1、飼料酶制劑技術體系研究要點馮定遠(華南農業大學動物科學學院) 10/10/20221飼料酶制劑研究1、酶制劑的分子生物學基礎2、酶制劑的發酵工藝及生產3、酶制劑在飼料中應用技術10/10/20222我們主要集中在 酶制劑在飼料中應用技術的研究最近出版 1、飼料酶制劑技術體系 （中國農業大學出版社） 2、飼料酶制劑的研究與應用 （中國農業科學技術出版社 ）10/10/20223飼料酶制劑是目前唯一能夠在不同程度同時解決影響可持續發展三大問題的飼料添加劑: 飼料安全問題環境污染問題飼料成本上漲問題 10/10/20224飼料酶制劑的研究飼用酶制劑是一種特殊的添加劑，目前還存在不少的問題。最近幾年，

2、除動物生產性能和消化代謝試驗外，研究向兩個方向發展： 1、酶制劑分子營養學等基礎的探討 2、酶制劑飼料應用技術體系的建立10/10/20225酶制劑在動物日糧中應用一直是人們懷疑和爭論的話題，可以斷定，這種爭論將很長時間存在。 10/10/20227這既反映了酶制劑生物活性的真實性和有效性問題。又反映了酶制劑應用對象的針對性和適用性問題。酶的真實有效是必要條件，酶的針對適用是充分條件，缺一不可。但是這還不夠。 10/10/20228酶制劑在飼料中應用不能發揮作用有三種情況 第二種情況：有些酶制劑是真實有效的，但是，酶制劑不具有針對適用性，還是不能發揮作用， 典型的情況是動物種類和生理階段沒有針

3、對性、日糧類型和原料特性沒有適用性 10/10/202210酶制劑在飼料中應用不能發揮作用有三種情況第三種情況：酶制劑是真實有效的、酶制劑也是針對適用的，酶在使用時已經發揮了作用，但可能不能發揮作用例如，提高了營養消化率，降低了抗營養因子的作用等。但是，動物并不表現生產性能的改善10/10/202211我們可以推導出，酶在飼料中應用能夠發揮作用存在“三個條件” 10/10/202212酶制劑應用技術體系的建立第一個是與動物營養結合的加酶日糧ENIV系統的建立；第二個是與日糧特性結合的高效飼料組合酶的設計；第三個是與飼料加工結合的飼料酶發揮作用位置的觀點；第四個是酶制劑使用效果的預測；第五個是酶

4、制劑應用效果的評價。 10/10/202214酶制劑應用技術體系的建立飼料酶使用的技術體系，目前這個體系的構建是初步的、也是不成熟的，但是，這個體系是開放的。目的是解決酶制劑與動物營養、飼料加工的結合問題，使飼料酶制劑變成常規的添加劑。 10/10/202215加酶日糧遇到的問題使用有針對的酶相當于消化道的有效延長越來越多證據顯示，飼用酶制劑的應用，對傳統的動物營養學說提出了挑戰（Sheppy， 2004） ，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。 10/10/202217加酶日糧遇到的問題原來的研究所得出的數據可能不一定反映出各種飼料原料在酶制劑催化以后的有效營養價值，現

5、有的飼料原料數據庫甚至飼養標準可能不完全合適使用酶制劑的日糧配方設計。 10/10/202218建立加酶日糧新的營養價值系統的必要性10/10/202219所謂“黃金定律”:大麥葡聚糖酶小麥所謂“理論假設”：小麥木聚糖酶玉米說明大麥和小麥的潛在營養價值發掘以后，原來的營養價值體系并不適應添加酶的情況，需要建立另外一種營養價值系統10/10/202220加酶增加有效營養不加酶時的狀況加酶時的狀況可利用成分可利用成分不可利用成分不可利用成分增加的有效營養10/10/202221越來越多的人已經意識到酶制劑對有效營養的改善，并在應用時，調整日糧的飼養標準和降低營養水平。這種調整的依據是什么？調整的幅

