趙　瑜 譯自 International Pig Topics，Vol.30，№8：15，17賈良梁 ?！∨搜┠?復校　羅靜如 制圖表

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飼用酶為不斷增長的食品需求提供支持

趙瑜 譯自 International Pig Topics，Vol.30，№8：15，17
賈良梁 校潘雪男 復校羅靜如 制圖表

人口的不斷增長正導致對食物需求的持續(xù)增加，其中包括對肉類和其他動物蛋白產品的需求。據(jù)推測，人類對家禽食品的需求將增長最快，其次是對豬肉產品的需求。對水產產品的需求也將增加，但其基數(shù)很小。反芻動物數(shù)量的增長將不如單胃動物數(shù)量的增長，但預計中國的奶業(yè)將會擴張。

為了支撐不斷增長的食品需求，未來動物所采食的飼料可能與當前所提供的飼料不同。一種趨勢是副產品和下腳料會按一些的水平加入單胃動物的飼料中，2000年以前這都沒有予以考慮。

雖然是否添加這些替代品將取決于谷物和大豆的價格，但朝著更長期使用質量較差飼料原料的舉措可能需要實施很長一段時間。飼料原料本身也含有能夠降低營養(yǎng)吸收效率的抗營養(yǎng)因子（ANFs），因而，會提高蛋白質的生產成本。

1　未來的重大挑戰(zhàn)

高效的動物生產和環(huán)境管理都面臨著重大挑戰(zhàn)，除非這些質量較差的飼料原料被生產得更具營養(yǎng)，從而實現(xiàn)持續(xù)高效的蛋白質生產，改善健康以及降低環(huán)境污染。

應用酶制劑將是構成通過提供一種降低此類抗營養(yǎng)因子作用、降解飼料中動物不能利用的成分并釋放出更多營養(yǎng)的方法以應對這些挑戰(zhàn)所必須的。

酶的活性具有底物特異性。因此，單個酶的效應是可以獨立計算的，不管是否與其他酶和添加劑聯(lián)合使用。聯(lián)合使用可能會表現(xiàn)出超出被測得能量、氨基酸和礦物質釋放值的更多功效，如更平衡的腸道菌群。

因此，當前植酸酶和木聚糖酶等重要的酶，單獨或除了越來越重要的蛋白酶外，將會彼此互補，因為它們在動物消化道中作用于不同的底物。

雖然蛋白酶是最近加入飼用酶組方中作為單組份的產品，但是植酸酶和木聚糖酶已經廣泛使用，特別是在豬飼料中。

即使在不使用替代飼料原料時，這些酶作用于特定的底物也是必然的，因為抗營養(yǎng)因子存在于所有天然飼料中。

2　為什么使用植酸酶

植酸，在種子萌發(fā)時可以作為磷（P）的儲存庫，同時在種子的整個生命過程中作為保護劑抵抗氧化應激。其以礦物-植酸復合物的形式存在，而且植物性飼料中大部分P以植酸-P的形式存在。

真如在米糠中所見到的那樣，植酸結合型P的總比例可能高達80 %。傳統(tǒng)飼料中植酸結合型P的精確水平，在同一種飼料原料中和不同種飼料原料間含量差別很大。由植酸-P引發(fā)的一個問題是未被消化的磷將會排出體外，從而引發(fā)環(huán)境災難。

P源的替代產品包括礦物質（如磷酸氫鈣）和肉骨粉，這些替代產品所含P高度易消化，從而可以平衡動物的日糧，但是對環(huán)境的危害小。

釋放植酸中的P可以降低環(huán)境負擔，而且還可以降低飼料成本，因為這可降低對其他P源的的需求。

另外，植酸還會結合其他礦物質，如Zn、Cu、Ca和Fe，降低這些礦物質的可利用率。植酸還能夠結合蛋白質，這反過來又會降低氨基酸的消化率。微生物植酸酶被認為在pH較低的環(huán)境中能表現(xiàn)出最大的活性。對豬來說，植酸酶展現(xiàn)其作用的主要部位是胃部。新一代植酸酶最能在胃內酸性環(huán)境中完全發(fā)揮其功能。

