酶制剂的研究

酶制剂的研究

[摘要] 饲用酶制剂是一种以酶为主要因子的饲料添加剂，是经过基因工程技术选出的细菌或真菌菌株的发酵产物。主要包括非淀粉多糖酶、淀粉酶、蛋白酶、植酸酶、脂肪酶等。其生产主要是利用微生物的发酵。在饲料中添加酶制剂有多种作用，例如消除饲料中抗营养因子、补充动物体内内源酶的不足、降低食糜黏度，从而提高饲料的消化率、吸收率，充分利用饲料营养成分，降低饲养成本。饲用酶制剂的应用虽然只有几十多年的历史，国内只有十多年，但其发展十分迅速，已经成为动物营养中最重要和最有前景的饲料添加剂之一。

[关键词] 饲用酶制剂 非淀粉多糖酶 植酸酶 复合酶制剂

1 饲用酶制剂的基本理论

1.1 饲用酶制剂发展迅速的原因

酶制剂的生产始于20世纪60年代，应用于饲料工业只有几十多年的历史，我国只有十多年，但其发展很快，已成为动物营养中最重要和最有前景的饲料添加剂之一。饲用酶制剂发展迅速的主要原因有以下几方面：

1.1.1合理开发与利用饲料资源的需要

饲料结构和组成的复杂性及动物内消化酶的不足或缺乏导致常规饲料的利用率低和非常规饲料的不能利用，使用酶制剂能有效的解决这一问题。

1.1.2 动物由于生理或是病理因素的影响，体内某种酶缺乏或分泌不足，无法对饲料中营养物质进行充分的消化吸收，只有借助外源酶才可以帮助动物进行消化吸收，提高对饲料的消化利用率，有利于动物的健康和生产性能的提高。

1.1.3 生态畜牧业的需要。应用酶制剂可以提高动物对饲料养分的利用率，从而降低有机质，氮，磷等物质的排泄量，减少对环境的污染。

1.1.4 酶制剂的安全性。酶制剂是一种安全的饲料添加剂，无毒副作用，不影响动物产品的品质。

1.2 饲用酶制剂的定义

饲用酶制剂是一种以酶为主要功能因子的饲料添加剂，它是经基因工程技术选出的细菌或真菌菌株的发酵产物。

1.3 饲用酶制剂的分类

通常酶制剂可分为以下五大类：蛋白酶，淀粉酶，非淀粉多糖酶，脂肪酶和植酸酶。其中非淀粉多糖酶又包括：纤维素酶，果胶酶，木聚糖酶，葡聚糖酶等几种催化非淀粉多糖类物质分解的酶。

1.4 饲用酶制剂的作用机理

1.4.1 降低消化道食糜黏度 提高营养物质的消化吸收利用率

1.4.2 提高植酸磷的利用率 植物性饲料中磷多数以植酸磷的形式存在，动物对其利用率很低，加入植酸酶以后可以提高机体对植酸磷的利用率。

1.4.3 消除抗营养因子 饲料中广泛的存在各种抗营养因子，影响了机体对营养物质的吸收利用，加入酶制剂后可以消除这类抗营养因子。

1.4.4 补充内源酶的不足，激活内源酶的分泌

幼龄动物或处于病理状态下的动物内源酶的分泌不足，在饲料中添加一定酶制剂可以补充内源酶的不足，此外，添加酶制剂还可以促进内源酶的分泌。

2 饲用酶制剂的制备和生产工艺

工业上通常采用微生物发酵法来大规模生产饲用酶制剂。

2.1 生产工艺 2.1.1 通过筛选、诱变、纯变，筛选出具有分泌酶能力的微生物菌株（真菌或细菌）。

2.1.2 菌种扩大培养—接种于灭菌原料—发酵罐中发酵—提取、浓缩、包被、载体吸附—干燥—粉碎—制成粗（浓）酶制剂—分装。

2.2 发酵方法

发酵主要包括液体发酵和固体发酵

2.2. 1固体发酵：以麸皮、米糠等为原料，再加入适量的无机盐和水分作为培养基进行的一种培养。固体发酵设备简单，便于推广，并特别适于霉菌类的培养，但也有一些缺点，如物料利用不完全、劳动量大、易染菌，而且不适于胞内酶的生产。目前国内多数是利用这类发酵方法进行酶制剂的生产。

