饲料酶制剂的应用要点与价值评定张铁鹰

饲料酶制剂应用要点与价值评定报告人：张铁鹰博士

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所2009年10月研究方向：酶与抗营养因子主要内容我国饲料工业快速发展与饲用酶制剂的机遇和挑战；酶制剂的应用技术要点影响饲用酶制剂应用效果的因素饲用酶制剂的选择与价值评价饲用酶制剂的未来发展趋势我国饲料养殖业所面临的严峻问题我国饲料资源短缺据海关统计，2008年我国累计进口大豆3743.6万吨，豆粕的价格也居高不下；玉米由出口国转向进口国，每年进口月10万吨，但国内玉米的价格却一直居高不下；鱼粉的进口量在120万吨左右；2008年，我国蛋氨酸的进口总量达到9.07万吨;随着人口增长和农村人口对动物性食品消费水平的提高，我国蛋白质饲料的自给率将不足50%；能量饲料的缺口将会进一步加剧。养殖业带来的污染问题严重据统计，畜禽的粪尿排泄量每天一头牛为32kg、一头猪为3.5kg、一只鸡为0.15kg，全国畜禽粪便年产量约为17.3亿吨。畜禽排泄物中氮等有机物对环境的污染也日趋突出，2000年时我国养殖业畜禽粪便产生量已达到19亿t左右，是工业固体废物的2.4倍，部分地区甚至超过4倍。畜禽粪便中含有的氮和磷的量分别为1597万t和363万t，分别相当于我国同期化肥用量的78.9%和57.4%。养殖业的环境污染问题已越来越受到社会各界广泛关注。氮是重要的污染源之一粪便中氮含量过高，未经处理粪便中一部分氮会挥发到大气中增加大气氮的含量和恶臭气味，严重时可构成酸雨，危害植物。其余大部分氮被氧化成硝酸盐经地下水或地面水渗流到各种天然水体，从而造成广泛的污染。粪便臭味污染亦日趋严重，养殖密度高，土壤、水和空气受到了严重的污染。污染空气畜禽粪便的堆积，会产生大量含氨、硫化氢、甲烷、吲哚、粪臭素等有毒有害气体成分，这类恶臭气体污染空气，不仅对畜禽正常生长造成不利，而且直接给临近居民的精神和健康带来不良影响。磷是另一重要污染源之一饲料中三分之二的磷是以植酸磷形式存在，很难被单胃动物消化利用，大部分随粪便排出体外。磷进入水体后会直接导致水体富营养化,使藻类和其他水生植物快速生长,消耗水中的氧,使水变黑、变臭,鱼类和其他水生物大量死亡。蓝藻可产生致癌毒素，对居民的身体健康产生巨大威胁。酶制剂的发展机遇和挑战酶制剂的发展机遇开发利用新的饲料资源对羽毛粉、血粉等动物屠宰废弃物进行加工处理，提高其消化利用；消除非常规饲料原料中的抗营养因子，提高其在配方中的比例和利用率；提高常规饲料玉米、豆粕等养分的利用效率；在饲料中添加酶制剂已经成为普遍，目前饲用酶制剂发展的真正黄金季节。饲料企业和养殖企业对酶制剂产品的要求也越来越高，已经完全由概念性的产品，向经济效益型产品转变；对酶制剂产品的科技含量，性价比，提出了更高的要求；饲料企业一味以价格作为选择酶制剂产品的主要标准，很大程度上限制了酶制剂行业的发展和应用效果的体现。酶制剂面临的挑战酶制剂的应用技术要点提高畜禽消化道内源酶活弥补幼龄畜禽消化道内源酶不足，如蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等活性（仔猪和雏鸡），降低幼畜腹泻，改善其生产性能。雏鸡（蛋鸡和肉鸡）过料现象，体重不达标。张铁鹰2002年以非淀粉多糖酶为主，增加饲料配方中次粉或麸皮小麦的用量以及杂粕的用量；关于内源酶与外源酶之间的关系；内源消化酶分泌需要消耗动物大量的能量和蛋白，其中胰蛋白酶抑制剂是一个有力证据。72.84±2.95b不同日龄AA肉鸡粗脂肪消化率21d粗脂肪消化率（%）79.32±2.2883.35±1.6142d56d日龄阶段在肉鸡饲料中脂肪添加比例较高，建议全期使用脂肪酶；使用中直接替代日粮中的油脂或者降低饲料的有效能值。破坏植物细胞壁结构加酶前释放细胞壁内养分几种常用饲料中NSP的组成与含量（％DM）

