李曉玲，李少寧，于衍男，宋春陽

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 青島 266109）

近年來，隨著飼料工業(yè)的飛速發(fā)展以及養(yǎng)殖業(yè)的迅速崛起，飼料應(yīng)用安全、飼料可利用資源的短缺以及造成的環(huán)境污染等問題引起了有關(guān)部門重視。合理利用現(xiàn)有飼料資源，尋找合適新型飼料添加劑已成為目前亟需解決的問題。酶制劑是一種安全、高效的生物活性催化劑，已經(jīng)逐漸得以應(yīng)用，也為飼料工業(yè)向高效利用、無污染、無殘留方向發(fā)展提供了可能。纖維素酶是一種分布廣、蘊(yùn)藏量豐富的生物物質(zhì)，也是較廉價的可再生資源，纖維素酶在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。

1 飼用酶制劑與纖維素酶

1.1 飼用酶制劑

酶是由動物機(jī)體活細(xì)胞產(chǎn)生的一種具有高效生物催化活性的蛋白質(zhì)，不同酶在生物體內(nèi)可以將各種大分子營養(yǎng)物質(zhì)（脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉等）分解成可供機(jī)體吸收利用的小分子營養(yǎng)物質(zhì)。酶作為一種綠色的生物催化劑，具有高效性、高選擇性、能耗低、綠色環(huán)保等特性，酶的使用將極大提高營養(yǎng)物質(zhì)利用的效率。酶制劑作為一種特殊的新型飼料添加劑，具有營養(yǎng)性和非營養(yǎng)性雙向作用。有研究表明，酶制劑在改善動物營養(yǎng)物質(zhì)消化和利用、消除飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子、促進(jìn)胃腸道健康、正常生理反應(yīng)和機(jī)體免疫調(diào)控、體內(nèi)脫毒解毒、抑菌殺菌、抗氧化等方面具有特殊作用[1]。飼用酶制劑還具有無毒、無害、無殘留、可降解等特性，使用酶制劑不但可以提高畜禽的生產(chǎn)性能，而且還可提高營養(yǎng)物質(zhì)原料，特別是氮和磷的消化利用率，可有效減少畜禽氮、磷的排放，減少環(huán)境污染[2]。從最初的淀粉酶和蛋白酶，到現(xiàn)在的植酸酶和非淀粉多糖復(fù)合酶等，從用于補(bǔ)充內(nèi)源酶分泌的不足，到用于消除飼料中各種抗?fàn)I養(yǎng)因子和各種毒素等，飼用酶制劑的應(yīng)用種類越來越多，使用范圍也越來越廣。

目前在動物飼料中添加應(yīng)用的酶制劑主要包括單-酶制劑和復(fù)合酶制劑兩大類。單-酶制劑分為內(nèi)源性消化酶和外源性消化酶，內(nèi)源性消化酶的種類包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，外源性消化酶主要有植酸酶、非淀粉多糖酶等。復(fù)合酶制劑具有不同的功能特點(diǎn)，主要分為以β-葡聚糖酶為主的飼用復(fù)合酶劑、以蛋白酶和淀粉酶為主的飼用復(fù)合酶劑、以纖維素酶、木聚糖酶和果膠酶為主的飼用復(fù)合酶劑等。過去動物飼料中主要以植酸酶和非淀粉多糖酶應(yīng)用較為廣泛，現(xiàn)在動物飼料以復(fù)合酶制劑的使用為主，復(fù)合酶制劑能夠更廣泛、更高效地分解植物性飼料及動物性飼料，既節(jié)約成本又提高飼料的利用率。

