构成、-甘露聚糖由甘露糖和葡萄糖构成。8/8/20229“ 特异

5、碳水化合物酶”与“非淀粉多糖酶”的区别非淀粉多糖酶水解单一组分的碳水化合物（一般称为“同多糖”），如木聚糖为木糖；-葡聚糖为葡萄糖。特异碳水化合物酶水解多组分碳水化合物（一般称为“杂多糖”），如-半乳糖苷为半乳糖和葡萄糖；-甘露聚糖为甘露糖和葡萄糖。 8/8/202210“ 特异碳水化合物酶”与“非淀粉多糖酶”的区别“非淀粉多糖酶”是针对大分子的多聚碳水化合物，“特异碳水化合物酶”的情况则比较复杂，从大分子的多聚碳水化合物到中等碳链长度的寡聚碳水化合物，例如，-半乳糖苷并不是多聚碳水化合物，不是多糖类，应该是寡糖类物质（把-半乳糖苷归为广义的非淀粉多糖也不合适）。 8/8/202211“ 特异

6、碳水化合物酶”与“非淀粉多糖酶”的区别“非淀粉多糖酶”作用的饲料原料基本是非常规原料。“特异碳水化合物酶”中的-甘露聚糖酶针对非常规原料，如椰子粕等；-半乳糖苷酶针对常规原料，如豆粕等。8/8/202212饲料酶酶的作用降解酶的类别举 例第一代酶帮助营养消化水解酶大分子营养消化酶蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、乳糖酶、肽酶等分解酶小分子营养消化酶植酸酶等第二代酶去除抗营养因子及毒物水解酶非淀粉多糖酶木聚糖酶、-葡聚糖酶、纤维素酶等分解酶脱毒酶黄曲霉毒素脱毒酶等第三代酶去除抗营养因子及毒物水解酶特异碳水化合物酶-半乳糖苷酶、-甘露聚糖酶、果胶酶、甲壳素酶、壳聚糖酶、溶菌酶等分解酶特异分解酶木质素过氧化物

7、酶、锰过氧化物酶、漆酶等饲料酶制剂的分类和划代8/8/202213饲料酶理论与应用技术体系之二 加酶日粮ENIV系统的建立和应用8/8/202214加酶日粮遇到的问题使用有针对的酶相当于消化道的有效延长越来越多证据显示，饲用酶制剂的应用，对传统的动物营养学说提出了挑战（Sheppy， 2004） ，如饲料配方、原料选择和营养需要量等方面需要重新研究或修正。 8/8/202215重新建立新的营养参数酶制剂一定程度改变了物种原来的消化系统和消化能力，例如，猪日粮使用酶制剂，特别是纤维素酶和木聚糖酶一类的酶制剂，意味着猪可以消化利用部分粗饲料，从消化性能上讲，部分类似反刍动物，已经不是原来消化性能的

8、猪，“此猪非彼猪”，原来的消化效率、营养参数已经改变，不能再使用“彼猪”的营养消化系统，有必要使用加酶日粮的“此猪”营养消化系统。8/8/202216加酶日粮遇到的问题原来的研究所得出的数据可能不一定反映出各种饲料原料在酶制剂催化以后的有效营养价值，现有的饲料原料数据库甚至饲养标准可能不完全合适使用酶制剂的日粮配方设计。 8/8/202217建立加酶日粮新的营养价值系统的必要性8/8/202218所谓“黄金定律”:大麦葡聚糖酶小麦所谓“理论假设”：小麦木聚糖酶玉米说明大麦和小麦的潜在营养价值发掘以后，原来的营养价值体系并不适应添加酶的情况，需要建立另外一种营养价值系统8/8/202219加酶增

9、加有效营养不加酶时的状况加酶时的状况可利用成分可利用成分不可利用成分不可利用成分增加的有效营养8/8/202220越来越多的人已经意识到酶制剂对有效营养的改善，并在应用时，调整日粮的饲养标准和降低营养水平。这种调整的依据是什么？调整的幅度应是多少？它的效果是否可以预测和量化？8/8/202221有效营养改进值我们提出了“有效营养改进值”（Effective Nutrients Improvement Value，ENIV）初步建立了使用相应酶制剂的ENIV值数据表。并得到国家自然科学基金项目的支持研究。8/8/202222有效营养改进值有效营养改进值的本质是使用酶制剂后，有效营养（或可利用营养