饲料Feed总非淀粉多糖TNSP阿拉伯糖Arabinose木糖Xylose甘露糖Mannose半乳糖Galactose葡萄糖Glucose糖醛酸Uronicacids木质素Klasonlignin小麦Wheat10.22.33.70.50.42.70.71.1大麦Barley15.82.55.00.40.37.51.23.3黑麦Rye12.72.84.40.60.53.70.61.6燕麦Oats20.01.56.50.30.59.70.95.6小麦麸Wheatbran38.28.714.90.40.911.02.35.8玉米

Maize10.31.82.40.20.43.70.70.6玉米皮Maizebran59.611.718.50.32.926.73.31.6豆粕Soybeanmeal19.62.51.71.04.95.93.63.0豆壳Soybeanbran58.74.77.55.03.330.17.52.0小麦与玉米的营养与优缺点比较

项目玉米(GB2级)小麦(GB2级)粗蛋白8.7％13.9％猪消化能3360kcal/kg3250kcal/kg赖氨酸0.24％0.30％蛋氨酸0.18％0.25％苏氨酸0.31%0.34%维生素评价富含VA和VＥ富含Ｂ族和VＥ亚油酸1.92％0.93％有效磷0.1%0.21%粗脂肪3.60％1.70％增加麦类饲料的应用比例猪日粮中使用小麦注意事项小麦替代玉米后在日粮中的使用比例：小猪1０％～2０％，中猪20％～40％，大猪40％～60％，怀孕母猪20～30%。由于小麦本身的纤维素含量就比较高，在大量添加小麦时可以减少或不使用麦麸。用小麦替代玉米后，降低豆粕的用量，做好氨基酸的不足和平衡问题。小麦加工问题：小麦日粮制粒后相对玉米而言结合紧密，制粒效果好。用作粉料时不能粉碎太细，过细的小麦因为太粘而影响采食量，在母猪阶段还容易造成胃溃疡等不良影响。小麦喂猪，一粒小麦粉碎成４～５个碎粒为宜。这样既可获得较高的消化率，又可获得较高的饲料报酬，还会具有较好的饲料流动性。另外应该特别注意小麦原料本身的品质，要特别注意小麦的霉变问题。由于我们长期都用玉米作为主要原料，所以在使用小麦时，应该采用逐步加量过渡，边观察边加量的方法，让猪逐渐适应新饲料，避免一次性换料带来的应激损失。提高磷等矿物质的利用效率复合酶与植酸酶同时使用，Juanpere

等(2005)、Kim等(2005)和Cowieson

和Adeola(2005)研究均表明在玉米型的日粮中木聚糖酶等非淀粉多糖酶和植酸酶同时添加，二者具有在增加爱磷沉积方面具有明显的协同效应，且在小麦日粮中的效果更明显。影响饲用酶制剂应用效果的因素预混料中矿物元素对酶活性的影响在预混料中使用，先与有机载体混合后再与矿物元素和维生素混合，避免直接与矿物元素等或者过酸或过碱的物质直接混合。氧化性较强的硫酸铜等一些含有结晶水的矿物元素；乳猪料中的酸化剂；肉鸡或蛋鸡饲料中的碳酸氢钠；抗生素对酶的活性没有影响。与配合饲料的混合均匀度粉状酶制剂：饲喂粉状饲料的产蛋鸡，可能会出现采食不均匀现象。颗粒状的酶制剂：饲料中注意混合均匀度和采食均匀度，尽量选择添加量大，颗粒直径小的产品。制粒温度在60℃以内不会对酶制剂的活性有影响，85℃条件下，通常损失较大；颗粒酶或者包衣酶很好地解决了贮存和制粒问题，但还要考虑到酶活在进入消化道内的释放情况。饲料制粒温度畜禽饮水水中的消毒剂

不同浓度次氯酸钠溶液对木聚糖酶活性的影响（25℃，12h）温度、时间和水源对木聚糖酶活性的影响自来水中氯不同挥发时间对木聚糖酶活性的影响提示在利用消毒剂处理畜禽饮水时，一定要尽可能使消毒后水体中的消毒剂成分挥发彻底；酶本身是一种蛋白质，其活性易受多种因素的影响（温度、pH、底物、激活剂与抑制剂以及蛋白质水解酶等）。温度：37℃～41℃pH:2.0~7.0激活与抑制剂：存在大量的金属离子蛋白质水解酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶底物：植酸多数是以钙盐和镁盐的形式结合，并被多种植物组织所包裹，其它抗营养因子被大量的养分所包裹。影响植酸酶活性消化道内环境因素图1不同pH下纤维素酶活性的表现图2不同pH下木聚糖酶活性的表现

