植物性飼料抗營養(yǎng)因子與飼用酶制劑的應用

luyafei414

　　飼料是畜牧生產(chǎn)的物質基礎。現(xiàn)今的配合飼料中90%1,2上的組分為植物性飼料，但是，作為植物性飼料或多或少地存在著抗營養(yǎng)因子，給動物的健康生長帶來很多負面影響。隨著生物技術發(fā)展，飼用酶制劑在消除抗營養(yǎng)因子方面的應用越來越顯示出良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
　　l抗營養(yǎng)因子的概念、分類及作用
　　1.1抗營養(yǎng)因子的概念
　　所謂抗營養(yǎng)因子(Antinutritional factors.ANFs)是指植物代謝產(chǎn)生的并以不同機制對動物產(chǎn)生抗營養(yǎng)作用物質的總稱。
　　抗營養(yǎng)因子廣泛存在于植物界。同一種飼料中可以含有多種抗營養(yǎng)因子，同一抗營養(yǎng)因子也可能存在于多種飼料中。在植物性飼料原料中，含抗營養(yǎng)因子最多的是植物的籽實，豆科籽實及其餅粕、禾本科籽實及其糠麩都含有較多的抗營養(yǎng)因子。
　　1.2抗營養(yǎng)因子的分類及作用
　　已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的抗營養(yǎng)因子有數(shù)百種之多。但目前還沒有統(tǒng)一的分類標準。根據(jù)其對飼料和動物的作用大致分為5類。
　　1.2.1抑制蛋白質消化的抗營養(yǎng)因子
　　①蛋白質抑制因子(Protease inhibitors，PI)包括胰蛋白酶抑制因子和胰凝乳蛋白酶抑制因子，自然界中已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種蛋白酶抑制因子，在動物營養(yǎng)中最具有意義的是KTI(Kunitz trypsin inhibitors)和BBI(Bowmanbirk inhibitors)兩類。主要作用是抑制蛋白酶活性，促進胰腺分泌，造成必需氨基酸內(nèi)源性損失，降低飼料中的干物質、氮和氨基酸的表觀消化率和真消化率;②植物凝聚素(Lectin)全稱為植物性紅細胞凝聚素(Phytohemagglutinin，PHA)，大多數(shù)植物凝聚素在腸道中不被蛋白酶水解，能與小腸黏膜緊密結合，降低腸道消化酶活性，影響營養(yǎng)物質消化吸收;作抗原，引起機體的變態(tài)反應;與淋巴細胞特異性結合，頡頏IgA，對免疫系統(tǒng)和器官有一定破壞作用;③多酚類化合物，如單寧(Tlannins)、棉酚和酚酸等。單寧的抗營養(yǎng)作用主要是與胰蛋白酶、脂酶等結合使酶失活，或與飼料蛋白質結合成不易被消化的螯合物，也極易與鐵鹽作用產(chǎn)生沉淀。另外，單寧分解的沒食子酸有強烈刺激性和苦澀味，
　　影響適口性。棉酚是棉籽餅、粕中主要的抗營養(yǎng)因子，特別是游離棉酚(FG)的活性醛基和活性羥基產(chǎn)生較大毒性而引起多種危害，刺激胃腸黏膜引起胃腸炎，進入血液后損害心、肝、腎等實質器官;在體內(nèi)與蛋白質和鐵等結合，使一些功能蛋白酶失活，或易導致缺鐵性貧血等。
　　1.2.2降低能量利用率的抗營養(yǎng)因子