1.2 纖維素酶

纖維素酶是指能夠降解纖維素的一類酶的總稱，纖維素酶是由多種水解酶組成，屬于復(fù)雜酶系。纖維素酶廣泛存在于自然界的生物體內(nèi)，細(xì)菌、真菌、動物體內(nèi)都可以產(chǎn)生。纖維素酶的來源主要包括微生物的分泌、反芻動物胃腸道產(chǎn)生以及工業(yè)生產(chǎn)等方式，用于生產(chǎn)實(shí)踐的纖維素酶一般來自于真菌，較為典型的有木霉屬、曲霉屬和青霉屬等。根據(jù)各種酶催化功能的不同可以分為葡聚糖內(nèi)切酶、葡聚糖外切酶和β-葡聚糖苷酶[3]。一般情況下，植物性飼料中含有大量的纖維素、半纖維素、果膠等物質(zhì)，動物機(jī)體本身難以直接消化吸收利用，只有通過相關(guān)酶的分解才能吸收。纖維素的保護(hù)層是由多種物質(zhì)高度聚合而成，其分子結(jié)構(gòu)的結(jié)晶區(qū)中存有大量氫鍵（包括分子鏈內(nèi)、鏈間及分子鏈與表面分子之間形成的氫鍵），是導(dǎo)致纖維素難以被動物機(jī)體利用的主要原因[4]。纖維素酶的水解作用可以將纖維素徹底分解，降低纖維素性日糧所造成的豬生長不良和對環(huán)境的污染，是一種高效和環(huán)保的利用方法。

纖維素酶作用于動物飼料的機(jī)理包括：補(bǔ)充內(nèi)源酶并同時刺激其分泌，由于單胃動物體內(nèi)缺乏內(nèi)源性纖維素酶，不能消化食入的植物纖維素，添加纖維素酶能夠使粗纖維得以消化，提高動物對粗纖維的利用，還改善了消化道酶系組成、酶量及活性，極大提高了食入物質(zhì)的消化利用率；能夠破壞植物的細(xì)胞壁，植物細(xì)胞壁是細(xì)胞外的一層堅固的外殼，主要保護(hù)細(xì)胞免受外界的傷害，也會阻止畜禽對細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，纖維素酶與各種酶的共同作用下可破壞細(xì)胞壁，釋放細(xì)胞內(nèi)容物，細(xì)胞內(nèi)容物進(jìn)而被進(jìn)一步降解，利于動物吸收營養(yǎng)物質(zhì)；消除抗?fàn)I養(yǎng)因子，纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶等可將植物飼料的纖維素等大分子物質(zhì)降解為單糖和寡糖，利于吸收，同時增加內(nèi)源酶的擴(kuò)散，增加酶與各種物質(zhì)的接觸面，促進(jìn)大物質(zhì)分解，利于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。

2 影響豬消化吸收的內(nèi)在因素

目前，豬常規(guī)型飼料主要以玉米-豆粕（豆餅）型為主，這些飼料中含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，這些抗?fàn)I養(yǎng)因子能夠增加豬胃腸道食糜的黏度，影響腸胃消化，引起營養(yǎng)物質(zhì)難分解，易導(dǎo)致消化不良，同時也會腐生大量的有害細(xì)菌，造成腸道黏膜絨毛與微絨毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)損傷，容易引起腹瀉，降低營養(yǎng)物質(zhì)的吸收率[5]。單胃動物（尤其是仔豬）體內(nèi)不能分泌消除抗?fàn)I養(yǎng)因子作用的相關(guān)酶，進(jìn)而食入的飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子難以消除，將進(jìn)一步影響動物機(jī)體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收利用率，甚至導(dǎo)致環(huán)境污染等問題。

3 纖維素酶在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 纖維素酶在斷奶仔豬中的應(yīng)用

斷奶仔豬的消化機(jī)能發(fā)育并不完善，消化道內(nèi)的各種酶系統(tǒng)尚未發(fā)育成熟。纖維素酶可以破壞富含纖維的細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物中的淀粉和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分釋放出來，增強(qiáng)仔豬對這些養(yǎng)分的消化利用、提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，促進(jìn)仔豬的生長。孫守田等在仔豬的玉米-豆粕型日糧中添加復(fù)合纖維素酶0.15%，經(jīng)統(tǒng)計分析，對照組和試驗(yàn)組差異極顯著（P＜0.01），加酶后斷乳仔豬總體平均日增重比未添加酶增加0.1455 kg，試驗(yàn)結(jié)果表明，纖維素酶能促進(jìn)仔豬的生長，對仔豬的生長速度有很好的促進(jìn)效果，同時添加復(fù)合纖維素酶還能減輕斷乳仔豬的腹瀉問題，改善仔豬胃腸道的消化能力[6]。于桂陽等在28日齡斷奶仔豬的玉米-豆粕型日糧中添加了復(fù)合酶制劑，結(jié)果表明，添加酶制劑0.10%對斷奶仔豬生產(chǎn)性能作用最佳，此水平下粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、無氮浸出物的消化率達(dá)到最大值，試驗(yàn)組斷奶仔豬平均日增重比對照組提高42.11%，且飼料轉(zhuǎn)化率提高12.32%[7]。王振來等在仔豬次粉日糧中添加以木聚糖酶和β-葡聚糖酶、纖維素酶為主的復(fù)合酶制劑，結(jié)果表明，復(fù)合酶制劑能促進(jìn)仔豬生長，與未加酶組相比，日增重提高15.16%，平均日采食量提高5.34%，表明飼料中添加纖維素酶能提高血清中生長激素水平，促進(jìn)蛋白沉積、骨骼生長等，改善斷奶仔豬胃腸道消化能力，提高飼料轉(zhuǎn)化率[8]。