6、度應是多少？它的效果是否可以預測和量化？10/10/202222有效營養改進值有效營養改進值的本質是使用酶制劑后，有效營養（或可利用營養，如代謝能、可消化氨基酸、有效磷等）增加了。把這部分有效營養考慮設計日糧，可以使用更多的低價格的原料，特別是非常規原料。從理論上可以達到降低成本的目的 10/10/202224有效營養改進值在綜合有關報道的基礎上，提出了常見飼料原料使用相應酶制劑的ENIV值（見表） 10/10/202225 營養指標原料代謝能（kcal/kg）粗蛋白（%）代謝能值加酶改善程度（%）代謝能ENIV值粗蛋白值加酶改善程度蛋白質ENIV值豆粕雞23502.1- 3.450-8044

7、.08.2 11.03.6 4.8豬29701.3 2.440-70菜籽粕雞17706.8 9.6120-17038.69.0 13.53.5 5.2 豬22304.5 6.0100-135棉籽粕雞18603.2 4.860-9047.08.5 10.54.0 5.0豬19503.6 4.670-90花生粕雞26001.9 5.850-15047.86.5 - 9.03.1 4.3豬25602.3 - 4.960-125向日葵仁粕雞20303.2 - 4.265-8533.66.5 - 9.52.2 3.2 豬22202.7 4.160-9010/10/202227這一新的營養價值體系是和原來

8、的體系有關聯的，它只是相對地額外增加了有效營養供給量，而絕對的營養量并沒有改變。這就是加酶日糧ENIV系統建立的前提。10/10/202228加酶日糧ENIV體系的意義酶制劑能從飼料原料中釋放出額外的有效營養成分。將這部分的額外而有效營養的量考慮進去，可以降低日糧本身的營養濃度。10/10/202229飼料酶理論與應用技術體系之二新型高效飼料組合酶的原理和應用10/10/202230單酶或單一酶（Single Enzyme）指特定來源而催化水解一種底物的酶制劑如木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、里氏木霉纖維素酶、康寧木霉纖維素酶、曲霉菌木聚糖酶、隱酵母木聚糖酶10/10/202231復合酶（Complex

9、 Enzymes）指由催化水解不同底物的多種酶混合（mix）而成的酶制劑。多種酶的來源可以不同，也可以相同 復合酶可以以動物種類及階段為目標設計酶譜和活性，如蛋雞日糧專用酶；也可以以日糧特性為目標配制酶的種類和有效成分，如小麥型日糧專用酶。 10/10/202232如何解決酶制劑使用的“針對性”和“高效性”是酶制劑發揮其效果的關鍵 10/10/202233酶制劑如何發揮高效性對于復雜的底物,特別是一些非常規飼料原料或日糧的成分,單一的一種酶未必能夠達到高效性。有必要運用具有協同作用的“組合拳”對底物處理。10/10/202234粗纖維的結構結晶區衍生結晶區10/10/202235飼料組合酶（C

10、ombinative Enzymes） 指利用酶催化的協同作用，由催化水解同一底物的來源和特性不同，選擇具有互補性的兩種或兩種以上酶配合 (formulate) 而成的酶制劑。 組合酶不是簡單的復合，而應該是根據不同酶的最適特性、作用特點和抗逆性的互補有機組合。可以是多種內切酶的組合，也可以是內切酶和外切酶的組合。 10/10/202236來自嗜松青霉(P. pinophlum)的CBHS（和型）與內切葡聚糖酶（E至E）之間在水解棉花纖維上的協同作用 10/10/202237飼料組合酶組合酶應用最常見的例子是有目的地選擇多種蛋白酶水解蛋白質原料生產生物活性肽，蛋白質原料的不同，幾種蛋白酶的要求

11、不同；目的肽的不同，幾種蛋白酶的選擇也不一樣。10/10/202238飼料組合酶的特性 （1）催化水解同一底物酶的來源多樣性（2）酶的催化反應的協同配合性（3）酶最適條件和抗逆特性的互補性（4）酶的應用效果的高效性10/10/202239飼料組合酶組合酶不是多種催化水解同一底物酶的簡單混合，而是根據各自酶學特性的有機組合。 合理的組合酶應考慮作用底物更有針對性、多種酶源的配合及互補和催化作用更加高效性。最大好處就是在酶的催化環境條件不理想的情況下，發揮其配合作用，從而達到高效能的目的。 10/10/202240組合型復合酶制劑（Combinative & Complex Enzymes） 一個

