动物生产可持续发研究

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摘要：人类对动物蛋白需求量增加的同时也带来了对动物饲料需求的增加。植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶是当今动物生产中使用最广泛的三种饲用酶。本文总结了三种饲用酶的主要作用方式和营养效能。

关键词：猪；家禽；饲料；木聚糖酶；植酸酶；蛋白酶

“人口的不断增长意味着对食物的需求不断增长，为了满足这一增长需求，动物蛋白将发挥巨大作用。”Novus国际有限公司全球家禽市场部高级经理AjayBhoyar博士如是说。所有的蛋白质来源都必须提高产量，但市场上各种蛋白质来源中家禽和猪的增长幅度是最大的。水产和反刍动物也会出现增长，但其增幅要小于家禽和猪。人类对动物蛋白需求量增加的同时也带来了对动物饲料需求的增加，而将饲料副产物和副产品以从未见过的高水平添加入单胃动物饲料也正在发展为一种趋势。酶具有降低抗营养因子效应的作用，这是因为酶能够自然分解饲料中难以消化的组分，否则这些组分将会浪费。这种作用能够释放出更多的营养成分，减少浪费，从而降低饲料中昂贵成分的含量。无论是单独使用还是组合使用，酶都会作用于其特定的底物上，并发挥出完整的效应。多种酶组合使用时，除释放能量、矿物质和单体氨基酸外，还有其他优势。植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶是当今动物生产中使用最广泛的三种饲用酶。这些酶作用于所有原料的特定底物上，因此对于消化来说是必不可少的，即使不使用其他饲料原料也是如此。

1植酸酶减少环境污染

在种子发芽的过程中，植酸盐会存储磷(Phosphorus，P)，并在种子生命周期内保护其避免被氧化反应。单胃动物饲料中的植酸磷会导致一个问题，即未消化的磷被排出动物体外从而危害环境。磷的替代来源包括肉和骨粉，这些物质中的磷易于消化。而植酸酶也可将磷从植酸盐中释放出来，减少环境负荷，并降低饲料成本，因为动物对其他磷源的需求减少了。另外，植酸盐还会与其他矿物质（如锌、铜、钙和铁）螯合，从而降低了这些矿物质的利用率。植酸盐还具有结合蛋白质的能力，进而可能降低氨基酸的消化率。在家禽中，植酸盐还会抑制能量的利用率。植酸酶在家禽的肌胃和腺胃中发挥作用。在猪体内的主要作用部位是胃。最新一代的植酸酶可能会在胃的酸性环境中发挥作用。细菌植酸酶的初步发展提高了动物饲料的生物效能水平。最新一代的植酸酶具有更高的基质值，从而进一步提高了其利用率，这高度依赖于饲料组成和测试条件。同时，随着人们对植酸酶作用方式的深入了解，未来我们将会得知植酸酶的更多优势，并为生产者提供更多价值。

2木聚糖酶提高潜在的养分吸收

非淀粉多糖(Non-starchPolysaccharides，NSP)属于碳水化合物，称之为日粮纤维。NSP在动物小肠中消化不良，但可以被微生物完全或部分分解，这些微生物可通过发酵产生短链脂肪酸，随后这些短链脂肪酸可能会被小肠或大肠吸收。小麦副产品和副产物中的不溶性纤维含量较高——例如以玉米或小麦为原料发酵的干酒糟及其可溶物(DriedDistillersGrainSolubles，DDGS)可加速养分通过肠道的速度，从而降低吸收的可能性。木聚糖酶能够缓解DDGS的这种作用，提高低营养原料的利用率，从而增加饲料配方的灵活性，并降低饲料成本。在家禽营养上，木聚糖酶主要作用于小肠中，但是其对原料的活性受到饲喂方式的影响。在猪营养上，胃是木聚糖酶潜在作用的重要部位。因此，木聚糖酶和植酸酶可能在猪的相同部位发挥部分或全部作用。

3蛋白酶支持多变的饲料原料

豆粕是畜禽和水产养殖中一种常见的蛋白质饲料，其蛋白质含量高，对于非反刍动物来说，它具有很高的消化率和均衡性。但是，豆粕的品质因产地而异。大豆含有抗营养因子，会降低猪的生长性能。其他植物性蛋白质饲料通常也是氨基酸与不良抗营养因子的结合。蛋白酶具有多重效应。它可以减少上述抗营养因子的影响。因此，它降低了与饲料配方不均衡以及饲料成分营养品质变化相关的风险见图1。在品质较差的原料中，蛋白酶的允许添加量较高。最后，它可以使饲料中的蛋白质含量较低，并降低饲料总成本。酶除了分解作用外可能还具有多种营养效能。例如，蛋白酶可以分解保护高粱淀粉颗粒的蛋白质复合物，从而具有间接释放能量以供动物使用的额外功效。因此，尽管在高粱型日粮中添加蛋白酶能够提高氨基酸的消化率，但由于属于次要作用，其能值将显著提高(图2)。蛋白酶通常在动物小肠中能更好地发挥活性。蛋白酶与植酸酶和木聚糖酶在十二指肠近端重叠发挥活性，即使植酸酶和木聚糖酶失去活性，蛋白酶活性仍可继续发挥功效。蛋白酶和淀粉酶的活性区域也可能重叠，这可能对某些饲料组分有利。

4多种酶的潜力最大化

所有饲料原料都含有多种抗营养因子，包括纤维、植酸和蛋白酶敏感因子。玉米中的磷大部分是与植酸结合的，但是可以通过添加植酸酶将它们释放出来。玉米还含有一定水平的不溶性非淀粉多糖，可被木聚糖酶分解。以玉米或小麦为原料的DDGS含有高水平的非淀粉多糖，随着木聚糖酶的加入，非淀粉多糖的可利用率增加。大豆的营养价值得益于植酸酶分解植酸盐，木聚糖酶降解纤维，以及蛋白酶降低解抗营养因子进而提高蛋白质消化率。因此，每一种酶都可以与其他酶协同作用。与单一酶相比，多种酶的协同效应可释放更多的营养物质，并可减少日粮中的抗营养因子效应。Nortey等的研究表明，在小麦型基础日粮中分别添加植酸酶或木聚糖酶均可提高磷的消化率，但两种酶同时添加时，磷的消化率最高(图3)。该试验还发现，植酸酶和木聚糖酶可提高肠道中能量和赖氨酸的消化率。这说明多种酶在其主要功效之外还能改善单一营养素的利用效率。植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶的作用方式是互补的，在不同的动物种类上应显示一致的结果。此外，当饲料原料的品质较差或不稳定时，这种效应会更加明显。

5展望未来

满足人类对食物的需求不容忽视。随着生产成本不断增加，现有资源不断减少，重新评估饲料原料也越来越重要。提高目前可用的饲料原料的利用率将有助于满足全球日益增长的蛋白质需求。在考虑饲料的选择时，酶的使用已成为不断增长的可持续动物生产的解决方案，并已为之作出重要贡献。这些酶有助于增加价格高昂的营养成分的生物利用率，减少过多的养分排入自然环境，并改善动物的生长性能。添加酶，抗营养因子便无法损害动物肠道健康，因为酶可以有效分解抗营养因子，并使其被动物机体吸收和利用。饲料的原料选择有限。迄今为止，酶技术和应用的发展还很表面。畜牧业可以利用不断发展的酶技术带来无尽的效益，通过新的技术进步和动物生产性能的提高，获得未来的增长和效率提高。