饲料研究
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饲料用酶及固态生物 反应器研究进展
唐青涛 余若黔 华南理工大学食品与生物工程学院
摘要 关键词
本文综述了近 #" 年饲料用酶的发展，并且追踪了国内外固态生物反 饲料用酶 固态发酵 固态生物反应器
应器的研究进展， 提出了我国发展饲料用酶和固态生物反应器的一些建议。
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前言 早在 !" 年代， 酶制剂就广泛地应用于食品、 医
饲料研究
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表!
饲料用酶 淀粉酶
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饲料用酶生产菌和固态培养基
固态培养基 麦麸 麦麸 参考文献 78439 : ;<86 = ! > B8,0.< : CA6.860 = (D E >
量污水。但固态发酵也存在着一些不足： 劳动强度大； !机械化程度低， "产品质 量不稳定， 重复性差； #仅限于制取粗酶， 精制很困难。但对于饲用复合酶， 酶的纯 度要求不高， 在通常情况下， 固态发酵生 产的粗酶完全能满足饲料添加剂的要求， 目前我国饲用复合酶的生产大多也采用 固态发酵法。在这篇文章中主要介绍用 固态发酵法生产饲料用酶。 !" # 用于固态发酵法的生产菌种和固 态培养基 生产菌种应选择酶系齐全、 酶活性高 的优良菌株， 这是生产高质量复合酶制剂 的关键，同时要求生产菌种产酶性能稳 定， 产酶量高， 能适应饲料加工和动物胃 内环境。作为固态发酵的培养基来源广 泛， 既可以是农业副产品如玉米棒、 麦麸 等， 也可以是一些工业废弃物如啤酒厂的 麦糟和糖厂的蔗渣等， 还可以是人工配制 的液态培养基填充的惰性载体如： 填充有 营养液的纤维、珍珠岩或聚氨酯泡沫 （ $%&） 等。 表 # 是一些常用于固态发酵的 生产菌种和常用培养基。 !" ’ " 饲料用酶的生产工艺 （如下图） 一般的生产工艺为 ： 固态生物反应器的研究进展 饲料用酶的固态发酵生产要用到固 态生物反应器， 由于近几年深层培养技术 大规模的成功应用， 使得人们忽视了固态 （发酵） 培养 技术， 从而导致固态生物反应 器的研究和应用远远落后于深层培养的 生物反应器。此外，固态培养设备的放大也是影响 固态生物反应器应用的重要因素之一。但是由于微 生物的固态培养有着深层培养无法比拟的优点，因 此固态培养技术又开始重新引起人们的兴趣。可应 用于生产酶的固态反应器有以下几种： 斜面菌种 $三角瓶种曲 $一级种子$ 二级种子 %
苷键与 ! ’ $ ’ ! 糖苷键连结而成的多糖。多存在于 大麦、 燕麦等谷物中， 可溶于水形成粘性的凝胶， 成 （特别是幼畜） 为一种抗营养因子， 阻碍动物 对营养 物质的利用，使其生长下降， ! ’ 葡萄糖酶可水解 降低肠道内容物的粘度。 ! ’ 葡聚糖， "# $# + 蛋白酶 包括胃蛋白酶、 胰蛋白酶、 木瓜蛋白酶、 菠萝蛋 白酶等。蛋白酶又有酸性、 中性、 碱性之分。在饲料 中，由于动物胃液多呈酸性，所以大多添加酸性和 中性蛋白酶。其主要作用是将动物摄取的饲料蛋白 质分解为氨基酸，并由动物体重新组合合成自身体 内的蛋白质。 "# $# , 主要为胰脂酶和磷脂酶。前者水解 $ - * 位上 的脂键先将脂肪水解为甘油—脂及游离脂肪酸，最 终产物为甘油和脂肪酸；磷脂酶可催化磷酸甘油脂 中的脂肪酸或其他基团水解， 磷脂酶 . 催化其 " 位 上脂肪酸的水解， 磷脂酶 / 催化 $ 位上的脂肪酸水 解，磷脂酶 % 催化磷酸基与甘油间键的断裂，磷脂 酶 0 水解产生磷脂酸。 "# $# 1 果胶酶 果胶是一种多糖，它是含有许多甲基化的羧基 （半乳糖醛酸） 的果胶酸 。果胶酶可裂解单糖之间糖 苷键， 并脱去水分子， 分解包裹在植物皮的果胶， 降 低肠道内容物的粘度， 并促使植物组织的分解。 另外还有促进对钙、 镁、 磷吸收的植酸酶； 将乳 糖转化为葡萄糖和半乳糖的乳糖酶；分解果实中的 丹宁， 改善味觉， 促进动物采食量的丹宁酶等。 万方数据 "# " 复合酶制剂 脂肪酶
美国饲料业首次在大麦饲 药、 皮革工业中， #$%& 年， 料中添加 ! ’ 葡萄糖酶， 并取得了显著效果， 从此引 起世界各国重视。酶的品种及数量均逐渐扩大。日 本 %" 年代研制出植物细胞壁分解酶的复合酶类， 能显著地提高饲料的利用率。现在欧美在小动物中 添加酶类已很普遍。我国在饲料用酶方面的研究和 开发才刚刚起步。 概括来讲， 酶在饲料中有以下作用： （# ） 提高某些生理阶段动物的消化率。动物体 内自身有各种消化酶，自身也可合成各种酶。但不 同的动物，体内各种酶的活性不同。即使同一种动 物，不同生产阶段各种酶的活性也不同，在必要时 需要补充外来酶类，否则会造成消化不良，影响生 长发育。如仔猪往往在断奶开始阶段生长发育受 阻，主要是由于动物体内淀粉酶、胃蛋白酶和胰蛋 白酶含量低，不能满足生长发育的要求，因此需另 外补充酶。 （ (）酶能提高饲料可消化养分比例，改善饲料 利用效率。动物饲料组分多为谷物及粕类，植物细 胞壁的存在降低了养分的消化吸收。因为细胞壁结 构中含有 ! ’ 葡萄糖， 其抗营养性显著， 从而降低了 （ 饲料利用率；另外饲料组分中的 !$ #，) ）和 !$ （#， 动物也是无法消化的， *） ’ 葡萄糖苷键的存在， 因为在单胃动物中几乎不存在水解此类键的酶，只 万方数据 有添加纤维素分解酶类才能提高动物对它的消化