12、典型的組合型復合酶制劑產品應該包括催化水解多種底物，而且催化水解同一底物的酶制劑有幾種來源不同的單酶組成，例如，應用大量雜粕和麥類的非常規原料的日糧，可以設計含有真菌木聚糖酶、細菌木聚糖酶、木霉纖維素酶和青霉纖維素酶等組成的組合型復合酶制劑。 10/10/202241組合酶與酶活之間可比性問題目前酶制劑產品酶活之間沒有可比性，只是籠統標明各種酶的活性，仔豬日糧專用酶：木聚糖酶(180000u/g)、-葡聚糖酶(25000u/g)、纖維素酶(11000u/g)、果膠酶(400u/g)、 淀粉酶(2000u/g)、酸性蛋白酶(3000u/g)，添加量為50100g/T。木聚糖酶活性180000u/

13、g是高還是低了？比另一企業產品的木聚糖酶活性120000u/g是更好嗎？不能簡單評判。10/10/202242組合酶與酶活之間可比性問題組合酶的成分一般都要注明酶的來源 小麥雜粕日糧專用組合型液體酶： 哈茨木霉木聚糖酶(450000u/g)、藍狀菌木聚糖酶(350000u/g)、纖維桿菌纖維素酶(300000u/g)，嗜松青霉纖維素酶(350000u/g)，添加量為80100g/T。由于明確了酶的來源，酶活的意義就能夠比較容易規范。 10/10/202243飼料組合酶的理論基礎 催化降解同一底物的酶來源很多，它們之間的催化功能既有可替代的、也有不可以替代的。可替代性就有更多的選擇性，對整體降低

14、應用成本有好處；不可替代性就存在著互補性，對真正發揮酶的最大效率有好處。10/10/202244飼料組合酶的理論基礎 不同來源酶的酶學性質是不同的，它們催化降解的位點不同，有些是外切酶，有些是內切酶。有目的互補組合，能夠發揮各自性能，配合而達到最佳的作用效果。10/10/202245飼料組合酶的理論基礎 如果飼料成分復雜底物，特別是非淀粉多糖的降解需要多種酶之間協同作用。二個或更多的酶之間的有效配合，其作用效果好于單一添加任何一種酶制劑的疊加作用，這種現象就是協同作用。Giligan和Reese（1954）在水解纖維素的過程中，首次證實了不同纖維素酶間的協同增效作用。 10/10/202246

15、飼料組合酶的理論基礎 在一定條件下（特定的作用環境和時間），某一種酶數量或活性進一步增加并不能提高催化性能，各種酶和對應的底物濃度的反應基本動力學是米氏方程。而不同來源作用同一種底物的酶的米氏方程不一樣。10/10/202247飼料組合酶的理論基礎 同一類酶而來源不同的其最適條件差異很大。不同菌屬來源、不同發酵方式生產的纖維素酶在酶系組成及酶學特性上存在差異來自真菌的酶活性的最佳pH值在4.06.0之間，而來自細菌的酶的最佳活性pH為6.07.0之間。 10/10/202248飼料組合酶的理論基礎 同一類酶而來源不同的熱穩定性差異很大。同一類酶而來源不同對于胃腸道的蛋白水解酶的耐受性差異很大。

16、 同一類酶而來源不同飼料的一些離子對酶的活性影響差異很大。 10/10/202249飼料組合酶應用的價值催化同一底物而來源不同的酶的價格是不同的，互相組合，可以利用一些來源方便，商業生產成本比較低的酶制劑，再結合一些相對成本高、而作用能夠互補的酶制劑，整體降低飼料酶制劑添加劑的使用成本 10/10/202250飼料組合酶應用的價值非常規飼料原料成分和結構的復雜性，組合酶或組合型復合酶由于其酶種來源及其互補和協同特性，能夠發揮其快速高效作用的潛能。組合酶或組合型復合酶在提高非常規飼料原料日糧的利用效率、有效地開發非常規飼料原料資源等方面具有巨大的潛力。 10/10/202251飼料組合酶應用的價