10、，如代谢能、可消化氨基酸、有效磷等）增加了。把这部分有效营养考虑设计日粮，可以使用更多的低价格的原料，特别是非常规原料。从理论上可以达到降低成本的目的 8/8/202223有效营养改进值在综合有关报道的基础上，提出了常见饲料原料使用相应酶制剂的ENIV值（见表） 8/8/202224 营养指标原料代谢能（kcal/kg）粗蛋白（%）代谢能值*加酶改善程度（%）代谢能ENIV值*粗蛋白值*加酶改善程度蛋白质ENIV值*玉米鸡32201.0 2.330-757.88-150.6 1.2猪32001.1-2.835-90小麦鸡30404.0-6.3120-19013.99.5 18.21.3 2.5

11、猪31603.0-4.790-150小麦麸鸡16305.0 7.480-12015.79 151.4 2.4猪20803.4 4.870-100次粉鸡29903.0- 4.5 90-13513.69 151.2 2.0猪29903.0 3.790-110大麦鸡26804.1 -6.9110-18513.07.5 13.81.0 1.8猪30304.2 6.6130-200稻谷鸡26301.9 4.250-1107.83.8 9.20.3 0.7猪25402.4 3.760-95米糠鸡26803.3 5.290-14012.87.5 12.30.9 1.6猪28202.6 4.275-1208/

12、8/202225 营养指标原料代谢能（kcal/kg）粗蛋白（%）代谢能值加酶改善程度（%）代谢能ENIV值粗蛋白值加酶改善程度蛋白质ENIV值豆粕鸡23502.1- 3.450-8044.08.2 11.03.6 4.8猪29701.3 2.440-70菜籽粕鸡17706.8 9.6120-17038.69.0 13.53.5 5.2 猪22304.5 6.0100-135棉籽粕鸡18603.2 4.860-9047.08.5 10.54.0 5.0猪19503.6 4.670-90花生粕鸡26001.9 5.850-15047.86.5 - 9.03.1 4.3猪25602.3 - 4.9

13、60-125向日葵仁粕鸡20303.2 - 4.265-8533.66.5 - 9.52.2 3.2 猪22202.7 4.160-908/8/202226饲料酶理论与应用技术体系之三新型高效饲料组合酶的原理和应用8/8/202227单酶或单一酶（Single Enzyme）指特定来源而催化水解一种底物的酶制剂如木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、里氏木霉纤维素酶、康宁木霉纤维素酶、曲霉菌木聚糖酶、隐酵母木聚糖酶8/8/202228复合酶（Complex Enzymes）指由催化水解不同底物的多种酶混合（mix）而成的酶制剂。多种酶的来源可以不同，也可以相同 复合酶可以以动物种类及阶段为目标设计酶谱和活性，

14、如蛋鸡日粮专用酶；也可以以日粮特性为目标配制酶的种类和有效成分，如小麦型日粮专用酶。 8/8/202229如何解决酶制剂使用的“针对性”和“高效性”是酶制剂发挥其效果的关键 8/8/202230酶制剂如何发挥高效性对于复杂的底物,特别是一些非常规饲料原料或日粮的成分,单一的一种酶未必能够达到高效性。有必要运用具有协同作用的“组合拳”对底物处理。8/8/202231粗纤维的结构结晶区衍生结晶区8/8/202232饲料组合酶（Combinative Enzymes） 指利用酶催化的协同作用，由催化水解同一底物的来源和特性不同，选择具有互补性的两种或两种以上酶配合 (formulate) 而成的酶制

15、剂。 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。 8/8/202233来自嗜松青霉(P. pinophlum)的CBHS（和型）与内切葡聚糖酶（E至E）之间在水解棉花纤维上的协同作用 8/8/202234饲料组合酶的特性 （1）催化水解同一底物酶的来源多样性（2）酶的催化反应的协同配合性（3）酶最适条件和抗逆特性的互补性（4）酶的应用效果的高效性8/8/202235组合型复合酶制剂（Combinative & Complex Enzymes） 一个典型的组合型复合酶制剂产品应该包括催化水解多种底物，