　　①非淀粉多糖(Non—starch polysaccharides， NSP)是植物的結構多糖的總稱，分為不溶性非淀粉多糖(纖維素)和水溶性非淀粉多糖(半纖維素和果膠)，其中水溶性非淀粉多糖(sohble 130n-starch oolysaccharides.SNSP)具有較強的抗營養(yǎng)作用。從動物營養(yǎng)的角度而言，NSP主要指半纖維素中的盧一葡聚糖和阿拉伯木聚糖，飼料中其含量最高，抗營養(yǎng)作用也最明顯;②α一淀粉酶抑制因子是一種分子質量13 000-50 000的蛋白質，能降低淀粉酶的活性，也能抑制細菌、真菌和昆蟲的淀粉酶活性。
　　1 2.3 降低礦物質利用率的抗營養(yǎng)因子
　　①植酸(Phytic acid)又稱肌醇六磷酸，幾乎都是以復鹽的形式存在，稱為植酸鹽，其中植酸磷約占植物飼料總磷量的60%-85%，這種磷很少能被單胃動物利用，玉米中只有總磷的10%-20%、豆餅中磷的25%-35%能被豬利用，大多數(shù)植物飼料中磷僅有1/3能被家禽有效利用。由于植酸在很寬的pH范圍均帶負電荷，對Ca2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Fe2+、Mg2+ C02+等金屬離子有較強的螫合特性，大大降低了一些必要礦物元素(尤其鋅和鐵)的生物學酶價;②硫葡萄糖苷，其本身沒有抗營養(yǎng)作用，但降解產(chǎn)物中的噁唑烷硫酮(OZT)和異硫氰酸酯(ITC)是主要的抗營養(yǎng)因子，能與碘離子競爭而濃縮在甲狀腺中，導致甲狀腺腫大，ITC還嚴重影響餅粕的適口性。
　　1 2.4抗維生素因子Antivitamin factors)
　　抗維生素因子是在化學結構上與某種維生素類似的化合物，如生大豆中的抗維生素D因子，高粱中的抗煙酸因子，以及頡頏維生素K的雙香豆素等，它們在動物代謝過程中可以與該種維生素競爭并取而代之，從而干擾動物對維生素的利用，引起維生素缺乏癥。
　　1.2.5其他抗營養(yǎng)因子
　　其他較為重要的抗營養(yǎng)因子有皂角苷、生物堿、產(chǎn)雌激素因子、抗原蛋白、草酸、組胺等。皂角苷能抑制胰凝乳蛋白酶和膽堿脂酶活性并有溶血作用;生物堿降低適口性，影響生長;產(chǎn)雌激素因子具有雌激素樣作用，可引起動物的假發(fā)情、公畜雌性化以及母畜不孕、流產(chǎn)等;抗原蛋白主要干擾腸壁完整性和免疫反應等;草酸會影響礦質元素的消化吸收或引起腹瀉等;組胺則可損傷腸道系統(tǒng)，造成腸道微生態(tài)系統(tǒng)紊亂和消化液分泌失調(diào)。
　　植物性飼料中的抗營養(yǎng)因子可降低飼料的營養(yǎng)價值和適口性，給動物的健康生長帶來威脅。必須采取積極有效的措施消除飼料中的抗營養(yǎng)因子。其方法有：物理方法(機械加工、熱處理)、化學方法(酸、堿處理，添加化合物)，生物方法(微生物發(fā)酵、酶制劑處理)及育種方法。但飼用酶制劑是消除抗營養(yǎng)因子的最有效技術。
　　2飼用酶制劑的來源、分類及作用
　　2.1飼用酶制劑的主要來源
　　當前生產(chǎn)用酶已達300多種，飼料用酶也有20多種，主要分動植物源酶、微生物源酶和克隆酶3類。20世紀60年代前，飼用酶基本上是從動植物中提取，產(chǎn)量低，成本高，應用有限;60年代后主要用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)，降低了成本，擴大了酶產(chǎn)量。目前國內(nèi)以固體表層發(fā)酵為主。克隆酶的生產(chǎn)是新技術。
　　2.2飼用酶制劑的種類及特點
　　飼用酶制劑分為單一酶制劑和復合酶制劑兩大類。
　　2 2.1單一酶制劑
