第六章饲用酶制剂第一节饲用酶制剂的作用机理及主要种类一．饲用酶制剂应用的生物学依据1、动物对酶的需要研究证实，幼龄畜禽消化道和酶系统的发育很不建全，消化酶、胃酸和消化液分泌不足，远不能适应其分解大分子营养物质的需要。
断奶、健康状况不佳或应激状态时，畜禽消化道内酶分泌量的降低，这些为外源性消化酶发挥作用创造了条件。
例如，仔猪出生后第一周，主要以乳中的脂肪为能量来源，消化道中脂肪酶较多，2～3周内乳糖酶分泌最多，随后急剧下降。
蛋白酶和淀粉酶随着乳糖酶分泌的减少而增多。
断奶时由于日粮变化和应激反应，除蛋白酶外其它酶的分泌量大大减少，需经2周左右才能恢复，消化酶活性在数周内仍保持较低水平，据报道，直至体重60～70千克，消化酶活性都是逐渐提高的。
所有这些都表明有必要给猪补充外源酶。
幼龄禽类同样存在消化酶发育的问题。
对于成年家禽则应以消除饲料中抗营养因子，提高饲料卫生条件，以及解决消化率为重点，也需要在饲料中添加酶，加酶不仅补充了体内酶的不足，还提供了体内不能产生的酶。
2、饲料对酶的需要植物性饲料是动物能量和蛋白质以及其他营养物质的主要来源，而它们含有复杂的三维结构构成的细胞壁，是营养成分的保护层，影响动物的消化吸收。
这些细胞壁由抗营养因子非淀粉多糖（NSP）组成，包括阿拉伯木聚糖、β－葡聚糖、戊聚糖、纤维素和果胶等。
单胃动物不分泌NSP酶，用外源性的酶摧毁植物细胞壁，有利于细胞内容物从其中释放出来，同时缓解NSP导致的食糜粘度过大。
3、酶作为一种蛋白质，对动物是安全的迄今为止，还未发现酶制剂有毒有害的报道。
但在发酵过程中，如果污染杂菌，就有可能产生有害物质。
另外，研究表明，因为外源酶是微生物酶，结构组成与动物分泌的酶不同，因而不会产生负反馈调节。
二．酶制剂的作用机理及应用效果1、破坏植物细胞壁，消除饲料中的抗营养因子，提高饲料的利用率。
通常配合饲料以玉米、大麦、饼粕、糠麸等植物性原料为主，这种饲料不仅粗纤维含量较高而且还含有较多的植物细胞壁，植物细胞壁由各种聚化物（纤维素和果胶等）组成，除草食动物外，其他动物自身不能合成可以分解细胞壁的酶，因此在饲料中适当添加含有纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等饲用复合酶制剂，可破坏饲料中存在的植物细胞壁，使细胞中的营养物质释放出来，提高动物对植物性原料的利用率。
除细胞壁中的多糖体外，饲料中还存在其它许多抗营养因子，而酶制剂的添加可部分或全部消除这些抗营养因子。
植酸具有很强的络合性，可络合一些阳离子如Ca2+、Fe2+、Zn2+、Cu2+等形成稳定的复合物，从而降低这些营养物质的生物利用率。
许多试验表明，日粮添加植酸酶可使Ca2+、Fe2+等阳离子利用率提高。
冯定远等（2000）将酶制剂（主要含木聚糖酶、β葡聚糖酶）加到以玉米-豆粕-麸皮为基础并含一定量米糠的日粮中，实验结果表明：酶制剂能明显提高日粮营养物质的消化率，其中粗纤维、粗蛋白、干物质的消化率分别提高了48%、16.5%、11.3%。
与此类似，王玲（2001）试验结果表明：酶制剂（主要成为分为木聚糖酶、β葡聚糖酶和纤维素酶）能使饲料干物质、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和粗灰分的表观消化率分别提高11.02%、11.63%、28.01%、49.83%、21.05%。
国外的实验表明，在生长猪的大麦型日粮中添加含有β葡聚糖酶的复合酶制剂，可使饲料的能量利用率提高13%，日粮的蛋白质吸收率提高21%。
2、改善生产性能，减少疾病的发生在畜禽日粮中添加酶制剂，可通过增加采食量和降低饲料消耗提高生产性能。