17、值仔豬對大豆蛋白的抗原性問題、谷物抗性淀粉利用問題，水產動物對植物蛋白利用問題，寵物對植物成分利用問題等。 應用組合酶或組合型復合酶互補性和協同特性，有針對性開發特種動物專用或者特種類型日糧專用的組合酶或組合型復合酶。10/10/202252飼料組合酶應用的意義 飼料復合酶的特點是解決催化多種飼料成分底物的問題；飼料組合酶的最大特點是解決催化飼料成分底物的高效性問題。目前，飼料酶制劑應用的最大問題就是高效性問題，在短時間內如何酶的配合發揮最大效率的問題最突出，隨著非常規飼料原料的大量使用，高效的組合酶將更有優勢。 10/10/202253飼料酶理論與應用技術體系之三飼料酶發揮作用位置的二元說及

18、其意義10/10/202254飼料調質加工并不是所有的高溫調質加工都百分百破壞酶的活性，更多情況是部分酶能夠存活下來，多少比例酶能夠耐高溫殘留下來，差別非常大，除了加工條件外，也與酶種及特定酶的酶學性質，甚至日糧配方組成等都有關系。 10/10/202255飼料酶作用位置二元說酶制劑一方面不僅能夠在動物消化道起催化作用另方面也能夠在飼料高溫加工過程中部分發揮催化作用 10/10/202256三種情況一是飼料酶可能只在動物消化道發揮作用；二是飼料酶也可能只在飼料高溫加工過程中發揮催化作用；三是飼料酶既可以在飼料高溫加工過程中部分發揮催化作用，又能在動物消化道中繼續發揮作用10/10/202257

19、假設的依據（1） 酶學原理在適當的環境條件下，酶制劑可以催化相應底物的水解。食品酶、啤酒酶、紡織酶、皮革酶和紙漿酶等就是在加工過程中發揮作用的。飼料原料的酶制劑前處理，酶作用容易消化利用。動物消化道并不是酶發揮催化作用的唯一場所。 10/10/202258假設的依據（2） 酶在無水的溶劑中不表現活性，但也不引起變性；水分使酶和底物接近和結合，加水后可使反應加快，說明水對酶的催化作用起著十分重要的作用。 飼料調質加工必需加入水蒸汽，使物料含有一定水分，滿足酶可以發生催化作用的基本條件。一般飼料調質物料含水分1618%，達到酶作用的水活性度（water activity）的要求。 10/10/20

20、2259假設的依據（3） 酶在含水的有機溶劑系統中，酶的活性甚至高出在單一水溶液中的活性，表現出“超活性”（supper activity），而加入水蒸汽調質的物料，飼料本身含有的油脂，就是一個含水的有機溶劑系統，可能在調質加工過程中，酶的催化作用表現出這種“超活性”，從而使酶在短時或瞬間就能發揮作用。 10/10/202260假設的依據（4） 飼料調質加工的溫度上升中，一定會有一個溫度點符合該酶的最適溫度，這在某種程度上講，比在動物消化道內發揮作用更好。因為動物消化道內的溫度比較恒定，不一定有機會符合某一特定酶的最適溫度，即使酶活沒有被破壞，但未必能夠很好地發揮作用。10/10/202261

21、假設的依據（5） 由于物料的導熱性能特點，飼料調質加工的溫度上升是有一個過程的，另外，一般酶的最適溫度有一個范圍 溫度上升過程結合一定范圍最適溫度，使得酶的作用可能有足夠的催化反應時間 酶可能已經在加溫調質的過程中，部分實現了對飼料大分子底物水解。 10/10/202262假設的依據 （6）有些酶制劑的最佳活性溫度比較高，適當的高溫條件更有利于酶的催化作用的發揮。例如，來自嗜溫和嗜熱微生物的纖維素酶的最佳活性溫度分別為60-80和90-110 10/10/202263假設的依據 （7）溶液中的酶遇熱失活，并不表明飼料中的酶遇熱也失活，這是因為飼料中的酶與飼料成分存在互作。飼料原料在短時間內能夠