細菌性植酸酶的出現(xiàn)提高了動物飼料的生物學效價。真如其更高基質價值所暗示的那兒，新一代植酸酶能夠使飼料的生物學效價得到更進一步的改善，當然這高度依賴于原料的質量和試驗的條件。

與此同時，由于對植酸酶的作用方式有了廣泛的了解，植酸酶也許能夠產生更多的益處。正在進行的研究將繼續(xù)揭示植酸酶對養(yǎng)豬生產者的更多價值。

3　為什么使用木聚糖酶

非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharides，NSPs）屬于一組被稱作日糧纖維的碳水化合物。其在小腸中難以被消化，但可以被微生物完全或部分消化，經發(fā)酵后生成短鏈脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFAs）而被小腸或大腸吸收。

NSPs可分為細胞壁組分和非細胞壁組分二種，包括纖維素、半纖維素、果膠和水解膠體。

木聚糖是半纖維素的主要成分，是自然界中排在纖維素之后的第二豐富的多糖。半纖維素是種子中的儲存聚合物以及木本植物的結構成分。

谷物，如小麥和大麥，因其可溶性NSP的特性，會提高腸道內容物的粘度，從而導致飼料采食量降低，還會對細菌的增殖產生不利作用和包裹營養(yǎng)。

玉米中的木聚糖酶主要作用是破壞胚乳壁，從而釋放出被包埋的蛋白質和淀粉。小麥副產品和生物乙醇工業(yè)副產品（基于玉米或小麥的干酒糟及其可溶物，即DGGS）含有高水平的不溶性纖維，會使營養(yǎng)物質快速通過腸道，降低營養(yǎng)物質的吸收。

木聚糖酶能夠對抗不溶性纖維的上述效應，繼而允許更多地采用營養(yǎng)價值較低的飼料原料，從而可以提高飼料配方的靈活性，降低飼料成本。而且還能減少動物排出的糞便量。

木聚糖酶在接近中性pH環(huán)境下往往會表現(xiàn)出最佳的活性。有證據(jù)表明，肉雞主要通過自由采食的方式將通常為堿性的作物采食到體內，而且家禽的嗉囊和腺胃為酸性環(huán)境。

小腸pH處于弱酸和弱堿之間，這種環(huán)境對部分木聚糖酶來說pH有些太高。

腸管前段的食糜含水量太低，這不利于酶發(fā)揮其活性作用，酶的活動需要有合理水平的含水量。因此，非淀粉多糖（NSP）酶的活性在腸管前段可能會較低。

對家禽來說，木聚糖酶的活性作用可能主要發(fā)生在小腸，不過其對作物的某些作用可能取決于飼喂方案。

對豬來說，其胃內容物的pH處于3～5之間，有可能成為酶活性的重要場所。因此，木聚糖酶和植酸酶的部分或全部的活性可能在豬體內的同一部位發(fā)揮作用。

4　為什么使用蛋白酶

植物性蛋白飼料還涉及另一種的抗營養(yǎng)因子（ANF）。全球動物飼料中蛋白質主要來自豆粕，大豆產量占全球油料作物產量的55 %。然而，還有其他來源植物蛋白，如菜籽粕、DDGS、豆皮和豌豆。由于豆粕含有高水平的蛋白 （高達49 %），且易被非反芻動物消化和平衡，因而豆粕是畜禽和水產動物的主要蛋白來源。

然而，豆粕的質量因生產地的不同而差異很大，而且還含有抗營養(yǎng)因子（ANFs），這些抗營養(yǎng)因子可以降低豬的生長性能，它們包括蛋白酶抑制劑、植酸、低聚糖、抗原因子（如大豆球蛋白）以及外源凝集素；后者能干擾營養(yǎng)物質的吸收。

其他植物性蛋白也是有價值的氨基酸和不受歡迎的ANFs的結合體。

總而言之，蛋白酶具有多種益處。其可以降低上述抗營養(yǎng)因子的作用。

因此，蛋白酶會降低飼料配方不平衡和飼料成分營養(yǎng)品質變化所造成的風險。蛋白酶還允許人們以較高的水平使用質量較差的飼料原料。最后，蛋白酶還可降低飼料的蛋白水平和飼料成本。

