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系統動物營養學在酶制劑領域的應用與飼料酶營養學的構建 木屑顆粒機|秸稈顆粒機|秸稈壓塊機|木屑制粒機|生物質顆粒機|富通新能源 / 13-11-02

    飼料酶制劑研究發展很快,但是目前飼料酶制劑開發仍然存在許多問題,酶制劑在畜禽日糧中的應用還有不少的爭議,而且這些問題和爭議將會很長時間存在,目前不少的飼料酶制劑產品達不到作為飼料添加劑的要求,產品設計的盲目性還比較普遍。但不可否認,酶制劑是最有發展前景的飼料添加劑之一。作為一類具有生物學活性的生物技術產品,天然、綠色、安全、高效是其本身的特性,決定了其使用具有廣闊前景。飼料酶制劑,比其他酶制劑更加復雜,問題更突出,其中對酶制劑的功能作用,特別是如何和動物營養結合起來,如何使用價值的量化,如何營養化等等還需深入研究。“飼料酶制劑的應用,對傳統的動物營養學說提出了挑戰,如飼料配方、原料選擇和營養需要量等方面需要重新研究或修正”( Sheppy,2001),Noblet等(2010)也提到,酶制劑的使用將影響飼料的凈能值,說明了酶的使用必須與動物營養的基礎結合起來。所以,有必要討論酶制劑在飼料中應用應考慮的因素和酶制劑的功能與動物營養的關系。隨著酶制劑使用的越來越普遍,如何把酶制劑的營養功能科學界定,把酶制劑的營養價值體現出來,根據盧德勛先生提出的系統營養學原理,在“動物營養學”的大系統內,十分有必要探討構建與酶制劑相關的一個子系統“飼料酶營養學”。
    三門峽富通新能源銷售生產顆粒機秸稈顆粒機等生物質燃料飼料成型機械設備。350飼料顆粒機1、酶制劑在畜禽飼料中應用的功能
    酶制劑是一種特殊的飼料添加劑,具有多方面的功能,包括了具有營養性添加劑和非營養性添加劑兩方面的作用。酶制劑在動物日糧中的應用最直接的功能,也是最早認識的功能是酶的提高營養消化利用的功能,酶制劑在畜禽飼料中的應用大致有如下六個方面的作用。
1.1  酶制劑的直接營養功能
    這也是酶制劑最主要的功能,目前也是了解最多的功能,具有這種功能的酶制劑種類最多,從第一代飼料酶制劑(蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等)、第二代飼料酶制劑(木聚糖酶、p-葡聚糖酶、纖維素酶等)、到第三代飼料酶制劑(a-半乳糖苷酶、B一甘露聚糖酶、果膠酶、甲殼素酶、殼聚糖酶等)都具有這種作用,只是其改善營養消化利用的途徑有所不同。飼料酶制劑的多種功能中,最基本和最重要的功能是其營養功能,也是目前應用的最直接的目的。我們在討論飼料酶制劑的分類和劃代時,既考慮了各類飼料酶制劑研究和開發的先后順序,也考慮了各類酶制劑的功能作用(馮定遠和左建軍,2011)。其中最早研究酶制劑在飼料中的應用就是酶制劑的營養功能.提高營養的消化率,提供更多可消化、可利用的營養。
    具有營養功能的酶制劑分為兩類:第一種是直接催化水解營養底物,包括第一代飼料酶如大分子營養消化酶(如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等);第二種是去除抗營養作用,包括第二代飼料酶如非淀粉多糖酶(木聚糖酶、p-葡聚糖酶、纖維素酶等)和植酸酶等。以及第三代飼料酶的特異碳水化合物酶(a-半乳糖苷酶、B一甘露聚糖酶、甲殼紊酶、殼聚糖酶等)。具有營養功能的飼料酶制劑是最重要,也是最普遍的酶制劑,包括是目前的第一代至第三代的大部分飼料酶。
1.2酶制劑的促進腸道健康功能