16、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。 8/8/202236组合酶与酶活之间可比性问题目前酶制剂产品酶活之间没有可比性，只是笼统标明各种酶的活性，仔猪日粮专用酶：木聚糖酶(180000u/g)、-葡聚糖酶(25000u/g)、纤维素酶(11000u/g)、果胶酶(400u/g)、 淀粉酶(2000u/g)、酸性蛋白酶(3000u/g)，添加量为50100g/T。木聚糖酶活性180000u/g是高还是低了？比另一企业产品的木聚糖酶活性120000

17、u/g是更好吗？不能简单评判。8/8/202237组合酶与酶活之间可比性问题组合酶的成分一般都要注明酶的来源 小麦杂粕日粮专用组合型液体酶： 哈茨木霉木聚糖酶(450000u/g)、蓝状菌木聚糖酶(350000u/g)、纤维杆菌纤维素酶(300000u/g)，嗜松青霉纤维素酶(350000u/g)，添加量为80100g/T。由于明确了酶的来源，酶活的意义就能够比较容易规范。 8/8/202238饲料组合酶应用的价值非常规饲料原料成分和结构的复杂性，组合酶或组合型复合酶由于其酶种来源及其互补和协同特性，能够发挥其快速高效作用的潜能。组合酶或组合型复合酶在提高非常规饲料原料日粮的利用效率、有效地开

18、发非常规饲料原料资源等方面具有巨大的潜力。 8/8/202239饲料组合酶应用的价值仔猪对大豆蛋白的抗原性问题、谷物抗性淀粉利用问题，水产动物对植物蛋白利用问题，宠物对植物成分利用问题等。 应用组合酶或组合型复合酶互补性和协同特性，有针对性开发特种动物专用或者特种类型日粮专用的组合酶或组合型复合酶。8/8/202240饲料酶理论与应用技术体系之四饲料酶发挥作用位置的二元说及其意义8/8/202241饲料酶作用位置二元说酶制剂一方面不仅能够在动物消化道起催化作用另方面也能够在饲料高温加工过程中部分发挥催化作用 8/8/202242三种情况一是饲料酶可能只在动物消化道发挥作用；二是饲料酶也可能只在

19、饲料高温加工过程中发挥催化作用；三是饲料酶既可以在饲料高温加工过程中部分发挥催化作用，又能在动物消化道中继续发挥作用8/8/202243假设的依据（1） 酶学原理在适当的环境条件下，酶制剂可以催化相应底物的水解。食品酶、啤酒酶、纺织酶、皮革酶和纸浆酶等就是在加工过程中发挥作用的。饲料原料的酶制剂前处理，酶作用容易消化利用。动物消化道并不是酶发挥催化作用的唯一场所。 8/8/202244假设的依据（2） 酶在无水的溶剂中不表现活性，但也不引起变性；水分使酶和底物接近和结合，加水后可使反应加快，说明水对酶的催化作用起着十分重要的作用。 饲料调质加工必需加入水蒸汽，使物料含有一定水分，满足酶可以发生

20、催化作用的基本条件。一般饲料调质物料含水分1618%，达到酶作用的水活性度（water activity）的要求。 8/8/202245假设的依据（3） 酶在含水的有机溶剂系统中，酶的活性甚至高出在单一水溶液中的活性，表现出“超活性”（supper activity），而加入水蒸汽调质的物料，饲料本身含有的油脂，就是一个含水的有机溶剂系统，可能在调质加工过程中，酶的催化作用表现出这种“超活性”，从而使酶在短时或瞬间就能发挥作用。 8/8/202246假设的依据（4） 饲料调质加工的温度上升中，一定会有一个温度点符合该酶的最适温度，这在某种程度上讲，比在动物消化道内发挥作用更好。因为动物消化道内

21、的温度比较恒定，不一定有机会符合某一特定酶的最适温度，即使酶活没有被破坏，但未必能够很好地发挥作用。8/8/202247假设的依据（5） 由于物料的导热性能特点，饲料调质加工的温度上升是有一个过程的，另外，一般酶的最适温度有一个范围 温度上升过程结合一定范围最适温度，使得酶的作用可能有足够的催化反应时间 酶可能已经在加温调质的过程中，部分实现了对饲料大分子底物水解。 8/8/202248假设的依据 （6）有些酶制剂的最佳活性温度比较高，适当的高温条件更有利于酶的催化作用的发挥。例如，来自嗜温和嗜热微生物的纤维素酶的最佳活性温度分别为60-80和90-110 8/8/202249假设的依据 （7