5种纤维素酶的最适pH均为值5.0，随着环境pH远离5.0，活性均出现下降，X2的最适pH为5.5，其余4种木聚糖酶的最适pH为5.0，当环境的pH远离最适pH时活性出现下降，但是下降的幅度不同。动物消化道内的pH环境对酶活性的影响不同pH下黑曲霉植酸酶活性随时间的变化与最适pH接近条件下，初期酶活下降速度较快，随后趋于稳定，酶活受影响较小。远离最适pH条件下，对植酸酶活性的影响随时间增加不同pH下植酸酶活性随时间的变化规律

胃蛋白酶和胰酶对植酸酶活性的影响酶活随着温度有上升的趋势，在50℃下10种酶制剂活性最高。X2最适温度和pH为50℃和5.5，其余9种酶的最适条件均为50℃，pH5.0

。畜禽消化道内的温度对酶活性的影响不同日龄各段食糜中酶活保留率的比较

金属离子对植酸酶活性的影响

为了维持畜禽快速地生长发育，饲料中往往含有Ca2+、Mg2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+和Fe2+等矿物质营养元素。

在中性pH条件下，Zn2+>>Fe2+>Mn2+>Fe3+>Ca2+>Mg2+

。将反应体系的pH降低，各二价金属离子对植酸酶的抑制作用均有降低趋势。Davidetal(1999)不同金属阳离子对植酸酶活性的抑制强度日粮中矿物元素对植酸酶水解植酸的影响

通过模拟28日龄肉仔鸡嗉囊、胃、小肠中pH条件、金属离子和底物，研究了2价金属离子（Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+和Mg2+）对植酸酶水解植酸磷释放无机磷的影响。参照28日龄肉仔鸡饲料中金属离子和总植酸磷含量及植酸酶添加量。

嗉囊pH条件下金属离子对植酸酶水解植酸磷产生无机磷的影响

钙离子对植酸酶的影响镁离子对植酸酶的影响铁离子对植酸酶的影响铜离子对植酸酶的影响锌离子对植酸酶的影响锰离子对植酸酶的影响结果分析1在模拟嗉囊pH为4.45的条件下，Ca2+、Mg2+、Cu2+、Mn2+均对植酸酶水解植酸产生无机磷有激活作用，其中Ca2+、Mg2+的激活作用较大，Mg2+在初期即对植酸酶有较大的激活作用，25min时可达155%；Cu2+、Mn2+虽然有一定的激活作用，但作用不如Ca2+、Mg2+的作用明显。而Fe2+和Zn2+则未表现明显的激活或抑制作用。胃pH条件下金属离子对植酸酶水解植酸磷产生无机磷的影响钙离子对植酸酶的影响镁离子对植酸酶的影响铁离子对植酸酶的影响铜离子对植酸酶的影响锰离子对植酸酶的影响锌离子对植酸酶的影响在模拟胃pH为3.22的条件下，Ca2+、Mg2+依然对植酸酶水解植酸产生无机磷有较大的激活作用，其中Ca2+的作用较大，在15min时可达359%，随着时间的增加激活作用逐渐减少;Mg2+也表现出一定的激活作用;其他离子则因为pH的降低表现出较大的差异，Fe2+、Mn2+表现出一定的抑制作用;Cu2+、Zn2+则表现为前期抑制，后期激活，随着时间的增加而表现出不同的作用。结果分析2小肠pH条件下金属离子对植酸酶水解植酸磷产生无机磷的影响钙离子对植酸酶的影响镁离子对植酸酶的影响铁离子对植酸酶的影响铜离子对植酸酶的影响锰离子对植酸酶的影响锌离子对植酸酶的影响在模拟小肠pH为5.93的条件下，Ca2+对植酸酶水解植酸产生无机磷的量具有强烈的抑制作用;Fe2+、Cu2+、Zn2+也均对植酸酶有抑制作用，其中Zn2+的抑制作用较大。Mg2+、Mn2+则表现出一定的激活作用，其中Mg2+的激活作用较明显。结果分析3饲用酶制剂受消化道内环境的影响较大，这可能是制约酶制剂发挥其作用效果的主要因素之一。从pH和蛋白质水解酶对酶活性影响的角度来讲，饲用酶作用位点应在酸性pH的消化道部位。日粮中的矿物元素对酶制剂的活性也有较大的影响。综合考虑需要筛选酶制剂的酶活组合时，应当适当考虑其在畜禽消化道内的稳定性。如何提高酶制剂的活性在畜禽消化道内的活性存留是非常值得研究问题？小结解决问题的方向提高微生物酶作用的最适pH范围（Tomschy等，2002）；提高微生物酶抗蛋白酶水解的能力（Wyss等，1999）；找到微生物酶的适宜作用位点，通过包被处理实施分布定点释放，避开消化道内不利因素的影响是提高微生物酶蛋白活性和作用效果的关键。21日龄植酸酶不同释放模式对磷体外消化率的影响42日龄植酸酶不同释放模式对磷体外消化率的影响饲用酶制剂的选择与价值评价注意测定方法－－用统一的酶活测定方法进行评价和选择。1.酶活测定酶样品CMC滤纸燕麦木聚糖桦木木聚糖C1C2C3C4C5X1X2X3X4X52499.572179.318852.971903.87735.002892.901890.921251.29187.6177.1316.6633.2270.4731.188.4021.2920.6221.898.404.269132.862596.494949.022483.961172.2370230.2498038.6335037.6512531.001341.254256.381649.202613.851650.47429.1433477.4560085.8324197.247270.28684.72用CMC为底物测定的纤维素酶活性远高于滤纸，以燕麦木聚糖为底物测定的木聚糖酶活性也高于桦木木聚糖，10种酶制剂均含有纤维素酶和木聚糖酶。不同测定底物对纤维素酶和木聚糖酶活性影响