　　最具應用價值的單一酶制劑基本上分為5類。①非淀粉多糖酶(NsP酶)包括纖維素酶、半纖維素酶、口一葡聚糖酶和果膠酶等。這些酶的共同特點是提高非淀粉多糖的可消化性，降低或消除其抗營養(yǎng)作用，提高飼料的能量水平;②植酸酶(Phytase)是一種能降解植物性飼料中植酸及其鹽類的磷酸脂酶，使之分解生成無機磷、肌醇以及與植酸結合的蛋白質、氨基酸、微量元素等，提高飼料中多種礦質元素和蛋白質、氨基酸的可利用性，減少單胃動物無機磷的添加量，降低動物糞便中植酸磷的排放;③淀粉酶(Amylase)包括α一淀粉酶，盧一淀粉酶和糖化酶等。α一淀粉酶作用于α一1，4一糖苷鍵，將淀粉水解為雙糖，寡糖和糊精。α一淀粉酶作用于1，6一糖苷鍵(支鏈淀粉分支處)，將支鏈淀粉水解為雙糖、寡糖和糊精。糖化酶水解線性的寡糖、雙糖和糊精，生成葡萄糖和果糖;④蛋白酶(Protease)按其作用條件有酸性、中性、堿性之分。由于動物胃液呈酸陛，小腸液多為中性，所以飼料中大多添加酸性和中性蛋白酶，其主要作用是水解飼料蛋白質為氨基酸;⑤脂肪酶(Llpase)是水解脂肪分子中甘油酯鍵的一類酶的總稱。目前應用很少。但微生物產(chǎn)生的脂肪酶通常在pH3.5-7.5時水解力最好，最適溫度38-45℃，因此非常適用于飼料。
　　2.2.2復合酶制劑
　　復合酶制劑是由一種或幾種單一酶制劑為主體，加上其他單一酶制劑混合而成，或由一種或幾種微生物發(fā)酵獲得。復合酶制劑可以同時降解飼料中多種需要降解的底物(多種抗營養(yǎng)因子和多種養(yǎng)分)，可最大限度地提高飼料的營養(yǎng)價值。國內(nèi)外飼用復合酶制劑有以下幾類。
　　①以蛋白酶、淀粉酶為主的飼用復合酶。主要用于補充動物內(nèi)源酶的不足;②以口一葡聚糖酶為主的飼用復合酶。主要用于以大麥、燕麥為主原料的飼料，在北美、歐洲應用廣泛;③以纖維素酶、果膠酶為主的飼用復合酶。由木霉、曲霉和青霉直接發(fā)酵而成，主要作用為破壞植物細胞壁，使細胞中的營養(yǎng)物質釋放出來，并能降解飼料中的抗營養(yǎng)因子，降低胃腸道內(nèi)容物的黏稠度，促進動物的消化吸收;④以纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡聚糖酶、果膠酶為主的飼用復合酶。此類酶綜合各酶系的共同作用，具有更強的助消化作用。
　　3飼用酶制劑的作用機制
　　3.1補充動物內(nèi)源酶不足，激活內(nèi)源酶的分泌
　　成年動物分泌的消化酶一般能滿足機體需要。幼齡動物消化道和酶系統(tǒng)的發(fā)育不完善，不能適應其分解大分子營養(yǎng)物質的需要。斷奶、健康狀況不佳或應激狀態(tài)時，動物消化道內(nèi)酶細胞分泌量降低，為外源性消化酶發(fā)揮作用創(chuàng)造了條件。另外，飼料中添加酶還可以促進內(nèi)源酶的分泌。
　　3.2降解飼料中抗營養(yǎng)因子，提高飼料轉化率
　　酶是活細胞產(chǎn)生的一類具有特殊催化能力的高效生物催化劑，且一種酶只能催化一類特定底物。某些特定酶可以作用于飼料中的特定抗營養(yǎng)因子，使之被降解而失去抗營養(yǎng)作用。同時能全面促進日糧養(yǎng)分的分解消化和吸收利用，提高飼料轉化率。
　　3.3分解植物細胞壁，促進營養(yǎng)物質的消化吸收
　　植物細胞壁是由纖維素、半纖維素、果膠等構成的復雜聚合物，是營養(yǎng)成分的保護層。大多數(shù)動物尤其單胃動物缺乏分解植物細胞壁的酶類，從而影響?zhàn)B分的充分利用。使用外源性NSP酶能較好地摧毀細胞壁，提高植物細胞內(nèi)養(yǎng)分利用率。