    酶制劑具有促進腸道健康功能通過兩個途徑實現的:一是與酶制劑功能的物理作用相關,通過降低粘性;二是與生化代謝作用相關,酶制劑產生的寡糖可促進腸道正常蠕動,促進有益菌的增殖,抑制有害菌的定植。促進腸道健康表現為一方面酶制劑可以改善腸道微生態,另一方面酶制劑可以改善腸道絨毛正常發育,當然,這兩方面也是有關聯的。非淀粉多糖酶(如木聚糖酶、p-葡聚糖酶等)通過降低粘性,日糧中酶制劑的添加也可以通過對腸道微生態環境,降低和消除了日糧中木聚糖對動物的抗營養作用,降低了動物小腸絨毛代償性增生。最近幾年有關酶制劑與畜禽腸道健康,左建軍等( 2011)首次提出了“益生型酶制劑”的理念就是對酶制劑具有促進腸道健康的功能的深入探討。
1.3酶制劑的生理和免疫調控功能
    蛋白質酶、肽酶的催化水解產物寡肽;淀粉酶、非淀粉多糖酶(木聚糖酶、B一葡聚糖酶、纖維素酶等)和特異碳水化合物酶(a-半乳糖苷酶.B-甘露聚糖酶、果膠酶、甲殼素酶、殼聚糖酶等)的催化水解產物寡糖,部分具有生物活性的作用,間接具有調控腸道微生態、體內代謝和免疫的功能,部分與第二個功能相關。典型例子是體外條件下,大豆蛋白通過蛋白酶的水解生產寡肽,而且往往是以組合蛋白酶的方式進行處理,如通過黑曲霉酸性蛋白酶和枯草桿菌堿性蛋白酶等的協同作用水解大豆蛋白生產寡肽(朱海峰.2004)。淀粉酶可以產生麥芽寡糖;a-淀粉酶可以產生殼寡糖(張文清等.2003);木聚糖酶水解甘蔗渣木聚糖生產木寡糖(朱孝霖等,2008)。寡糖調節機體免疫系統主要是通過充當免疫刺激的輔助因子來發揮作用,提高抗體免疫應答能力(Savage等,1996)。生物活性成分部分改善動物的腸道健康,部分改善腸道以外的機體抗病能力,部分提高動物的代謝水平,具有一定的生理生化調控功能。花生秧顆粒飼料1.4酶制劑的脫毒解毒功能
    如黃曲霉毒寨脫毒酶等,黃曲霉毒素脫毒酶能夠斷裂黃曲霉毒素分子中氧雜萘鄰酮環上的芳香內酯鍵和使碳8位的甲氧基團降解。在100μg/kg AFBI日糧中加入黃曲霉毒素解毒酶,能一定程度的改善肉仔雞的平均日采食量、平均日增重和平均末重,顯著降低毒素在肝臟和血液中的殘留,減弱毒素對肝臟的損傷,一定程度地改善血清學指標(曹紅等2010)。飼料中黃曲霉毒素污染量為20-50斗g/k gH-t,飼用黃曲霉毒素解毒酶制劑在飼料中適宜添加量為0.3%(尹遜慧等2010)。另外,部分酯酶、谷胱甘肽-s-轉移酶、細胞色素P450單加氧酶等也具有特定的脫毒解毒的功能。
1.5酶制劑的抑茵殺菌功能
    有些酶制劑如胞壁質酶,又稱溶菌酶(lysozymt)具有殺菌的作用,部分甲殼紊酶和殼聚糖酶同樣具有抑菌殺菌的功能,其原理是一類與甲殼素有關的分子是細菌細胞壁內肽聚糖中的糖鏈,這類糖鏈可以看成是甲殼素的衍生物,它基本上保留了甲殼素和纖維紊樣的結構,這類酶分解細菌細胞壁成分。由于肽聚糖糖鏈的結構與甲殼素類似,因此,原先以肽聚糖為底物的溶菌酶也可以降解甲殼素。另一類與甲殼素有關的分子是在某些鏈球菌的表面存在著另一類N-乙酰氨基葡萄糖形成的多糖,和甲殼素不同的是,它是通過B一1.6連接形成的生物大分子,而且是一種病原分子(馮定遠和左建軍,2011)。
1.6酶制劑的抗氧化等方面的功能
    谷胱甘肽過氧化物酶具有抗氧化功能,在我們的試驗中,谷胱甘肽過氧化物酶能顯著提高血清超氧化物歧化酶( SOD)活力和降低肝臟丙二醛(MDA)的含量(陳芳艷,2010)。具有抗氧化功能的還有超氧化物歧化酶、硫氧還蛋白過氧化物酶和過氧化氫酶等。體內一旦形成過氧化物,它們就發揮抗氧化作用。可以推導,抗氧化作用對畜產品的質量和貨架壽命有一定的好處。
    當然,這里討論酶的功能,部分還只是作為生化成分“酶”的功能,有些還不是可以在飼料中應用的“酶制劑”。
2、系統動物營養學在酶制劑研究的應用