2.2.2液体发酵：又称液体深层培养，是采用液体培养基，在发酵罐内进行的一种发酵培养方式。将原料加水调制成液体培养基，然后进行灭菌，等冷却到一定温度，接入预先培养的种子，一边搅拌一边通入无菌空气进行保温培养。液体培养是在无杂菌无污染的情况下进行的，发酵条件比较容易控制，酶的产量高，质量好；但是技术要求比较高，投资大，一般中小型企业难以承受。

2.3 酶液的提取

包括破碎细胞、抽取、离心、过滤、浓缩、干燥等步骤。

2.4 后处理

酶制剂后处理的目的是提高酶的稳定性以及使其具有点释放能力。酶是蛋白质，遇到高温、酸、碱、蛋白酶等因素会失活，所以后处理技术在饲用酶制剂的生产过程中很重要。目前过国产酶制剂的后处理主要采取载体吸附和包埋工艺。

3 饲料中酶制剂的应用

3.1 添加酶制剂时应考虑的因素

3.1.1 饲料方面的因素 添加酶制剂时应充分考虑饲料的组成成分，根据饲料的组成添加不同的酶制剂。例如在粗纤维含量高的日粮中添加纤维素酶，在木聚糖含量高的日粮中添加木聚糖酶。

3.1.2 动物方面的因素 添加酶制剂应该根据动物的品种，年龄，机体状况的不同而添加不同的酶制剂。

3.2 饲用酶制剂的应用方式

饲用酶制剂的应用方式主要有以下几种：

3.2.1 直接将固体酶制剂添加到配合饲料中，目前主要用这种方式。

3.2.2 将液态酶喷洒在制粒后的饲料颗粒表面

3.2.3 用于饲料原料的预处理

3.2.4 直接饲喂动物

3.3 饲用酶制剂应用中应注意的几个问题

3.3.1 保持酶的活性

如何在各种情况下保持酶的活性，延长酶的保质期，以满足运输、储藏的需要，降低酶对环境的敏感度，使之在各种不同的加工环境中都能保持较高的活性是一个值得深入研究的问题。

3.3.2 酶制剂的最佳使用条件

由于动物机体内消化道不同部位的酸碱度不同，各种酶发挥作用的最佳PH值也不同，在生产中应该综合考虑体内酸碱情况和酶制剂最佳使用条件选择适宜的酶制剂。

3.3.3 复合酶制剂配比及协同作用 在饲料中添加多种酶会对动物的生理产生复杂的影响。但各种酶的最佳用量及协同作用机理还有待进一步研究。

3.3.４ 安全性

现在所使用的复合酶制剂大都由微生物发酵产生。在发酵过程中是否产生毒素及选择安全的菌种进行发酵生产方面，应该符合饲料添加剂的要求。

3.4 饲用酶制剂的应用效果

在饲料中、添加适宜的酶制剂可以显著提高饲料的利用率，如在鸡常规日粮中添加植酸酶可以是鸡对植酸磷的利用率从30%提高到70%左右，在早期断奶仔猪日粮中添加复合酶可以显著日增重和饲料转化率，同时降低仔猪胃肠道疾病的发生率。

4 饲用酶制剂的发展概况和国内需求

20世纪90年代，少量酶制剂开始廉价地应用于饲料工业，同时在德国、丹麦和芬兰等欧洲国家出现了专业生产酶制剂的大公司。我国对饲用酶制剂的研究始于90年代初，但进展非常迅速，饲用酶最初用于鸡、猪等单胃动物，逐步推广到反刍动物和水产养殖。到90年代末期，我国饲用酶制剂生产企业有20多家，年生产能力约5千吨，从肉蛋的消耗量来计算，我国目前每年实际消耗的配合饲料超过1.6亿吨，如果都按1‰的添加量加入全价料中，将需酶制剂1.5万吨，显然我国饲用酶制剂的生产量很少，不足需求量的30%。而且质量也差，酶活和稳定性都落后于国际先进水平。所以加大对酶制剂生物工程的研究，提高菌种的产酶能力，生产出活力高，稳定性好的酶制剂产品已成为目前我国饲料工业面临的一个紧迫问题。

5 饲用酶制剂的发展前景及趋势

酶作为饲料添加剂的研究及应用发展很快，范围也越来越广。酶制剂由单一型转向复合型，多种酶搭配使用，起到互补作用，效果更加显著。进一步开发活性强、价位低的专用酶制剂是发展的一个趋势。

[参考文献]

