動物生產可持續發研究

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摘要：人類對動物蛋白需求量增加的同時也帶來了對動物飼料需求的增加。植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶是當今動物生產中使用最廣泛的三種飼用酶。本文總結了三種飼用酶的主要作用方式和營養效能。

關鍵詞：豬；家禽；飼料；木聚糖酶；植酸酶；蛋白酶

“人口的不斷增長意味著對食物的需求不斷增長，為了滿足這一增長需求，動物蛋白將發揮巨大作用。”Novus國際有限公司全球家禽市場部高級經理AjayBhoyar博士如是說。所有的蛋白質來源都必須提高產量，但市場上各種蛋白質來源中家禽和豬的增長幅度是最大的。水產和反芻動物也會出現增長，但其增幅要小于家禽和豬。人類對動物蛋白需求量增加的同時也帶來了對動物飼料需求的增加，而將飼料副產物和副產品以從未見過的高水平添加入單胃動物飼料也正在發展為一種趨勢。酶具有降低抗營養因子效應的作用，這是因為酶能夠自然分解飼料中難以消化的組分，否則這些組分將會浪費。這種作用能夠釋放出更多的營養成分，減少浪費，從而降低飼料中昂貴成分的含量。無論是單獨使用還是組合使用，酶都會作用于其特定的底物上，并發揮出完整的效應。多種酶組合使用時，除釋放能量、礦物質和單體氨基酸外，還有其他優勢。植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶是當今動物生產中使用最廣泛的三種飼用酶。這些酶作用于所有原料的特定底物上，因此對于消化來說是必不可少的，即使不使用其他飼料原料也是如此。

1植酸酶減少環境污染

在種子發芽的過程中，植酸鹽會存儲磷(Phosphorus，P)，并在種子生命周期內保護其避免被氧化反應。單胃動物飼料中的植酸磷會導致一個問題，即未消化的磷被排出動物體外從而危害環境。磷的替代來源包括肉和骨粉，這些物質中的磷易于消化。而植酸酶也可將磷從植酸鹽中釋放出來，減少環境負荷，并降低飼料成本，因為動物對其他磷源的需求減少了。另外，植酸鹽還會與其他礦物質（如鋅、銅、鈣和鐵）螯合，從而降低了這些礦物質的利用率。植酸鹽還具有結合蛋白質的能力，進而可能降低氨基酸的消化率。在家禽中，植酸鹽還會抑制能量的利用率。植酸酶在家禽的肌胃和腺胃中發揮作用。在豬體內的主要作用部位是胃。最新一代的植酸酶可能會在胃的酸性環境中發揮作用。細菌植酸酶的初步發展提高了動物飼料的生物效能水平。最新一代的植酸酶具有更高的基質值，從而進一步提高了其利用率，這高度依賴于飼料組成和測試條件。同時，隨著人們對植酸酶作用方式的深入了解，未來我們將會得知植酸酶的更多優勢，并為生產者提供更多價值。

2木聚糖酶提高潛在的養分吸收

非淀粉多糖(Non-starchPolysaccharides，NSP)屬于碳水化合物，稱之為日糧纖維。NSP在動物小腸中消化不良，但可以被微生物完全或部分分解，這些微生物可通過發酵產生短鏈脂肪酸，隨后這些短鏈脂肪酸可能會被小腸或大腸吸收。小麥副產品和副產物中的不溶性纖維含量較高——例如以玉米或小麥為原料發酵的干酒糟及其可溶物(DriedDistillersGrainSolubles，DDGS)可加速養分通過腸道的速度，從而降低吸收的可能性。木聚糖酶能夠緩解DDGS的這種作用，提高低營養原料的利用率，從而增加飼料配方的靈活性，并降低飼料成本。在家禽營養上，木聚糖酶主要作用于小腸中，但是其對原料的活性受到飼喂方式的影響。在豬營養上，胃是木聚糖酶潛在作用的重要部位。因此，木聚糖酶和植酸酶可能在豬的相同部位發揮部分或全部作用。

3蛋白酶支持多變的飼料原料

豆粕是畜禽和水產養殖中一種常見的蛋白質飼料，其蛋白質含量高，對于非反芻動物來說，它具有很高的消化率和均衡性。但是，豆粕的品質因產地而異。大豆含有抗營養因子，會降低豬的生長性能。其他植物性蛋白質飼料通常也是氨基酸與不良抗營養因子的結合。蛋白酶具有多重效應。它可以減少上述抗營養因子的影響。因此，它降低了與飼料配方不均衡以及飼料成分營養品質變化相關的風險見圖1。在品質較差的原料中，蛋白酶的允許添加量較高。最后，它可以使飼料中的蛋白質含量較低，并降低飼料總成本。酶除了分解作用外可能還具有多種營養效能。例如，蛋白酶可以分解保護高粱淀粉顆粒的蛋白質復合物，從而具有間接釋放能量以供動物使用的額外功效。因此，盡管在高粱型日糧中添加蛋白酶能夠提高氨基酸的消化率，但由于屬于次要作用，其能值將顯著提高(圖2)。蛋白酶通常在動物小腸中能更好地發揮活性。蛋白酶與植酸酶和木聚糖酶在十二指腸近端重疊發揮活性，即使植酸酶和木聚糖酶失去活性，蛋白酶活性仍可繼續發揮功效。蛋白酶和淀粉酶的活性區域也可能重疊，這可能對某些飼料組分有利。

4多種酶的潛力最大化

所有飼料原料都含有多種抗營養因子，包括纖維、植酸和蛋白酶敏感因子。玉米中的磷大部分是與植酸結合的，但是可以通過添加植酸酶將它們釋放出來。玉米還含有一定水平的不溶性非淀粉多糖，可被木聚糖酶分解。以玉米或小麥為原料的DDGS含有高水平的非淀粉多糖，隨著木聚糖酶的加入，非淀粉多糖的可利用率增加。大豆的營養價值得益于植酸酶分解植酸鹽，木聚糖酶降解纖維，以及蛋白酶降低解抗營養因子進而提高蛋白質消化率。因此，每一種酶都可以與其他酶協同作用。與單一酶相比，多種酶的協同效應可釋放更多的營養物質，并可減少日糧中的抗營養因子效應。Nortey等的研究表明，在小麥型基礎日糧中分別添加植酸酶或木聚糖酶均可提高磷的消化率，但兩種酶同時添加時，磷的消化率最高(圖3)。該試驗還發現，植酸酶和木聚糖酶可提高腸道中能量和賴氨酸的消化率。這說明多種酶在其主要功效之外還能改善單一營養素的利用效率。植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶的作用方式是互補的，在不同的動物種類上應顯示一致的結果。此外，當飼料原料的品質較差或不穩定時，這種效應會更加明顯。

5展望未來

滿足人類對食物的需求不容忽視。隨著生產成本不斷增加，現有資源不斷減少，重新評估飼料原料也越來越重要。提高目前可用的飼料原料的利用率將有助于滿足全球日益增長的蛋白質需求。在考慮飼料的選擇時，酶的使用已成為不斷增長的可持續動物生產的解決方案，并已為之作出重要貢獻。這些酶有助于增加價格高昂的營養成分的生物利用率，減少過多的養分排入自然環境，并改善動物的生長性能。添加酶，抗營養因子便無法損害動物腸道健康，因為酶可以有效分解抗營養因子，并使其被動物機體吸收和利用。飼料的原料選擇有限。迄今為止，酶技術和應用的發展還很表面。畜牧業可以利用不斷發展的酶技術帶來無盡的效益，通過新的技術進步和動物生產性能的提高，獲得未來的增長和效率提高。