    系統動物營養學是盧德勛( 1997)提出來的一種創新理論體系,對整體把握動物營養學科的發展和建立新的研究思維方式有重要的理論價值,對深化認識傳統動物營養學和拓展動物營養學科的研究領域有指導意義。應用這一理論,可以開展新領域的深入研究和構建新的學科體系。隨著飼料酶制劑的研究和實踐的不斷開展和水平提高,特別是酶制劑與營養的關系.酶制劑價值的量化的研究和總結.作為“動物營養學”的大系統中的一個子系統,“飼料酶營養學”的研究和建立是未來的一個研究方向。
2.1“動物營養學”的大系統與“酶制劑營養功能”的子系統
    根據系統營養學原理,在“動物營養學”的大系統內,有不同的子系統(盧德勛.2004)。“動物營養”由不同層面的子系統組成,從動物角度,有單胃動物營養、反芻動物營養、水產動物營養、豬營養、家禽營養等等;從營養成分角度,有蛋白質營養、能量營養、維生素營養、礦物質營養等等;從飼料營養特性角度,有谷物飼料營養、植物蛋白質飼料營養、動物蛋白質飼料營養、礦物質飼料營養、營養性添加劑的營養、改善營養的功能性添加劑的營養,等等。正如前所述,飼料酶制劑通過直接催化水解營養底物和間接去除抗營養作用兩種途徑,改善營養的消化和利用,是一種具有營養功能的飼料添加劑。
    “學說、學”是指分門別類的有系統的知識,在學術上自成系統的學科理論。“動物營養學”則是由不同的與動物營養相關的學問組成,如反芻動物營養學、飼料營養學等等。例如,專門研究“家禽營養”的學問和專業知識就是“家禽營養學”,專門研究“維生素營養”的學問和專業知識就是“維生素營養學”,同樣,專門研究“飼料酶制劑的營養”的學問和專業知識我們可以定義為“飼料酶制劑營養學”或者“飼料酶營養學”。
2.2  添加酶制劑消化模式與動物原有消化系統的消化模式的區別
    系統動物營養學的研究對象就是動物營養系統( animal's nutritional system).動物營養系統是指由與動物營養過程有關的動物器官、組織以及機體外部環境所組成的,其間不斷進行著營養物質代謝和利用、能量流動和轉化,是一種結構與功能相結合的有機整體(盧德勛,2004)。作為一種具體物種的畜禽如豬、牛,都有一套獨特的消化系統和消化模式,營養的消化利用有別于其他動物物種,所以,豬的營養學和牛的營養學差別非常大,有專門的學科領域進行討論。
    酶制劑的添加,一定程度改變了物種原來的消化系統和消化能力,原來的消化模式將改變,原有的消化參數和可利用營養數據就不適應。例如,豬日糧使用酶制劑,特別是纖維素酶和木聚糖酶一類的酶制劑,意味著豬可以消化利用部分粗飼料,從消化性能上講,部分類似反芻動物,添加高效飼料酶制劑的豬,已經不是原來消化性能的豬,從消化系統或消化性能的角度,相當于消化道的有效延長,在動物飼料中添加酶制劑以提高消化率可以看作時動物消化過程的延伸(馮定遠和沈水寶,2005)。從消化模式上講,  “此豬非彼豬”,原來的消化效率、營養參數已經改變,不能再使用“彼豬”的營養消化系統,有必要使用加酶日糧的“此豬”營養消化系統,重新建立新的營養參數。Sheppy(  2001)強調:飼用酶制劑的應用.飼料配方、原料選擇和營養需要量等方面需要重新研究或修正。要真正使用好酶制劑,必須有相應的營養系統,飼料酶制劑的營養功能研究和逐步建立“飼料酶營養學”就很有必要。
2.3酶制劑的營養調控作用的價值體現
    盧德勛( 2004)在討論系統動物營養時強調“營養調控已成為動物營養學發展的主旋律”,過去理解營養調控更多是體內營養代謝的調控,實際上,營養調控還包括消化道的調控和外環境的調控。酶制劑是一種重要的營養調控手段,改變了營養參數,改變了有效營養的供應,同時某些產物(如能吸收且具有生物活性的寡肽)也影響體內的代謝。“飼料酶營養學”的主要研究內容就是酶制劑的營養調控作用及其營養的量化、當量化或者酶制劑的營養價值化。