3.2 纖維素酶在生長育肥豬中的應(yīng)用

豬機(jī)體內(nèi)缺乏內(nèi)源纖維素酶，對日糧中粗纖維的利用十分有限，日糧中的粗纖維在豬體內(nèi)不僅消化率低，而且阻礙日糧中蛋白質(zhì)的消化，影響其他營養(yǎng)物質(zhì)的利用。為提高粗纖維的利用，實(shí)踐中多利用外源纖維素酶制劑水解細(xì)胞壁的纖維素結(jié)構(gòu)，摧毀植物細(xì)胞壁，釋放植物細(xì)胞的內(nèi)容物（包括淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等）。纖維素酶對生長肥育豬的飼喂效果也十分顯著。楊葉東等研究發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)日糧中添加纖維素酶0.1%，皮×大×長雜交生長豬的平均日增重提高15.64%（P＜0.01），飼料報酬提高7.21%[9]。李德發(fā)等在平均體重為19 kg的生長肥育豬的小麥麩日糧中適量添加纖維素酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)期0～2周，生長肥育豬的平均日采食、平均日增重分別提高5.0%、6.2%；3～4周的生長肥育豬平均日增重提高了8.1%，料重比降低了6%，說明酶制劑的添加促進(jìn)了生長肥育豬的生長，料重比得以提高[10]。任繼平等在含魯梅克斯K-1草粉6%日糧中添加纖維素酶0.15%，觀察其對生長豬生長性能的影響時發(fā)現(xiàn)，纖維素酶能夠顯著提高生長豬2周的日增重（P＜0.05），而且日糧中干物質(zhì)、有機(jī)物、總能和酸性洗滌纖維（ADF）的消化率均顯著提高（P＜0.05），干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗纖維等的表觀消化率也得以提高[11]。王敏奇等試驗(yàn)表明，在35 kg生長豬的早秈稻型日糧中添加復(fù)合酶制劑0.2%，生長肥育豬的日增重顯著提高（P＜0.05），料重比顯著降低（P＜0.05）[12]。倪良振等在含ADF 5.8%水平日糧中添加纖維素酶組合，發(fā)現(xiàn)其對促進(jìn)煙臺黑豬和杜×魯煙白豬養(yǎng)分消化率、氮的吸收利用率及回腸氨基酸表觀消化率方面效果顯著（P＜0.05或P＜0.01），進(jìn)一步試驗(yàn)研究表明，ADF 5.8%水平試驗(yàn)日糧添加纖維素酶0.15%能極顯著提高杜×魯煙白生長豬的平均日增重（P＜0.01），降低料重比（P＜0.05），減少腹瀉率（P＞0.05）[13]。申瑞玲等的研究表明，在含苜蓿草粉10%的日糧中添加復(fù)合纖維素酶0.1%可以顯著提高育肥豬的平均日增重與飼料轉(zhuǎn)化率（P＜0.05），對豬的胴體品質(zhì)也有一定改善作用[14]。