孙淑霞（2001）实验表明，种番鸭基础日粮中添加0.1%中性蛋白酶、0.1%植酸酶、0.05%中性蛋白酶+0.05%的植酸酶，比对照组产蛋量分别提高9.83%(P<0.05)、5.27%(P<0.05)、11.64%(P<0.01)；受精率分别提高6.66%(P<0.05)、7.48%(P<0.05)、10.67%(P<0.01)。
由此也说明，复合酶制剂的效果优于单一的酶制剂。
在大麦基础日粮中添加1%的粗酶制剂，雏鸡饲料营养成分的吸收利用增强，生长速度加快，机体的细胞免疫明显提高（韩正康，1996）。
仔猪断奶后常出现消化不良和腹泻，添加酶制剂后，仔猪腹泻发生率显著减少。
近期有关资料证实，在日粮中使用木聚糖酶是防止和治疗动物结肠炎的一个重要措施。
NSP物质能结合大量的水，增加了消化道食糜的粘性，使营养物质和内源酶难以扩散，影响蛋白质、淀粉等物质的消化吸收，而且使畜禽产生粘性粪便。
饲料中添加酶在增加NSP消化的同时，降低了食糜的粘稠度，缩小胰脏和胃肠道的体积，减少粪便量。
3、减少环境污染，发展生态营养生态营养即给动物营养以全面系统观点，使用一切手段提高畜禽饲料利用率，以最小的饲料投入，获得最多的畜产品和最少的排泄物。
饲料中氨基酸的平衡性差，过多的蛋白质或太多不易消化的蛋白质，不仅造成资源的浪费，还会使环境恶化，添加酶制剂（如蛋白酶）有效地提高了饲料蛋白质的消化率，从而减少过多的氮排泄。
对于因磷污染环境而制约畜禽饲养业发展的国家，添加植酸酶具有特别重要的意义。
据格鲁姆日珥等报道，在猪的玉米-豆粕型日粮中添加植酸酶，粪便中磷的排泄量减少了34%-54%。
此外，给瘤胃功能正常的成年奶牛和育成牛饲喂5天纤维素酶后，其粪便干物质减少30%，封闭式牛舍中氨含量下降70%左右，尿中尿素下降58.9%。
三．酶制剂的种类目前世界上已发现的酶有几千种，生产用酶已达300多种，饲用酶亦有20多种。
饲料用酶主要有各种淀粉酶、纤维素酶、葡聚糖酶、蛋白酶、脂肪酶、植酸酶等以及含有多种酶系的复合酶制剂，这些酶大致可分为以下两大类：（一）消化酶类指动物体内能够合成并分泌到消化道进行消化的酶类，主要包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶，能量主要以结构性碳水化合物的形成存在，此类酶制剂可直接分解淀粉、蛋白质和脂肪等营养物质，使其利用率和饲料的表观代谢能显著提高。
1、淀粉酶：主要包括α、β淀粉酶、糖化酶以及支链淀粉酶和异淀粉酶。
α－淀粉酶作用于α－1，4糖苷键，将淀粉水解为双糖、寡糖和糊精，只能水解直链淀粉和支链淀粉的直链部分。
β淀粉酶作用于淀粉的β－1，6糖苷键（支链淀粉分枝处），将支链淀粉水解为双糖、寡糖和糊精。
糖化酶水解线性的寡糖、双糖和糊精，生成葡萄糖和果糖，并从淀粉的非还原末端，依次水解α－1，4糖苷键生成葡萄糖。
2、蛋白酶：有酸性、碱性和中性之分，由于动物胃液多为酸性，小肠液多为中性，因此，饲料中大多添加酸性和中性蛋白酶，其主要作用是水解蛋白质为氨基酸。
3、脂肪酶：是水解脂肪分子中甘油酯键的一类酶的总称，微生物产生的脂肪酶通常在PH3.5～7.5时水解力最好，最适温度38～45℃，因此，微生物脂肪酶非常适用于饲料。
（二）非消化酶类指动物体自身通常不能合成而消化道微生物可能分泌的酶类，主要包括植酸酶、纤维素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、果胶酶等，此类酶不直接消化水解大分子的营养物质，而是分解或水解饲料中的抗营养因子，间接促进了营养物质的消化利用。
1、β－葡聚糖酶：是由β－葡萄糖与β－1，3葡萄糖苷键连接而成的多糖，在大麦、燕麦等谷物中含量较多，其中60～70％可溶于水形成粘性凝胶，成为一种抗营养因子，β－葡聚糖酶可水解β－葡聚糖，降低肠道内容物粘度，促进消化吸收。