22、保護酶免受蒸汽或高溫的破壞。說明會有部分酶能夠耐過熱的破壞，在加工過程中條件合適的情況下，這就有機會發揮酶的催化作用。10/10/202264加工過程催化作用的意義 在新型酶制劑的開發也大有作為根據加工工藝和酶學特性，開發專門在加工過程中發揮作用的酶制劑，開發部分在加工中起作用，部分在消化道發揮作用的酶制劑，等等10/10/202265加工過程催化作用的意義大部分情況下，酶制劑在飼料高溫加工過程中發揮催化作用可能作用不一定達到顯著水平，更多是對大分子底物的初步處理，為在消化道進一步水解營養成分和降低抗營養作用提供了有利條件。 10/10/202266飼料酶理論與應用技術體系之四酶制劑在日糧中使

23、用效果的預測10/10/202267酶制劑是一種復雜的飼料添加劑，在考慮酶是否有效的同時，有必要考慮酶制劑在日糧中使用效果是否能夠預測。從某種角度上講，酶制劑在日糧中使用效果是可以評估和預測的，這是我們決定使用的前提。 10/10/202268酶制劑使用效果的預測可以是定性的，可以是定量的，在目前條件下，有些只能定性預測，有些則可以定量預測 10/10/202269酶使用效果預測的基本條件 1.飼料原料或者日糧類型與對應酶制劑的種類 2. 酶制劑的活性 3.飼料原料的營養和抗營養成分及其含量 4.動物種類和生理階段 5.動物飼養環境和健康狀況 6.飼料加工處理 10/10/202270非淀粉多

24、糖酶使用效果的預測 日糧非淀粉多糖（NSP）含量是非淀粉多糖酶使用效果預測的最重要因素 粉狀飼料原料和配合飼料可以用水或緩沖液浸提并測定其浸提物的粘度 腸道粘度是另一個非淀粉多糖酶使用效果預測的重要因素 10/10/202271植酸酶使用效果的預測 植物性飼料總磷含量有關植酸磷含量有關 10/10/202272效果預測的評定指標和檢驗 1在體內試驗或體外模擬試驗條件下有效營養改進值（ENIV值），例如代謝能ENIV值、氨基酸消化率。2. 在體內試驗或體外模擬試驗條件下游離營養的釋放量，例如游離氨基酸釋放量、無機磷釋放量等。3. 建立和應用專門預測模型進行量化效果的預測。10/10/202273

25、專門預測模型小麥真代謝能與水溶性NSP TMEn=15.6-0.016NSP；料重比同粘度的回歸關系 FCR1.5070.0075X 飼料無機磷釋放量 Y=-0.5971+0.0004X1+0.1339X2-0.0526X3（Y為無機磷釋放量；X1為外源植酸酶添加量，FTU/kg飼料；X2為飼料中植酸磷含量；X3為內源植酸酶含量，FTU/g飼料） 10/10/202274酶使用效果預測的意義 既然飼料酶可能是最復雜的飼料添加劑，由于它的使用效果的不確定性，使許多人一直懷疑飼料酶的使用是否有必要。在相當多的情況下，飼料酶應用存在著很大的爭議性。應該承認，有部分酶制劑的應用是沒有什么效果的。 10

26、/10/202275酶使用效果預測的意義不能否認所有的酶制劑在飼料中的作用，特別是含有影響消化性能的抗營養成分比較多的一些非常規飼料原料，酶的作用已經得到證實。酶制劑在日糧中使用效果的預測就是為了明確這種證實。 10/10/202276酶使用效果預測的意義1、對開發生產高效的酶制劑產品有重要意義，經過使用效果的預測，不斷調整酶的種類和活性，生產有針對性、效果穩定的產品。10/10/202277酶使用效果預測的意義2、酶制劑使用者可以通過使用效果的預測，比較和篩選合乎日糧類型和配方特點的酶制劑產品，某些酶產品本身質量是很好的，但未必適合某一類型的日糧，甚至可能不適合某一營養水平。10/10/20