3、飼料酶營養學
3.1  酶制劑營養的機理
    酶制劑具有改善畜禽對營養利用是通過直接和間接兩方面實現的,一般地,酶制劑提高營養消化利用是通過如下三個途徑:
    (1)直接補充消化道營養水解所需的酶。某些酶制劑直接補充消化酶,提高營養成分的消化率。例如,蛋白酶(游金明等2008)、淀粉酶(蔣正宇等2006)、脂肪酶(時本利等2010)分別提高蛋白質、淀粉和脂肪的消化利用。蛋白酶有動物源、植物源和微生物源蛋白酶,如果是動物源性的胃蛋白酶或胰臟蛋白酶,就是最典型的蛋白質消化酶直接補充,植物源和微生物源性蛋白酶的基本原理也是一樣,也可以看成消化道內蛋白酶的補充;淀粉酶和脂肪酶的情況亦是如此。最早在畜禽飼料中使用第一代酶制劑的想法就是源于蛋白酶、淀粉酶或脂肪酶可以直接補充體內消化道相應消化酶不足的單一和對應原理。
    (2)間接通過去除飼料中抗營養因子。某些酶制劑間接通過去除抗營養因子,提高營養成分的消化率。例如,木聚糖酶(馮定遠等,2008)、B一葡聚糖酶(馮定遠等,1997)、纖維素酶(黃燕華2004;陳曉春等2005)、a-半乳糖苷酶(冒高偉2006;蔣桂韜等,2009)、B-甘露聚糖酶(鄭江平和朱文濤2008),都不同程度提高營養的消化,最終提供更多可利用的營養,例如提高消化能、代謝能,提高氨基酸、脂肪酸、礦物質、微量元素和維生素消化利用率等等。同樣,添加植酸酶能夠提高蛋白質和氨基酸的消化率(Ravindran等,1995).而不僅僅是植物磷的利用效率。
    (3)間接通過增加動物內源消化酶分泌。某些酶制劑通過增加動物內源消化酶分泌,提高營養的消化利用。Sheppy(2001)認為,在日糧中添加淀粉酶和其他一些酶,可以增加動物內源消化酶分泌,進而改進營養的消化吸收,提高飼料轉化率和動物生長率。在我們的研究中,添加外源酶對仔豬胰臟胰淀粉酶的活性有增加的趨勢,28和42日齡仔豬胰臟胰蛋白酶活性有提高的趨勢,提高了42臼齡和56日齡胃蛋白酶的活性(沈水寶2002)。黨國華( 2004)也發現,低聚木糖有提高肉仔雞小腸總蛋白酶和淀粉酶活性的趨勢。
    其中第一種途徑是一種酶制劑單一提高一類營養的消化利用,如蛋白酶只能提高蛋白質消化利用;而第二第三種途徑是一種酶制劑有可能同時提高幾類營養的消化利用,如木聚糖酶理論上可以提高所有營養的消化利用。前者單一明確,后兩者綜合復雜。
3.2飼料酶營養學研究的內容
    飼料酶營養學是研究飼料用酶制劑的酶學特性、動物消化道理化條件影響、飼料加工條件影響和各種飼料用酶在不同畜禽中應用的營養作用。從動物角度,有單胃動物飼料酶營養、反芻動物飼料酶營養、水產動物飼料酶營養、豬飼料酶營養、家禽飼料酶營養等等。從酶的種類角度,具體的內容包括蛋白酶與蛋白質和氨基酸營養、淀粉酶和脂肪酶與能量營養、非淀粉多糖酶與蛋白質及能量營養、植酸酶與礦物營養等等。
3.3飼料酶制劑營養學應用的意義
    飼料酶制劑的使用將會越來越普遍,現代養殖的一個特點是集約化、大規模、生長快、周期短,相應的養殖模式是高密度,配方特點是富營養,不管是高密度飼養條件,還是富營養日糧水平,都在一定程度對動物產生應激。這雙重的應激因素,與傳統養殖相比較,將對動物消化生理和消化酶的分泌造成一定的影響,必然降低飼料營養的消化利用,添加酶制劑在一定程度上可以加予克服。