率。如玉米、 大麦等谷类以及麦麸、 饼粕等加工农副 产品经添加复合酶处理后，其细胞壁被破坏，变得 松软，在动物胃肠中可充分被消化吸收，从而提高 了饲料利用率。 另外，在饲料用酶的发酵生产过程中，生产菌 种分泌出一些维生素、矿物元素、蛋白质以及动物 未知生长因子也是提高饲料营养价值的一个因 素。 " 饲料用酶的种类及特点 世界上已发现酶的品种有 # %"" 多种，生产用 酶已达 *"" 多种， 饲料用酶亦有 (" 多种。这些酶主 要为消化性酶，多为水解酶。主要有纤维素酶（+# 酶、 。! ’ 葡聚糖酶、 果胶酶、 +, 酶、 ! ’ 葡萄糖苷酶） （" ’ 淀粉酶、 （中性蛋白酶、 淀粉酶 糖化酶） 、 蛋白酶 酸性蛋白酶） 、 植酸酶等。 (- # 单酶制剂 (- #- # " ’ 淀粉酶 作用于 " ’ # ’ ) 糖苷键，将淀粉水解为双糖、 寡糖和糊精，只能分解直链淀粉和支链淀粉的直链 部分。 (- #- ( ! ’ 淀粉酶 作用于淀粉 " ’ # ’ ! 糖苷键，将支链淀粉水解 为双糖， 寡糖和糊精。 (- #- * 糖化酶 包括 " ’ 葡萄糖苷酶和 " ’ 糊精酶等，可水解 线性的寡糖、双糖和糊精生成葡萄糖和果糖，也可 作用于淀粉的非还原性末端， 依次缓慢水解 " ’ # ’
（ 聚氨酯泡沫 ） XG8J8D MH 0I 84H = #( > $%& 麦麸 麦麸 麦麸 $8690F = #E > B8,8N13.<68 0I 84H = #* > 756AG 0I 84H = #K >
葡萄糖糖化酶 -./0123445. 63201 -./0123445. 63201 脂肪酶 $063+34435, .//H Y0AI13+<5, +869395, 75+A1 ,03203 BH 811<3G5. 869 BH 9040,01 B<3GA/5. 9040,81 8,Q0143I0 植酸酶 -./0123445.H @3+55, M+<H +8.I044 木聚糖酶 L13+<A901,8 .//H -H 5.I5.D ?AI13I3. .//H $A1AI13+<5, /54P015406I5, $063+344365, +<8140.33 L8481A,F+0. @48P5. 869 L5Q01+548138 P542813.
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! 糖苷键生成葡萄糖。 "# $# ! 纤维素酶 其中 包括 %$ 酶、 %& 酶和 ! ’ $ ’ ! 葡萄糖苷酶。 %$ 酶将结晶纤维素分解为活性纤维素，降低结晶 度，然后经 %& 酶的作用将活性纤维素分解为纤维 二糖和纤维寡聚糖，再经 ! ’ $ ’ ! 葡萄糖苷酶的作 用生成动物机体可利用的葡萄糖。 "# $# ( 半纤维素酶 包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、阿拉伯聚糖酶和 聚半乳糖酶等，主要是将植物细胞中的半纤维素酶 解为各种五碳糖，并可降低半纤维酶溶于水后的粘 度。 "# $# ) ! ’ 葡聚糖酶 ! ’ 葡聚糖是由 ! ’ 葡萄糖与 ! ’ $ ’ * 葡萄糖
（ 聚氨酯泡沫 ） 75189AD 7H -H 0I 84H = * > $%& 甘蔗渣、 玉米棒、 锯屑 7898,J81 0I 84H = K > 麦麸、 大米 M<8,848 : M100N86I38< = O >
甘蔗渣
R328, 0I 84H = S >
甘蔗渣、 玉米棒、 锯屑 7898,J81 0I 84H = K > 麦麸、 大米、 麦杆 麦杆或稻草 糖用甜菜 麦麸 麦麸 M<8,848 : M100N86I38< = O > 78+13. 0I 84H = #T > U0.+<8,/. : V50I = * > 7848I<3 : W<8N18QA1IF = #’ > V8@3GH 0I 84H = #! >
果胶酶 蛋白酶 葡萄糖苷酶 纤维素酶
产酶微生物 -./0123445. 63201 ?8+3445. 43+<063@A1,3. -./0123445. A1FG80 -./0123445. 63201 L13+<A901,8 .//H -H 5.I5.D ?AI13I3. .//H M/A1AI13+<5, /54P015406I5, L5Q01+548138 P542813. -./0123445. 63201 L13+<A901,8 .//H R051A./A18 +18..0 -./0123445. /<A063+3. -./0123445. @48P5. ?8+3445. .5QI343. ?8+3445. .5QI343.