27、2278酶使用效果預測的意義3、酶制劑與氨基酸、維生素等添加劑不同，使用時比較難以明確量化。通過效果的預測，結合ENIV系統的應用，在一定程度上可以克服使用酶制劑的不確定性和難以量化的問題。 10/10/202279飼料酶理論與應用技術體系之五飼料酶制劑及其應用效果的評價體系 10/10/202280應用效果評價體系酶制劑應用效果的評價不像一般的營養成分或添加劑那樣相對容易。 （1）酶制劑活性的評定；（2）酶制劑穩定性的評定；（3）酶制劑應用主要生產性能評定；（4）酶制劑應用效果的非常規評定等。 10/10/202281酶制劑活性的評定 有不同方法，差別很大不同產品酶活可比性不強酶的種類、來源

28、問題、標準底物問題、反應溫度問題、反應pH值問題、反應時間問題等等。許多時候，酶制劑活性的評定主要是針對具體的酶。不像維生素、氨基酸、其他添加劑那樣明確。10/10/202282酶制劑穩定性的評定 1、溫度對酶制劑穩定性的影響 2、pH值對酶制劑穩定性的影響 3、離子濃度對酶制劑穩定性的影響 4、內源蛋白酶對酶制劑穩定性的影響 10/10/202283酶制劑應用效果的一般評定方法 1 消化試驗及代謝試驗測定營養物質消化率和代謝率的評定 2 飼養試驗測定動物常規生產性能的評定 10/10/202284酶制劑應用效果的非常規評定方法 體外模擬法測定的評定 應用“加酶日糧ENIV 值”的評定 3 應

29、用“非常規動物生產性能指標”的評定 10/10/202285非常規動物生產性能指標的評定 目前酶制劑作為一種爭論比較多的添加劑，在實際應用時，很難達到理想的效果：一是生產性能指標的改善往往并不達到生物統計學上的顯著水平；二是生產性能的效果不穩定。 10/10/202286非常規動物生產性能指標的評定不僅僅是狹義上的生產水平和飼料效率，廣義的動物生產性能指標還應該包括其他指標，甚至還包括不能量化的指標我們可把狹義上以外的其他動物生產性能指標稱為“非常規動物的生產性能指標”， 如外觀表現、健康狀況、整齊度、成活率、同時出欄的比例等等。 10/10/202287非常規動物生產性能指標的評定動物生產性

30、能不僅僅包括動物的生物學方面的性能，還應該包括養殖方面的商品性能、綜合經濟價值等。這些方面特別容易被忽視，也許這些容易被忽視的性能指標恰恰是更能反映酶制劑這種復雜、變異和多功能的添加劑的效果。 10/10/202288酶制劑應用效果不被重視的性能 一是對日糧組成不十分合理或者配方技術水平不高時，應用有針對性的高效酶制劑可以在一定范圍內，達到調整和平衡的作用；二是在飼料原料質量比較差和不穩定的情況下，適當的酶制劑可以達到改善和緩和的效果；三是使用高質量的酶制劑可以提高動物生長增重性能的均一度和外觀的整齊度。 10/10/202289生產性能離均差生產性能離均差的大小可考慮作為評價酶在動物日糧中應

31、用的輔助指標，甚至是重要的評定指標。這類非常規動物生產性能指標同樣可以作為其他飼料添加劑和營養因素的效果的評價指標，在動物營養科學朝著精細化、數據量化的方向發展的趨勢下，越來越多人意識到其重要意義。 10/10/202290總 結酶制劑不能簡單地使用，酶的使用不能僅僅關注酶的真實有效性、關注酶的針對適用性。同時，酶制劑的使用必須與動物營養的基礎結合起來、與日糧的物理和化學特性結合起來、與飼料的加工工藝結合起來，等等。建立飼料酶理論與應用技術體系十分必要10/10/202291“第三屆全國酶制劑在飼料工業中 應用學術研討會”中國畜牧獸醫學會動物營養學分會定于2009年11月28-29日在廣州舉行報到時間：11月27日,地點:廣州市番禺麗江明珠酒店 出版飼料酶制劑的研究與應用(中國農業科學技術出版社)特別邀請澳大利亞、加拿大和美國飼料酶專家作專題報告 10/10/202292主辦單位中國畜牧獸醫學會動物營養學分會承辦單位華南農業大學動物科學學院