然而，一種酶除了具有主要的活性外，可能具有多種營養(yǎng)益處。

如，蛋白酶可以降解了醇溶蛋白復合物，保護高粱淀粉顆粒，這具有能釋放供宿主動物間接使用的能量額外的益處。

因此，雖然蛋白酶將能夠顯著地提高高粱中的氨基酸消化率（以及相關的能量消化），但是由于存在間接的影響，全部的能量值將會得到顯著的提高。鑒于商用產品所處于的典型pH范圍，或許可以預測蛋白酶在小腸中的活性更高。

植酸酶和木聚糖酶在十二指腸近端中的功效可能存在重疊，但是即使植酸酶和木聚糖酶喪失活性，蛋白酶仍將具有活性。蛋白酶和淀粉酶的活性也可能存在重疊，這對某些飼料成分而言可能是有利的。

5　復合酶

所有飼料原料含有來自纖維、植酸和對蛋白酶作用敏感的因子的ANFs復合物。玉米中的大量P與植酸相結合，可以通過添加植酸酶將其釋放。

玉米還含有一定數(shù)量的不溶性NSP，這些NSP也可能被木聚糖酶裂解。來自乙醇工業(yè)副的產品（玉米基或小麥基干酒糟可溶物）含有較高水平的NSP，因添加木聚糖酶而使其價值得到提升。

大豆的營養(yǎng)價值可因添加植酸酶（分解植酸）、木聚糖酶（降解纖維）以及蛋白酶（減少抗營養(yǎng)因子）而得到提高。

因此，每種酶的作用模式可能具有加性效應。添加多種、現(xiàn)有的酶可能比添加單一的一種酶釋放出更多的營養(yǎng)，同時能夠更多地降低飼料中抗營養(yǎng)因子的不良作用。

Nortey等（2007）的研究表明，日糧中磷的消化率在添加植酸酶或木聚糖酶后得到了提高，但當同時在小麥型日糧中添加這兩種酶后能得到最大的提高（圖1）。

這項研究還表明，植酸酶和木聚糖酶能夠改善能量和賴氨酸的回腸消化率。這表明多種復合酶在提高單一營養(yǎng)物質消化率水平上遠甚于其單獨的功效。

植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶的作用模式存在互補性，應該能在不同飼料原料間產生更一致的結果。此外，在飼料原料的質量較差或多變時，這些反應將更強烈。

6　結論

鑒于人類對食品需求的不斷增長以及長期以來資源缺乏不斷加劇，對動物生產而言，為了滿足全球不斷增長的需求，更好地利用所有可利用的飼料原料將是至關重要的。

由于飼用酶能夠為可持續(xù)動物生產提供一個重要的潛在解決方案，因此它的應用應運而生。酶不僅能夠提高昂貴營養(yǎng)物質的利用率，而且可以通過降低抗營養(yǎng)因子（ANFs）的不良作用來提高動物的生產性能，因而，有利于降低動物生產成本。

最后，酶能夠減少礦物質、氮和碳的潛在排泄，這些物質在品質較差的飼料原料中含量較高。

一般情況下，多種酶聯(lián)合應用時，酶的功效將更顯著。

新一代和改良型酶將會不斷涌現(xiàn)。現(xiàn)在和將來，所有形式的動物生產都將從不斷創(chuàng)新的酶技術及其應用中受益?！酢?/p>

原題名：Feed enzymes support the challenge of growing food demand （英文）

原作者：Howard Simmins博士（InSci公司）和Ajay Bhoyar博士（Novus國際公司全球市場高級經理）

中圖分類號：S815

文獻標識碼：C

文章編號：1001-0769(2016)05-0055-03

譯者簡介：趙瑜（1983.12- ），男，碩士，現(xiàn)就職于信陽農林學院牧醫(yī)工程學院，主要研究方向為畜禽科學飼養(yǎng)與疾病防治。E-mail：zhaoyu1213@163.com。