[1] 杨凤主编.动物营养学.中国农业出版社，1999

[2] 石波主编.新型饲料添加剂开发与应用.化学工业出版社.2005

[3] 方希修 王冬梅.饲用酶制剂的应用研究.山东畜牧兽医.2006增刊：143-149

[4].刘金银.酶制剂选择的技术依据. 山东畜牧兽医.2006增刊：221-223

酶制剂是一类从动物、植物、微生物中提取具有生物催化能力的蛋白质。其应用领域遍及轻工、食品、化工、医药、农业以及能源、环境保护等方面。酶制剂行业是高技术产业，它的特点是用量少、催化效率高、专一性强，是为其他相关行业服务的工业。中国酶制剂自1965年建立的第一个专业酶制剂生产厂 —— 无锡市酶制剂厂至今已有37个年头。目前全国共有100余家生产企业，年生产能力超过40万吨，产量达到32万吨，产品品种达到20余种，近20年间年产量的平均增长率超过20%。据有关部门统计，2001年各种酶制剂产品的出口量为4812吨，出口额为2807万美元。但整体而言与国外发达国家先进水平相比仍存在很大的差距和问题，主要表现在产品品种少，结构不合理；生产规模小，生产水平低，产品质量差；开发能力差，精细化程度低。在今后的发展中需要注重“生产集中，应用广泛”，要多品种，规模化生产。

酶制剂在谷物食品行业中的应用来源于西方对面包的改良。从1991年淀粉酶被用于烘焙行业至今，国外酶制剂公司先后开发并上市了脂肪酶、木聚糖酶及麦芽糖淀粉酶等多种酶制剂用于谷物食品加工的各个应用领域。酶制剂的应用已经从面包烘焙拓展到面粉改良、馒头加工及其他面食制品领域，并因其天然、安全性及明显的使用效果而被更多的业内生产者使用。酶制剂在中国面制品市场中应用起步较晚，国内面食制品改良剂生产厂家才刚刚开始认识到要应用生物酶制剂，因此市场潜力巨大。

小麦中含有小麦面筋蛋白质，约占面筋干重的85％以上，其中主要是麦胶蛋白和麦谷蛋白。当面粉加水和成面团的时候，麦胶蛋白和麦谷蛋白按一定规律相结合，构成像海绵一样的网络结构，组成面筋的骨架，其他成分如脂肪、糖类、淀粉和水都包藏在面筋骨架的网络之中，这就使得面筋具有弹性和可塑性。麦胶蛋白的二硫键主要是在分子内部形成，通过分子内二硫键或次级键作用形成绳索状结构，为面团提供延伸性和流动性，但筋力不足。麦谷蛋白的二硫键主要是在分子间形成，其亚基通过分子间二硫键的交叉联结，形成的纤维网状大分子聚合物，即面筋复合体，为面团提供弹性，筋力强，面筋结构牢固，但延伸性差。蛋白酶不仅能使蛋白质降解，缩短面筋形成时间，而且能够增进香味。

淀粉是面粉中的主要成分，占70％—75％，在面团中是填充在面筋网络中，使面团具有稳定的流变特性，在成品中起到支撑食品体系作用，形成不同食品的感官特性和不同的保鲜性。淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。淀粉酶的主要底物是破损淀粉和可溶性直链淀粉，由于破损淀粉吸附着面团中相当数量的水，破损淀粉的水解在保持面团的流变学特性方面有着重要作用。淀粉水解将导致结合水损失，当结合水损失较少时，面团变软，这被认为是正效应；如果结合水损失过多，将生成大量的糊精而使得面团变黏。α－淀粉酶水解淀粉产生糊精，β－淀粉酶水解淀粉产生麦芽糖，而β－淀粉酶作用产生的麦芽糖主要取决于α－淀粉酶对破损淀粉的作用，葡萄糖淀粉酶水解淀粉产生葡萄糖，麦芽糖和葡萄糖对于酵母代谢非常重要，加入适量的淀粉酶，可以促进发酵过程并缩短发酵时间。其次，α－淀粉酶使糊化淀粉水解为糊精，糊精会干扰淀粉的结晶，降低由淀粉和蛋白质的交联作用所引起的固化，对面包的保鲜有积极的影响。另外，淀粉酶水解淀粉产生的低聚糖，在面包烘焙过程中可以和蛋白质发生美拉德反应，导致面包褐变，使面包具有好的颜色。