22、）溶液中的酶遇热失活，并不表明饲料中的酶遇热也失活，这是因为饲料中的酶与饲料成分存在互作。饲料原料在短时间内能够保护酶免受蒸汽或高温的破坏。说明会有部分酶能够耐过热的破坏，在加工过程中条件合适的情况下，这就有机会发挥酶的催化作用。8/8/202250加工过程催化作用的意义 在新型酶制剂的开发也大有作为根据加工工艺和酶学特性，开发专门在加工过程中发挥作用的酶制剂，开发部分在加工中起作用，部分在消化道发挥作用的酶制剂，等等8/8/202251饲料酶理论与应用技术体系之五酶制剂在日粮中使用效果的预测8/8/202252酶制剂使用效果的预测可以是定性的，可以是定量的，在目前条件下，有些只能定性预测，有

23、些则可以定量预测 8/8/202253酶使用效果预测的基本条件 1.饲料原料或者日粮类型与对应酶制剂的种类 2. 酶制剂的活性 3.饲料原料的营养和抗营养成分及其含量 4.动物种类和生理阶段 5.动物饲养环境和健康状况 6.饲料加工处理 8/8/202254效果预测的评定指标和检验 1在体内试验或体外模拟试验条件下有效营养改进值（ENIV值），例如代谢能ENIV值、氨基酸消化率。2. 在体内试验或体外模拟试验条件下游离营养的释放量，例如游离氨基酸释放量、无机磷释放量等。3. 建立和应用专门预测模型进行量化效果的预测。8/8/202255专门预测模型小麦真代谢能与水溶性NSP TMEn=15.6

24、-0.016NSP；料重比同粘度的回归关系 FCR1.5070.0075X 饲料无机磷释放量 Y=-0.5971+0.0004X1+0.1339X2-0.0526X3（Y为无机磷释放量；X1为外源植酸酶添加量，FTU/kg饲料；X2为饲料中植酸磷含量；X3为内源植酸酶含量，FTU/g饲料） 8/8/202256饲料酶理论与应用技术体系之六饲料酶制剂及其应用效果的评价体系 8/8/202257应用效果评价体系酶制剂应用效果的评价不像一般的营养成分或添加剂那样相对容易。 （1）酶制剂活性的评定；（2）酶制剂稳定性的评定；（3）酶制剂应用主要生产性能评定；（4）酶制剂应用效果的非常规评定等。 8/8

25、/202258酶制剂活性的评定 有不同方法，差别很大不同产品酶活可比性不强酶的种类、来源问题、标准底物问题、反应温度问题、反应pH值问题、反应时间问题等等。许多时候，酶制剂活性的评定主要是针对具体的酶。不像维生素、氨基酸、其他添加剂那样明确。8/8/202259酶制剂应用效果的一般评定方法 1 消化试验及代谢试验测定营养物质消化率和代谢率的评定 2 饲养试验测定动物常规生产性能的评定 8/8/202260酶制剂应用效果的非常规评定方法 体外模拟法测定的评定 应用“加酶日粮ENIV 值”的评定 3 应用“非常规动物生产性能指标”的评定 8/8/202261非常规动物生产性能指标的评定 目前酶制剂

26、作为一种争论比较多的添加剂，在实际应用时，很难达到理想的效果：一是生产性能指标的改善往往并不达到生物统计学上的显著水平；二是生产性能的效果不稳定。 8/8/202262非常规动物生产性能指标的评定不仅仅是狭义上的生产水平和饲料效率，广义的动物生产性能指标还应该包括其他指标，甚至还包括不能量化的指标我们可把狭义上以外的其他动物生产性能指标称为“非常规动物的生产性能指标”， 如外观表现、健康状况、整齐度、成活率、同时出栏的比例等等。 8/8/202263非常规动物生产性能指标的评定动物生产性能不仅仅包括动物的生物学方面的性能，还应该包括养殖方面的商品性能、综合经济价值等。这些方面特别容易被忽视，也许这些容易被忽视的性能指标恰恰是更能反映酶制剂这种复杂、变异和多功能的添加剂的效果。 8/8/202264酶制剂应用效果不被重视的性能 一是对日粮组成不十分合理或者配方技术水平不高时，应用有针对性的高效酶制剂可以在一定范围内，达到调整和平衡的作用；二是在