4 纖維素酶的應(yīng)用方法與注意問題

4.1 纖維素酶的應(yīng)用方法

目前，國內(nèi)外利用纖維素酶的方法主要包括體外酶解法和體內(nèi)酶解法兩種。體外酶解法是把纖維素酶與秸稈或其他粗飼料拌勻后，在一定溫度、濕度和pH環(huán)境下堆積或密封發(fā)酵一定時間后，晾干或直接飼喂動物，該方法主要是在動物機(jī)體外將植物粗纖維降解，飼喂給動物后可以在體內(nèi)直接被吸收。體內(nèi)酶解法是把纖維素酶以添加劑的形式加入飼料中，與飼料拌勻后飼喂動物，借助動物消化道的內(nèi)環(huán)境而發(fā)揮作用。纖維素酶在動物體內(nèi)將食入的粗纖維逐漸降解，動物體內(nèi)合適的溫度、濕度、pH等使酶能夠發(fā)揮極大的分解作用，充分利用酶制劑[15]。大量試驗(yàn)研究表明，飼料中添加纖維素酶對其他動物的飼喂效果也十分顯著。許梓榮等在含麩皮30%的肉雞日糧中添加β-葡聚糖酶、木聚糖酶和纖維素酶，結(jié)果表明，肉雞日增重提高9.79%，飼料轉(zhuǎn)化率增加4.76%，干物質(zhì)、粗纖維、粗脂肪和粗灰分的消化率均有不同程度提高[16]。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常將纖維素酶與半纖維素酶、果膠酶、β-葡聚糖酶等組成復(fù)合酶添加到飼料中，補(bǔ)足機(jī)體內(nèi)缺乏的各種酶，在其共同作用下使得植物飼料中的各種物質(zhì)得以分解[17]。復(fù)合酶制劑作為一種綠色飼料添加劑，不但可以促進(jìn)動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，提高飼料利用率，改善動物生長性能，且無毒副作用，無殘留，在畜牧業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用前景[18]。

4.2 纖維素酶應(yīng)用的注意問題

纖維素酶解反應(yīng)受溫度、pH、底物濃度及纖維素、木質(zhì)素含量的影響，不同種微生物產(chǎn)生的纖維素酶，其最適反應(yīng)溫度差別較大，多數(shù)研究表明，纖維素酶作用底物的最適溫度為45～65℃；大部分纖維素酶的活性受pH的影響也較大，在最適pH下，酶反應(yīng)速度最快，一般認(rèn)為纖維素酶的最適pH為4.0～5.5[19]。因此飼料纖維素酶在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾方面的問題：應(yīng)根據(jù)動物機(jī)體本身的生理特點(diǎn)、營養(yǎng)需要以及動物飼料的結(jié)構(gòu)來選擇所需的酶制劑；注意盡量保持酶的穩(wěn)定性，避免酶活性受到不必要因素的影響；飼用酶制劑反應(yīng)條件必須與動物消化道生理?xiàng)l件相適應(yīng)，動物消化道的生理?xiàng)l件不可更改，只有和酶制劑的反應(yīng)條件相適應(yīng)，酶活性才會最高；酶制劑經(jīng)加工后應(yīng)盡快使用，盡量縮短貯存時間，貯存時應(yīng)放于干燥陰涼處，低溫貯藏，溫度過高、濕度過大、儲存時間過長都會導(dǎo)致酶制劑失效[20]。

飼料成分復(fù)雜，其中很多物質(zhì)都會影響酶制劑的活性，例如植物凝集素以及Cu2+、Ag+、Fe2+等金屬離子對酶制劑均有負(fù)效應(yīng)，Zn2+、Mg2+、Ca2+等金屬離子對酶制劑具有激活作用[21]。而植物組織中含有天然的纖維素酶抑制劑，保護(hù)植物免遭霉菌的腐爛，例如植物體組織中存在高的氧化酶活力，能將酚類化合物氧化成醌類化合物，后者能抑制纖維素酶[22]。因此，在飼料酶制劑的保存及分級預(yù)混合過程中，盡量避免對酶制劑有不利影響的因素[23]。提高纖維素酶降解率的方法主要包括：通過篩選產(chǎn)酶菌種，篩選菌種培養(yǎng)條件，尋找高活性纖維素酶；采用各種方法處理纖維素（如物理、化學(xué)、生物等方法），使其更易于分解；篩選酶解工藝條件，包括溫度、pH、酶促反應(yīng)時間、激活劑等[24]。

5 小結(jié)

纖維素酶是一種高效、安全、綠色的生物催化劑，是可再生的重要資源和能源。動物飼料中添加適量纖維素酶對提高粗飼料利用率、促進(jìn)動物生長、改善生態(tài)環(huán)境和防治動物疾病等有明顯效果。纖維素酶的使用對解決畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面問題具有良好潛力，具有廣闊的開發(fā)前景。

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