　　3.4加強動物保健，提高機體免疫力
　　良好的營養(yǎng)水平與代謝能力是動物機體產(chǎn)生免
　　疫力的決定因素。酶制劑不僅改善了動物對日糧的消化率，而且還影響動物機體的代謝和激素水平。酶制劑在動物體內(nèi)酶解產(chǎn)生的生理活性肽(如抗菌肽及抗病毒肽、神經(jīng)活性肽、激素調(diào)節(jié)肽、免疫活性肽、調(diào)味肽、抗氧化肽、營養(yǎng)肽等)，對動物保健和免疫力的增強已越來越受到關注。飼用酶制劑已是取代抗生素的首選添加劑。
　　3.5降低氮磷等排泄量，減少環(huán)境污染
　　應用酶制劑可大大減少畜禽排泄物中的有機物、氮、磷等營養(yǎng)物質的排除量，大幅度減少其對土壤和水體的污染。另外，飼用酶制劑的應用可以擴大飼料資源。
　　4飼用酶制劑的選用
　　酶制劑具有高度的專一性和特異性，科學使用酶制劑是發(fā)揮其作用的關鍵。
　　4.1針對內(nèi)源酶分泌不足，選擇使用消化酶
　　一般來說，仔豬和家禽等分泌的內(nèi)源酶種類、數(shù)量都難以滿足消化代謝的需要，尤其當應激狀態(tài)或疾病情況下更明顯。研究表明，肉仔雞胰腺和腸道內(nèi)消化酶活性基本上隨著日糧中外源酶添加量的升高而升高。4.2針對日糧類型中主要抗營養(yǎng)因子選用酶制劑
　　4.21低黏度日糧
　　比較典型的是玉米一豆粕型日糧，是我國畜牧生產(chǎn)的常規(guī)日糧，適宜選用的酶種為木聚糖酶、果膠酶和甘露聚糖酶的復合酶制劑。
　　4.2.2高黏度日糧
　　是指大麥、小麥、米糠含量較高的日糧，北美、歐洲國家應用廣泛。這類日糧應選用β一葡聚糖酶和木聚糖酶的復合酶制劑。
　　4-2_3高纖維日糧
　　是指谷物、糟渣、糠麩含量較高的日糧。這類日糧應選用纖維素酶，同時輔以木聚糖酶、甘露聚糖酶等，以協(xié)同摧毀植物細胞壁。
　　4.2.4雜餅/粕日糧
　　是指棉、菜籽餅，粕等含量較高的日糧，富含粗纖維、果膠、甘露聚糖等多聚物，這類日糧應選用含纖維素酶、果膠酶和甘露聚糖酶的復合酶。
　　4.3針對目標底物的含量確定酶制劑的適宜用量
　　使用酶制劑的主要目的是提高飼料中依靠內(nèi)源酶不能消化物質(目標底物)的利用率或消除其抗營養(yǎng)作用。若底物過少，加酶就不會產(chǎn)生明顯效果;若底物過多，添加酶量或酶活性不足，則效果亦不
　　佳，這就要求目標底物與酶制劑用量之間應有適宜的比例關系。
　　4.4確定酶制劑的營養(yǎng)改進值(INT).對日糧配方進行優(yōu)化
　　使用酶制劑方式有兩種，一是直接添加在常規(guī)配合飼料中，簡單易行但會增加飼料成本;二是根據(jù)酶制劑提高生產(chǎn)性能和改善飼料利用的程度，適當降低常規(guī)配合飼料中的營養(yǎng)參數(shù)或利用廉價飼料原料配制日糧。只有在充分科學實驗的基礎上提出各種酶制劑所能改進的飼料養(yǎng)分消化率的大小或相對營養(yǎng)價值(稱為“營養(yǎng)改進值(INN)”)，并以此對常規(guī)飼料營養(yǎng)參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，才能在保持生產(chǎn)陛能不下降的情況下降低飼料成本。
　　4.5針對動物的特異性選用酶制劑
　　不同種類的動物消化系統(tǒng)和酶系統(tǒng)不同，同一動物的不同生理階段也有差異，對酶制劑的反應也就各異。酶制劑使用效果受動物因素的影響較明顯。

donghaijun2009

好文章齊共享，感謝樓主。

朱習春

好文章，謝謝