    非常規飼料原料就是消化率低或含有有害有毒成分的飼料,通過發酵或者添加酶制劑等手段在一定程度上可以改善,發酵的本質也是酶的作用。隨著相對容易消化利用的常規飼料原料玉米豆粕作為飼料原科供應絕對量的減少(耕地減少和作為其他用途增加)和配方中相對量的減少(養殖需求增加,在配方中比例下降),低玉米低豆粕型日糧,甚至無玉米無豆粕型日糧是一種趨勢,解決飼料原料短缺矛盾的一種手段,酶的使用是最可能的選擇,特別是通過高效組合酶的作用(馮定遠等,2008;呂秋鳳等,2010),使部分非常規飼料原料得到比較好的利用。
    即使是玉米豆粕型日糧,同樣存在消化的問題,添加酶制劑仍然有改善效果的空間。過去許多人認為玉米是飼料原料的所謂“黃金標準”,絕大數動物營養學家認為玉米不存在消化不良性,消化率超過95%,但是Noy和Sklan研究表明,在理想狀態下.4—12日齡的肉雞日糧中的淀粉的回腸末端消化率很少超過85%,,而添加淀粉酶可以使淀粉在小腸中得到更多更快的降解。Noy和Sklan( 1995)報道飼喂肉仔雞玉米豆粕日糧時,淀粉和脂肪的回腸消化率均較低。該研究表明肉仔雞(4~21日齡)小腸末端淀粉消化率仍然僅為82%,雞日齡增加時消化率也沒有提高的跡象。這表明玉米淀粉的一部分到達腸后段在那里發酵,但能利用的能量仍很少。對回腸食糜進行顯微鏡檢查發現回腸內有大量未消化玉米胚乳成分也證明了這一點。
4、飼料酶技術體系與飼料酶營養學
    在作者的專著“飼料酶技術體系的研究與實踐”(馮定遠和左建軍,2011)中,專門討論了有關飼料酶技術體系的問題。飼料酶制劑技術體系的建立是基于飼料酶發揮作用的三個基本條件,針對酶本身生物學特性的真實性、酶制劑應用的高效性、酶制劑對日糧的適用性,根據酶制劑的酶學特性及抗逆性研究、動物消化生理和組合酶的設計及其理論基礎的研究、飼料原料特性和配方技術等,飼料酶制劑的技術體系包括:(1)飼料酶制劑的分類及其劃代;(2)高效飼料組合酶的設計原理;(3)加酶日糧ENIV系統的建立;(4)飼料酶發揮作用的位置及其機理;(5)酶制劑使用效果的預測;(6)酶制劑應用效果的評價。其中, “高效組合酶的設計原理”是產品設計的核心技術; “加酶曰糧ENIV系統”是酶制劑應用的核心技術,而“飼料酶制劑的分類及其劃代”、“飼料酶發揮作用的位置和原理”、“酶制劑使用效果的預測”、“酶制劑應用效果的評價”是酶制劑應用的配套技術。
    針對酶制劑種類比較多、作用的目的差別比較大、應用日糧和飼料原料范圍比較廣等情況,為了規范飼料酶制劑的使用,以便應用更為有效,對其進行的分類和劃代,不僅僅是依據作用底物的簡單分類或簡單的時間劃分,是建立在作用模式、作用底物化學組成特點、作用位點、糖生物學基礎等基礎之上的科學分類和劃分;組合酶作為酶制劑產品設計的創新理念,有別于傳統的單酶和復合酶,能充分體現酶制劑的高效性、針對性,以“差異互補、協同增效”為核心理念,并以此為組合酶篩選的技術思路;加酶日糧有效營養改進值( ENIV)系統是各種加酶飼料可提供的額外有效營養量的總結;飼科酶發揮作用位置及其原理,這對于拓展酶制劑應用的思路和產品開發的多樣性有重要意義;酶制劑使用效果的預測及其模型的建立,對于酶制劑使用的量化有重要的幫助;酶制劑應用效果的評價,在一般的生產性能指標的基礎上,提出了評價應用效果的非常規生產性能指標,使得酶制劑的應用更加精細科學。
    飼料酶技術體系與飼料酶營養學既有關系,又有不同。飼料酶技術體系更多是涉及酶制劑使用的技術,而飼料酶營養學主要是飼料酶劑的營養功能。例如,加酶日糧有效營養改進值(ENIV)系統的提出對于加酶飼料配方的設計、飼料原料營養價值評定提供了一套新的營養數據系統,既是酶制劑使用的技術,又反映飼料酶劑的營養功能。
    富通新能源主要銷售顆粒機、飼料顆粒機、秸稈壓塊機等飼料成型燃料成型機械設備。

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