底物对酶活性的影响图4滤纸酶和羧甲基纤维素酶关系图5燕麦木聚糖酶和桦木木聚糖酶的关系

用羧甲基纤维素钠和滤纸测定的纤维素酶、用燕麦木聚糖和桦木木聚糖测定的木聚糖酶之间存在高度的相关性，当比较不同酶间活性时，可以用其中的一种底物即可。2.检测预选酶消化道内环境pH的敏感性，检测所预选用酶制剂产品在不同pH条件下的活性表现；3.检测与选用的酶制剂产品对抵抗胃蛋白酶、胰蛋白酶等蛋白质水解酶的抵抗情况；4.检测颗粒酶或者包衣酶在水中的酶活释放情况。酶制剂产品选择的原则

饲料养分消化率（能量、蛋白和矿物质）；生产性能（日增重和采食量），肉鸡试验中在21日龄前很难做出较明显的差异；控制好试验动物的体重，最好保持一致，试验结果的误差小；体重直接影响动物的采食量，进而影响到消化率。2.动物试验发展和建立统一的酶制剂评定方法

动物试验试验：缺乏标准化的操作程序（鸡，猪）、耗时、费力、外界因素（气候、环境、人）影响较大。

体外消化模拟技术：重演性好、快捷、省时。3.体外消化模拟系统嗉囊和胃消化室

小肠消化室

评定不同剂量植酸酶作用效果的可行性不同剂量植酸酶对日粮磷体外消化率的影响不同剂量植酸酶对日粮有效磷释放量的影响日粮磷体外消化率和有效磷释放量与肉仔鸡日增重、采食量和磷回肠消化率的相关性磷回肠消化率（%）

R2磷体外消化率y=0.4319x-3.74920.962有效磷释放量y=9.6517x-4.22760.976日增重（g/d）

磷体外消化率y=0.2299x+4.72660.971有效磷释放量y=5.0976x+4.60510.970日采食量（g/d）磷体外消化率y=0.2657x+4.1220.990有效磷释放量y=5.8839x+14.0060.987日粮磷体外消化率和有效磷释放量与

胫骨指标的相关性

胫骨灰分沉积量（g）R2磷体外消化率y=0.008x-0.10390.903有效磷释放量y=0.177x-0.10680.898胫骨磷沉积量（mg）磷体外消化率y=1.2906x-13.6710.866有效磷释放量y=28.532x-14.0630.859胫骨灰分中磷含量（%）

磷体外消化率y=0.0191x+15.1620.986有效磷释放量y=0.4229x+15.1520.984不同植酸酶产品对日粮磷体外消化率的影响评定不同植酸酶产品作用效果的可行性

不同植酸酶产品对日粮有效磷释放量的影响磷体外消化率和有效磷释放量与肉仔鸡采食量和磷回肠表观消化率的相关性磷回肠表观消化率

R2磷体外消化率y=0.3174x+33.908