2、纤维素酶：包括C1酶、CX酶和β－1，4葡萄糖苷酶。
其中C1酶将结晶纤维素分解为活性纤维素，降低结晶度，然后经CX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β－1，4葡萄糖苷酶的作用生成动物可利用的葡萄糖。
3、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。
主要作用是将植物细胞中的半纤维素水解为五碳糖，并可降低半纤维素溶于水后的粘度。
4、果胶酶：果胶是高等植物细胞壁的一种结构多糖，主要成分是半乳糖醛酸（果胶酸），并含有鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖和木糖。
果胶酶可裂解单糖之间的糖苷键，并脱去水分子，分解包裹在植物表皮的果胶，降低肠道内容物的粘度，并促进植物组织的分解。
5、植酸酶：植酸是植物中磷的贮备形式，植酸中的磷难以被动物利用，是一种抗营养因子。
植酸酶属于磷酸单酯水解酶，水解植酸（盐）为正磷酸和肌醇衍生物，同时在胃肠道中被植酸螯和的大量锌、钙等离子也由于植酸的水解被释放出来被动物所利用。
四．酶制剂的生产目前在饲料工业中使用的酶制剂基本上是由微生物发酵生产的，要生产活性单位高又经济的酶制剂，选用合适的微生物和适当的培养基及培养方式是非常重要的。
（一）、产酶微生物的要求：要选用优良的酶生产菌种应注意以下几点：微生物生产繁殖旺盛，产酶量大，酶的活性高；营养要求低，原料来源广，价廉易得；产酶性能稳定，菌种不易退化，能保证高产；无毒无致病因素；若为细菌，则能抵抗菌体得侵蚀；产生得酶最适PH值最好为酸性，温度适应范围广，能适应于饲料加工和动物胃内环境；产生得酶易于分离，收率高；若生产复合酶制剂，则选用酶品种多，产量高得菌株。
（二）、培养基：培养基不同微生物的生长速度和酶形成能力不同。
在培养基中要提供适当而丰富的营养物质。
酶制剂生产中所用原料主要包括碳源（包括能迅速利用的单糖、双糖和缓慢利用的淀粉、纤维素等多糖）、氮源（豆饼粉、花生饼粕、鱼粉、酵母粉、玉米浆等有机氮源和铵盐、硝酸盐等无机盐）、无机盐和诱导物。
固体发酵还要加入一定量利用通风的载体如稻壳、玉米皮等。
实践证明，培养基中碳源和氮源的比值直接影响菌体的生长、繁殖和酶的生成。
当碳氮比过小时，即培养基中氮源过多，造成微生物生长过盛，而碳源不足，容易引起菌体衰老和自溶，造成氮源浪费和产酶量下降；如果碳氮比过高，氮源不足，微生物生长过慢，一方面易引起杂菌感染，另一方面由于没有足够的微生物产酶也会造成碳源浪费和产酶量下降。
因此应根据各种微生物的特性，选择适宜的碳氮比，是提高产酶量的重要措施。
各种无机盐和微量元素是微生物细胞结构的重要组成物质和酶的组成成分获维持酶的活性，能促进微生物生长、繁殖，刺激酶的生成，培养基中不可缺少。
饲料工业所用微生物酶大多为诱导酶类，因此，向培养基中添加诱导剂就会增加胞外酶的产量。
如加入槐糖能诱导木霉菌的纤维素酶的生成，木糖诱导半纤维素酶的生成。
氮诱导物价格往往较贵，实际生产中加入廉价的含有诱导物的的原料来代替。
如槐豆荚等某些植物的种子皮中含有槐糖，玉米芯中含有木糖。
（三）、发酵生产：生产工艺主要有固态发酵和液态发酵两种（国内生产的饲用酶制剂多采用固态发酵法）。
大体工艺是：通过选择、诱变、纯化筛选出具有分泌需要酶的微生物菌株，或通过基因重组技术，将产酶基因转移到成本低、能大规模发酵生产的微生物体内，进行菌种扩大培养，接种于灭菌原料中，液体或固体发酵，提取，浓缩，包被，载体吸附，干燥、粉碎，制成粗酶制剂，分装。